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按照能量來源及轉換可以分為3大類:

將物質的化學能通過化學反應轉化為電能;
在一定條件下實現能量直接轉換;
生物質能直接轉化為電能。
日常應用比較廣泛且接觸較多的主要是化學電池,化學電池又分了3大類:
也稱原電池,即不能夠再充電的電池,如生活中常用的鋅錳干電池;

即可充電的電池,這也是汽車動力電池最基本的要求,常見的鉛酸電池

鋰離子電池
指正負極本身不含活性物質,活性材料連續不斷從外部加入,如氫燃料電池;
主要列舉了以下這些主要的跟電池相關的專業名詞

目前鋰離子電池在新能源電動汽車等領域應用極為廣泛,所以本章節主要介紹鋰離子電池。
鋰離子電池按照不同的分類方法可以分為不同的種類,常見的有這幾種分類方法

不同材料體系的電池特點如下:
| 鋰離子電池種類 | 電壓(V) | 可循環次數(次) | 優缺點 |
|---|---|---|---|
| 鈷系鋰離子電池 | 3.7 | 500~1000 | 得到廣泛普及成為鋰離子的標準電池;昂貴,未被用于車載用途 |
| 錳系鋰離子電池 | 3.7 | 300~700 | 安全性高;能快速充電、快速放電 |
| 磷酸鐵系鋰離子電池 | 3.2 | 1000~2000 | 廉價且循環壽命(因充放電而老化)、日歷壽命(擱置而老化)長電壓比其他鋰離子電池低 |
| 三元系鋰離子電池 | 3.6 | 1000~2000 | 電壓還算高,循環壽命也長 |
當對電池進行充電時,電池的陰極上有鋰離子生成,生成的鋰離子經過電解液運動到陽極。而作為陽極的碳呈層狀結構,它有很多微孔,到達陽極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中,嵌入的鋰離子越多,充電容量越高。


充滿電的鋰電池,鋰離子嵌入在陽極材料上,陽極(負極)碳呈層狀結構,有很多微孔,鋰離子就嵌入在碳層的微孔中。放電時,Li+通過隔膜從陽極移動到陰極,電子無法通過隔膜,只能通過外面電路的負極移動到正極。(電子帶負電,電子方向是負極到正極,電流方向就是正極到負極。)


以圓柱電芯為例:

正極物質:正極材料(活性材料)、導電劑、粘結劑、分散劑
正極集流體:鋁箔
正極極耳:鋁帶
隔膜:PP聚丙烯 (polypropylene ) /PE聚乙烯(Polyethylene)
負極物質:負極極材料(活性材料)、粘結劑、增稠劑
負極集流體:銅箔
負極極耳:鎳帶

鋰離子電池正極材料,為鋰離子電池提供充放電過程中的活性物質。通常由相應的前驅體鹽類通過固相燒結、液相沉積或者溶膠凝膠法制備出,制成的粉體顆粒度為微米級,SEM(scanning electron microscope)下的基本形貌如下圖。

鋰離子電池正極材料基本信息如下:



負極材料主要是石墨、碳粉或者硅碳復合材料,能夠在充/放電的過程中,脫/嵌鋰離子。負極材料的微觀形貌如下圖所示。

室溫下不同倍率下放電曲線:
分析:
橫軸電芯容量,縱軸電芯電壓;隨著放電的進行,電量逐步減少,電壓逐步降低;
通過這個倍率容量數據可以判定電芯的大電流下放電能力;

充電曲線:
理論上的充電曲線:

紅線: 充電電量藍線:充電電流
灰線:電壓
當電池電壓低于3.5V時,采用固定電流充電,直到電壓達到4.2V左右(CC)
電壓到4.2V,這時保證電壓恒定的情況繼續充電,電流逐漸下降
電流下降到最小值,充電一段時間,確認電池充滿電,停止充電
充電器充電曲線:

1.充電器啟動及短路/開路判斷(不同的充電電路有不同的方法)
一種以串聯很小的電流(1MA),負載,檢查電池電壓是否穩定,如果電池電壓在有效范圍內波動,則啟動充電流程, 如果電池電壓不穩定,則判斷是否為開路或短路(根據電壓或電池溫度電阻來判斷);
2.預充電
當電池過放電時,電壓小于2V 左右,電池電壓過低,充電器通過很小的電流給電池充電,一般電池為恒流充電電流的0.1倍或更小,通過一段時間判斷電池電壓是否變化,如電池電壓不變化表示,電池已壞或處于短路狀態(電壓為0),充電器停止充電。此過程另外短路充電階段,電池電壓逐步少,此時充電器適當輸出充電電流,直到單節電池電壓達到3.0V,大約 10% 的完全充電電流進行短時間“預調節”充電。這樣可以防止電池過熱,造成電池壽命或安全事故等;
3.快速充電階段(恒流CC)
當電池電壓大于3V左右,此時根據電池容量,通常以 0.5 C 或更低的恒定電流對電池充電直到電池電壓達到 4.1 V 或 4.2 V(取決于具體電化學情況);
當電池電壓達到 4.1V 或 4.2 V 時,充電器切換到“恒壓”階段以杜絕過度充電。出色的電池充電器可以平穩地管理從恒流到恒壓的轉換,以確保達到最大容量,而不會產生損壞電池的風險。保持恒壓會逐漸降低電流,直到達到約 0.1 C,此時充電終止。如果充電器與電池保持連接,則會定期“充滿”電以抵消電池自放電。通常在電池的開路電壓降至 3.9 V 至 4 V 以下時啟動滿充充電,并在再次達到 4.1 V 至 4.2 V 的滿充電壓時終止充電。

電芯知識比較復雜,需要更多專業的知識,本文僅僅是講述一些基本的常識性知識,希望能夠幫助大家對電芯有個基本的認識,歡迎大家和小飛哥一起交流嵌入式開發、BMS開發的更多內容。