電池能量密度計(jì)算公式大全
電池的能量也就是常說容量,指在一定的放電條件下對外做功所輸出的電能大?。欢饶芰渴钦f單位重量或者單位體積的電池所給出的能量,也就是能釋放的電量多少,叫重量比能量或者體積比能量
磷酸鐵鋰電池能量密度的重量比能量和體積比能量分別為:
純電動車用電池:約110Wh/kg;210Wh/L
混合電動車用電池:約65Wh/kg;120Wh/L
電池包通常是指電池芯加保護(hù)板部分,電池組通常是指電池包加外殼部分。
電池包的比能量:與電池芯的比能量差不多
電池組的比能量:與外殼和其它輔件重量和體積相關(guān)。
比能量指的是單位重量或單位體積的能量,電池的比能量就是參與電極反應(yīng)的單位質(zhì)量的電極材料放出電能的大小,單位分別是W·h/kg或W·h/L。
比能量有理論比能量和實(shí)際比能量之分。理論比能量指1kg電池反應(yīng)物質(zhì)完全放電時(shí)理論上所能輸出的能量。實(shí)際比能量為1kg電池反應(yīng)物質(zhì)所能輸出的實(shí)際能量。
由于各種因素的影響,電池的實(shí)際比能量遠(yuǎn)小于理論比能量。實(shí)際比能量和理論比能量的關(guān)系式如下:
W實(shí)=W理KvKRKm
式中Kv-電壓效率(電池的工作電壓與電動勢的比值);
KR-反應(yīng)效率(表示活性物質(zhì)的利用率);
Km-質(zhì)量效率電池中存在一些不參加成流反應(yīng)但又是必要的物質(zhì),應(yīng)減小這些物質(zhì)所占比例,以提高活性物質(zhì)所占比例。兩者之比是質(zhì)量效率。
電池的比能量是綜合性指標(biāo),它反映了電池的質(zhì)量水平,也表明生產(chǎn)廠家的技術(shù)和管理水平。通常,生產(chǎn)廠家并不獨(dú)立考核此項(xiàng)指標(biāo),但在評估所生產(chǎn)的電池水平時(shí),往往以此為衡量準(zhǔn)則。
電池要計(jì)算能量密度,首先要了解常見鋰電池的常規(guī)種類,鋰電池主要分為兩種。
第1種鋰電池
以國內(nèi)的新能源(ATL電池),邦凱電池,美拜,比克、三和朝陽等為代表。
這種鋰電池所用的材料一般是三元,也稱為鈷酸鋰,它在容量大,能量密度高的優(yōu)點(diǎn)橫行在各個(gè)電芯廠,現(xiàn)在三元電池的能量密度在580Wh/升左右,鈷酸鋰的工作電壓一般是2.75V~4.2V,像國內(nèi)格瑞普電池現(xiàn)在在做4.4V電壓體系的電池。
這些電池一般用在智能手機(jī),平板電腦、筆記本電腦,藍(lán)牙耳機(jī)上較為常見。
有個(gè)糾結(jié)之處就是國內(nèi)也有不少廠家用三元材料將電芯做到5C以上放電,這些電池可以用在獨(dú)輪車、思維車、電動摩托車上,其性能一樣可以滿足客戶的產(chǎn)品要求,并且被廣大用戶認(rèn)可。
第2種磷酸鐵鋰電池
這種電池所用材料為磷酸鐵鋰,簡稱鐵電池,主要以安全和循環(huán)壽命長著稱,鐵電池的工作電壓一般是2.3v~3.65V之間,循環(huán)壽命高達(dá)2000次以上,做的好點(diǎn)的動力電池企業(yè),能將電池工作電壓擴(kuò)展到2.0V~3.65V之間。
這種動力電芯,經(jīng)常被用在電動大巴,電動汽車,電動叉車,移動機(jī)站上。
電池芯能量密度的計(jì)算方法如下:
能量密度(Wh/升)=容量&TImes;平臺電壓÷體積÷1000(換算單位)
鐵電池的平臺電壓:3.2V;三元鋰電的平臺電壓一般是3.7V。
圓柱型體積=πr2&TImes;h;
長方形體積=長&TImes;寬&TImes;高;
動力電池材料
對電池來說,要滿足有高功率、有高能量、有能量功率兼顧。最主要關(guān)心電池關(guān)鍵的核心原材料,就是正極、負(fù)極、隔膜、電解液等等,加上電池在車上使用壽命終止之后的梯級利用和資源回收的內(nèi)容。
正極材料:里邊還是以三元材料為主,尤其是以高鎳的三元材料為主。
負(fù)極材料:現(xiàn)在應(yīng)用多的還是石墨類的材料,像人造石墨、天然石墨等等。
隔膜:從目前和今后一段時(shí)間來看,還是以聚烯烴的材料為主,這里面無論是聚丙烯還是聚乙烯,在動力電池都會有應(yīng)用。有可能是這么樣一個(gè)發(fā)展的趨勢,針對著能量密度高的這樣一個(gè)發(fā)展的趨勢和要求,聚烯烴的隔膜是研發(fā)的一個(gè)熱點(diǎn)和產(chǎn)業(yè)化的一個(gè)熱點(diǎn)。
電解液:目前還是以六氟磷酸鋰為主,現(xiàn)在新的一些電解質(zhì),像鋰FSI、鋰TFSI,目前來看還是以添加劑的形式在里面進(jìn)行應(yīng)用。