一、電動勢

　　電動勢是兩個電極的平衡電極電位之差，以鉛酸蓄電池為例，E=Ф+0-Ф-0+RT/F*In(αH2SO4/αH2O)。

　　其中：E—電動勢

　　Ф+0—正極標準電極電位，其值為1.690

　　Ф-0—負極標準電極電位，其值為-0.356

　　R—通用氣體常數，其值為8.314

　　T—溫度，與電池所處溫度有關

　　F—法拉第常數，其值為96500

　　αH2SO4—硫酸的活度，與硫酸濃度有關

　　αH2O—水的活度，與硫酸濃度有關

　　從上式中可看出，鉛酸蓄電池的標準電動勢為1.690-（-0.0.356）=2.046V，因此蓄電池的標稱電壓為2V。鉛酸蓄電池的電動勢與溫度及硫酸濃度有關。

二、額定容量

　　在設計規定的條件（如溫度、放電率、終止電壓等）下，電池應能放出的最低容量，單位為安培小時，以符號C表示。容量受放電率的影響較大，所以常在字母C的右下角以阿拉伯數字標明放電率，如C20=50，表明在20時率下的容量為50安·小時。電池的理論容量可根據電池反應式中電極活性物質的用量和按法拉第定律計算的活性物質的電化學當量精確求出。由於電池中可能發生的副反應以及設計時的特殊需要，電池的實際容量往往低於理論容量。

三、額定電壓

　　電池在常溫下的典型工作電壓，又稱標稱電壓。它是選用不同種類電池時的參考。電池的實際工作電壓隨不同使用條件而異。電池的開路電壓等於正、負電極的平衡電極電勢之差。它只與電極活性物質的種類有關，而與活性物質的數量無關。電池電壓本質上是直流電壓，但在某些特殊條件下，電極反應所引起的金屬晶體或某些成相膜的相變會造成電壓的微小波動，這種現象稱為噪聲。波動的幅度很小但頻率範圍很寬，故可與電路中自激噪聲相區別。

四、開路電壓

　　電池在開路狀態下的端電壓稱為開路電壓。電池的開路電壓等於電池在斷路時（即沒有電流透過兩極時）電池的正極電極電勢與負極的電極電勢之差。電池的開路電壓用V開表示，即V開=Ф+-Ф-，其中Ф+、Ф-分別為電池的正負極電極電位。電池的開路電壓，一般均小於它的電動勢。這是因為電池的兩極在電解液溶液中所建立的電極電位，通常並非平衡電極電位，而是穩定電極電位。一般可近似認為電池的開路電壓就是電池的電動勢。

五、內阻

　　電池的內阻是指電流透過電池內部時受到的阻力。它包括歐姆內阻和極化內阻，極化內阻又包括電化學極化內阻和濃差極化內阻。由於內阻的存在，電池的工作電壓總是小於電池的電動勢或開路電壓。電池的內阻不是常數，在充放電過程中隨時間不斷變化（逐漸變大），這是因為活性物質的組成，電解液的濃度和溫度都在不斷的改變。歐姆內阻遵守歐姆定律，極化內阻隨電流密度增加而增大，但不是線性關係。常隨電流密度增大而增加。

　　內阻是決定電池效能的一個重要指標，它直接影響電池的工作電壓，工作電流，輸出的能量和功率，對於電池來說，其內阻越小越好。

六、充放電速率

　　有時率和倍率兩種表示法。時率是以充放電時間表示的充放電速率，數值上等於電池的額定容量(安·小時)除以規定的充放電電流（安）所得的小時數。倍率是充放電速率的另一種表示法，其數值為時率的倒數。原電池的放電速率是以經某一固定電阻放電到終止電壓的時間來表示。放電速率對電池效能的影響較大。

七、阻抗

　　電池內具有很大的電極-電解質介面面積，故可將電池等效為一大電容與小電阻、電感的串聯迴路。但實際情況複雜得多，尤其是電池的阻抗隨時間和直流電平而變化，所測得的阻抗只對具體的測量狀態有效。

八、壽命

　　儲存壽命指從電池製成到開始使用之間允許存放的最長時間，以年為單位。包括儲存期和使用期在內的總期限稱電池的有效期。儲存電池的壽命有幹儲存壽命和溼儲存壽命之分。迴圈壽命是蓄電池在滿足規定條件下所能達到的最大充放電迴圈次數。在規定迴圈壽命時必須同時規定充放電迴圈試驗的制度，包括充放電速率、放電深度和環境溫度範圍等。

九、自放電率

　　電池在存放過程中電容量自行損失的速率。用單位儲存時間內自放電損失的容量佔儲存前容量的百分數表示。

十、電池有關技術引數計算

　　其中E為電動勢,r為電源內阻,內電壓U內=Ir,E=U內+U外

　　適用範圍:純電阻電路

　　閉合電路中的能量轉化:

