现代车辆动力电池的性能指标

动力电池作为新能源汽车的储能装置，在新能源汽车上发挥着非常重要的作用，要评定动力电池的实际效应，主要是看其性能指标。动力电池的性能指标主要有电压、容量、内阻、能量、功率、输出效率、自放电率、放电倍率、使用寿命等。根据动力电池种类不同，其性能指标也有差异。

（1）电压

电压分为电动势、端电压、额定电压、开路电压、工作电压、充电电压、充电终止电压、放电终止电压和电压效率等。动力电池电压各项性能指标的描述见表7-1-5。

表7-1-5 动力电池电压各项性能指标的描述

（续）

实际运用过程中，应注意动力电池各性能指标对应的数值。以铅酸电池为例，电动势为2.1V，额定电压为2V，开路电压接近2.1V，工作电压为1.8～2V，放电终止电压为1.5～1.8V。在放电过程中，电压还会逐渐降低，如图7-1-2所示。

（2）容量

电池在一定的放电条件下所能放出的电量称为动力电池的容量。常用单位为A·h，它等于放电电流与放电时间的乘积。

图7-1-2 铅酸电池放电特性

动力电池的容量可分为理论容量、实际容量、标称容量和额定容量等。

理论容量指假设电极活性物质全部参加电池的化学反应所能提供的电量，是按法拉第定律计算得到的最高理论值。为比较不同系列的动力电池，常用比容量的概念，即单位体积或单位质量电池所能输出的理论电量，单位为A·h/L或A·h/kg。

实际容量指动力电池在一定条件下所能输出的电量，等于放电电流与放电时间的乘积，单位为A·h，其值小于理论容量。动力电池的实际容量主要与电池正、负极活性物质的数量及利用的程度（利用率）有关，而活性物质利用率主要受放电制度、电极结构和制造工艺的影响。放电制度指放电速率、放电形式、终止电压和温度。高速率即大电流。低温条件下放电会减少动力电池输出的容量。电极的结构包括电极高宽比例、厚度、孔隙率及导电栅网的形式。实际容量反映了动力电池实际存储电量的大小。动力电池容量越大，新能源汽车的续驶里程就越远。

在使用过程中，动力电池的实际容量会逐渐衰减。国家标准规定新出厂的动力电池实际容量大于额定容量值为合格。

标称容量是用来鉴别动力电池的近似安时值。在指定放电条件下，一般指0.2C放电时的放电容量。

额定容量是按国家或有关部门颁布的标准，保证电流在一定的放电条件下应放出的最低限度的容量。

按照IEC标准和国标，镍镉电池和镍氢电池在（20±5）℃条件下，以0.1C充电16h后，再以0.2C放电至1.0V时所放出的电量为动力电池的额定容量，以C表示。锂电池在常温、恒流（1C）、恒压（4.2V）条件下充电3h后，再以0.2C放电至2.75V时所放出的电量为动力电池的额定容量。

荷电状态（SOC）指动力电池在一定放电倍率下，剩余电量与相同条件下额定容量的比值，它反映了动力电池容量的变化。SOC=1即表示动力电池充满状态。随着动力电池放电，动力电池内的电荷逐渐减少，此时动力电池的充电状态，可用SOC的百分数的相对量来表示。一般动力电池放电高效率区为50%～80%SOC。

（3）内阻

一般指充电态内阻，即动力电池充满电时的内阻（与之对应的是放电态内阻，指动力电池充分放电后的内阻。放电态内阻一般比充电态内阻大，且不太稳定）。动力电池内阻越大，其自身消耗能量越多，动力电池的使用效率越低。内阻很大的动力电池在充电时发热很严重，使动力电池的温度急剧上升，对动力电池和充电器的影响都很大。随着动力电池使用次数的增多，由于电解质的消耗及动力电池内部化学物质活性的降低，动力电池的内阻会有不同程度的升高。动力电池的内阻不是常数，在放电过程中随时间不断变化，因为活性物质的组成、电解质浓度和温度都在不断改变，需要用专门的仪器才能测量出比较准确的结果。

动力电池内阻包括欧姆电阻和极化电阻，二者之和为动力电池的全内阻。欧姆电阻主要由电极材料、电解液、隔膜电阻及各部分零件的接触电阻组成。极化电阻是化学电源的正极、负极进行电化学反应时极化引起的内阻。极化内阻与活性物质的本性、电极的结构、动力电池的制造工艺有关，尤其与动力电池的工作条件有关，放电电流和温度对其影响很大。在大电流密度下放电时，电化学极化和浓差极化均增加，甚至可能引起负极极化，极化内阻增加。低温对电化学极化、离子扩散均有不利影响，故在低温条件下动力电池的极化内阻也增加。因此，极化内阻并非常数，而是随放电率、温度等条件的改变而改变。