　　E=U+Ir

　　EI=UI+I^2R

　　P釋放=EI

　　P輸出=UI

　　純電阻電路中

　　P輸出=I^2R

　　=E^2R/(R+r)^2

　　=E^2/(R^2+2r+r^2/R)

　　當 r=R時 P輸出最大,P輸出=E^2/4r (均值不等式)

電池的主要效能引數有以下這些：

型號；

電壓值；

電池容量；

電池型別，如

鉛酸電池

、鹼性電池、

鋰電池

、

太陽能電

池、

燃料電池

……等；

電池組合型別，單體或是多個組合；

電池外形，如柱狀、條狀、塊狀……等；

電池電極材料

，如鎳氫、鎳鎘、鎳鋅、鋰離子……等；

電解液

型別，如酸性、鹼性；

電池尺寸；

電池充電特性：一次性不可充電式、可充電式；

充電電壓(僅針對於

充電電池

)；

放電終止電壓(對於

充電電池

)；

外殼材料(僅對於部分電池)；

出廠日期；

保質時間；

推薦使用時間(有時可以代替上面兩僅引數)；

有害

金屬含量

；

使用溫度；

電池外包裝及印刷內容。

電池的生產依據國家相關標準主要檢查以上效能引數。有些

電池廠商

會根據當地的一些政策、法規和

電池生產

用途，對上述電池引數進行適當的增減。

我們先來複習一下高中知識:

電壓（Ｖ）

開路電壓，顧名思義，即電池外部不接任何負載或電源，測量電池正負極之間的電位差，即為電池的開路電壓。工作電壓，與開路電壓相對應，即電池外接上負載或電源，有電流流過電池，測量所得的正負極之間的電位差。

由於電池內阻的存在，放電狀態時（外接負載），工作電壓低於開路電壓，充電時（外接電源）的工作電壓高於開路電壓。

電池容量 （Ah）

能夠容納或釋放的電荷Q，Q=It，即電池容量（Ah）＝電流（A）x 放電時間（h），單位一般為Ah（安時）或mAh（毫安時）。

比如車內蓄電池標註16Ah，那麼在工作時電流為1A的時候，理論上可以使用16小時。

電池能量（Wh）

電池儲存的能量，單位為Wh（瓦時），能量（Wh）＝電壓（V）×電池容量（Ah）。

如下圖，為標識為3.7V/10000mAh的電池，其能量為37Wh，而如果我們把4節這樣的電池串聯，就組成了一個電壓是14.8V，容量為10000mAh的電池組，雖然沒有提高電池容量，但總能量確提高了4倍。

（寫到這兒筆者看了一下自己的充電寶標識，特意搜尋了下民航規定不能攜帶超過160Wh…）

複習了高中知識，我們下面來一點乾貨...

能量密度（Wh/L & Wh/kg）

單位體積或單位質量電池釋放的能量。

如果是單位體積，即體積能量密度（Wh/L），很多地方直接簡稱為能量密度；

如果是單位質量，就是質量能量密度（Wh/kg），很多地方也叫比能量。

如一節鋰電池重300g，額定電壓為3.7V，容量為10Ah，則其比能量為123 Wh/kg。

根據16年釋出的“節能與新能源汽車技術路線圖”，我們可以大概對動力電池發展趨勢有一個概念，下圖所示，到2020年，純電動汽車電池單體比能量要達到350Wh/kg

功率密度（W/L & W/kg）

將能量除以時間，便得到功率，單位為W或kW。同樣道理，功率密度是指單位質量（有些地方也直接叫叫比功率）或單位體積電池輸出的功率，單位為W/kg或W/L。

比功率是評價電池是否滿足電動汽車加速效能的重要指標。

比能量和比功率究竟有什麼區別？

舉個形象的例子：

比能量高的動力電池就像龜兔賽跑裡的烏龜，耐力好，可以長時間工作，保證汽車續航里程長；

比功率高的動力電池就像龜兔賽跑裡的兔子，速度快，可以提供很高的瞬間電流，保證汽車加速效能好；

下面的引數稍微有點繞口...

電池放電倍率（C）

放電倍率是指在規定時間內放出其額定容量（Q）時所需要的電流值，它在數值上等於電池額定容量的倍數。即：充放電電流（A）/額定容量（Ah），其單位一般為C ( C-rate的簡寫)，如0.5C，1C，5C等

舉個例子，對於容量為24Ah電池來說：

用48A放電，其放電倍率為2C，反過來講，2C放電，放電電流為48A，0.5小時放電完畢;

用12A充電，其充電倍率為0.5C，反過來講，0.5C充電，充電電流為12A，2小時充電完畢;

電池的充放電倍率，決定了我們可以以多快的速度，將一定的能量儲存到電池裡面，或者以多快的速度，將電池裡面的能量釋放出來。

荷電狀態（%）

SOC，全稱是State of Charge，荷電狀態，也叫剩餘電量，代表的是電池放電後剩餘容量與其完全充電狀態的容量的比值。

其取值範圍為0~1，當SOC=0時表示電池放電完全，當SOC=1時表示電池完全充滿。電池管理系統（BMS）就是主要透過管理SOC並進行估算來保證電池高效的工作，所以它是電池管理的核心。

目前SOC估算主要有開路電壓法、安時計量法、人工神經網路法、卡爾曼濾波法等，我們以後再詳細解讀。

內阻

內阻是指電池在工作時，電流流過電池內部受到的阻力。包括歐姆內阻和極化內阻，其中：歐姆內阻包括電極材料、電解液、隔膜電阻及各部分零件的電阻；極化內阻包括電化學極化電阻和濃差極化電阻。

用資料說話，下圖表示一電池放電曲線，X軸表示放電量，Y軸表示電池開路電壓，電池理想放電狀態為黑色曲線，紅色曲線是考慮到電池內阻時的真實狀態。

圖示：Qmax為電池最大化學容量；Quse為電池實際容量；Rbat表示電池的內阻；EDV為放電終止電壓 ；I為放電電流；

從圖中可以看出，電池實際容量Quse < 電池理論上的最大化學容量Qmax。由於電阻的存在，電池的實際容量會降低。我們也可以看到，電池實際容量Quse取決於兩個因素：放電電流I與電池內阻Rbat的乘積，以及放電終止電壓EDV是多少。需要指出的是電池內阻Rbat會隨著電池的使用而逐漸增大。

內阻的單位一般是毫歐姆(mΩ)，內阻大的電池，在充放電的時候，內部功耗大，發熱嚴重，會造成電池的加速老化和壽命衰減，同時也會限制大倍率的充放電應用。所以，內阻做的越小，電池的壽命和倍率效能就會越好。通常電池內阻的測量方法有交流和直流測試法。

自放電

電池自放電，是指在開路靜置過程中電壓下降的現象，又稱電池的荷電保持能力。

一般而言，電池自放電主要受制造工藝、材料、儲存條件的影響。自放電按照容量損失後是否可逆劃分為兩種：容量損失可逆，指經過再次充電過程容量可以恢復；容量損失不可逆，表示容量不能恢復。

目前對電池自放電原因研究理論比較多，總結起來分為物理原因（儲存環境，製造工藝，材料等）以及化學原因（電極在電解液中的不穩定性，內部發生化學反應，活性物質被消耗等），電池自放電將直接降低電池的容量和儲存效能。

壽命

電池的壽命分為迴圈壽命和日曆壽命兩個引數。迴圈壽命指的是電池可以迴圈充放電的次數。即在理想的溫溼度下，以額定的充放電電流進行充放電，計算電池容量衰減到80%時所經歷的迴圈次數。

日曆壽命是指電池在使用環境條件下，經過特定的使用工況，達到壽命終止條件(容量衰減到80%) 的時間跨度。日曆壽命與具體的使用要求緊密結合的，通常需要規定具體的使用工況，環境條件，儲存間隔等。

迴圈壽命是一個理論上的引數，而日曆壽命更具有實際意義。但日曆壽命的測算複雜，耗時長，所以一般電池廠家只給出迴圈壽命的資料。

電池組的一致性

這個引數比較有意思，即使是同一規格型號的電池單體在成組後，電池組在電壓、容量、內阻、壽命等效能有很大的差別，在電動汽車上使用時，效能指標往往達不到單體電池的原有水平。

目前比較合理的解釋：

單體電池在製造出來後，由於工藝的問題，導致內部結構和材質不完全一致，本身存在一定效能差異。初始的不一致隨著電池在使用過程中連續的充放電迴圈而累計，再加上電池組內的使用環境對於各單體電池也不盡相同，導致各單體電池狀態產生更大的差異，在使用過程中逐步放大，從而在某些情況下使某些單體電池效能加速衰減，並最終引發電池組過早失效。

需要指出的是，動力電池組的效能決定於電池單體的效能，但絕不是單體電池效能的簡單累加。由於單體電池效能不一致的存在，使得動力電池組在電動汽車上進行反覆使用時，產生各種問題而導致壽命縮短。

除了要求在生產和配組過程中，嚴格控制工藝和儘量保持單體電池的一致性外，目前行業普遍採用帶有均衡功能的電池管理系統來控制電池組內電池的一致性，以延長產品的使用壽命。

化成

我們說說最後一個引數，這個引數主要和電池的製造工藝有關。

電池製成後，需要對電芯進行小電流充電，將其內部正負極物質啟用，在負極表面形成一層鈍化層——SEI（solid electrolyte interface）膜，使電池效能更加穩定，電池經過化成後才能體現其真實的效能，這一過程稱為化成。

化成過程中的分選過程能夠提高電池組的一致性，使最終電池組的效能提高，化成容量是篩選合格電池的重要指標。下圖為SEI膜，像不像黑色的玫瑰花。

小結