内阻使动力电池放电时的端电压低于电动势和开路电压，充电时端电压高于电动势和开路电压。

各种规格和型号的动力电池内阻不尽相同。在低倍率放电时，内阻对动力电池性能的影响不显著。但在高倍率放电时，动力电池全内阻明显增大，电压降损失可达数百毫伏。

（4）能量

动力电池的能量指在一定放电制度下，动力电池所能输出的电能，单位是W·h或kW·h，也可简写为kW·h。它影响新能源汽车或轨道车辆的行驶距离。能量分为理论能量、实际能量、比能量和能量密度。理论能量是动力电池的理论容量与额定电压的乘积，指一定标准所规定的放电条件下，即假设动力电池在放电过程中始终处于平衡状态，其放电电压保持电动势的数值，且活性物质的利用率为100%时，动力电池所输出的放电容量。实际能量是动力电池实际容量与平均工作电压的乘积，表示在一定条件下动力电池所能输出的能量。

比能量也称质量比能量，指动力电池单位质量所能输出的电能，单位是W·h/kg，常用比能量来比较不同的动力电池系统。

能量密度也称体积比能量，指动力电池单位体积所能输出的电能，单位是W·h/L。

动力电池的比能量是综合性指标，它反映了动力电池的技术水平。动力电池的比能量影响新能源汽车的整车质量和续驶里程，是评价新能源汽车的动力电池是否满足预定续驶里程的重要指标。

（5）功率

动力电池的功率指动力电池在一定放电条件下，单位时间内所输出能量的大小，单位为W或kW。动力电池的功率决定了新能源汽车的加速性能和爬坡能力。功率分为比功率和功率密度。比功率指单位质量动力电池所能输出的功率，也称质量比功率，单位为W/kg或kW/kg。功率密度指单位体积动力电池所能输出的功率，也称体积比功率，单位为W/L或kW/L。

动力电池的比功率影响新能源汽车的加速性能和坡道运行能力，是评价新能源汽车的动力电池是否满足预定起动加速度和坡道运行能力的重要指标。(www.xing528.com)

（6）输出效率

动力电池作为能量存储器，充电时把电能转化为化学能储存起来，放电时把化学能转化为电能释放出来。在这个可逆的电化学转换过程中，有一定的能量损耗，通常用动力电池的容量效率和能量效率来表示。

容量效率指动力电池放电时输出的容量与充电时输入的容量之比。影响动力电池容量效率的主要因素是副反应。动力电池充电时，有一部分电量消耗在水的分解上。此外，自放电、电极活性物质的脱落、结块、孔率收缩等也会降低容量效率。

能量效率指动力电池放电时输出的能量与充电时输入的能量之比。影响能量效率的原因是动力电池存在内阻，它使动力电池充电电压升高，放电电压下降。内阻的能量损耗表现为动力电池发热。

（7）自放电率

动力电池的自放电指动力电池在存储期间容量降低的现象。自放电率指动力电池在存放期间容量的下降率，即动力电池无负荷时自身放电使容量损失的速度。自放电率用单位时间容量降低的百分数表示。

动力电池无负荷时因自行放电使容量损失。自放电通常集中在负极，因为负极活性物质多为活泼的金属粉末，在水溶液中可发生置换氢气的反应。若在电极中存在氢超电势（氢电极发生极压反应的超电势）低的金属杂质，则这些金属杂质和负极活性物质能组成腐蚀微电池，导致负极金属自行溶解，并伴有氢气析出，从而容量减少。在电解液中，杂质同样有害。正极的自放电量一般不大。正极为强氧化剂，若在电解液中或隔膜上存在易被氧化的杂质，则也会引起正极活性物质还原，从而减少容量。

自放电率用单位时间容量降低的百分数表示。

式中，C_a——动力电池存储前的容量，单位为A·h；

C_b——动力电池存储后的容量，单位为A·h；

T——动力电池储存的时间，常用天或月计算。

（8）放电倍率

动力电池放电电流的大小常用放电倍率表示，而动力电池的放电倍率用放电时间表示，即以一定的放电电流放完额定容量所需的小时数。放电时间越短，即放电倍率越高，则放电电流越大。放电倍率等于额定容量与放电电流之比。根据放电倍率的大小，可分为低倍率（＜0.5C）、中倍率（0.5～3.5C）、高倍率（3.5～7.0C）、超高倍率（＞7.0C）。例如，某电池的额定容量为40Ah，若用8A电流放电，则放完40Ah的额定容量需用5h，也就是说以0.2倍率放电，用符号C/5或0.2C表示，为低倍率放电。

（9）放电深度

放电深度指放电容量与总放电容量的百分比，简称DOD（Depth of Discharge）。放电深度表示放电程度的一种量度，其高低跟二次电池的充电寿命有直接关系。二次电池放电深度越大，其充电寿命就越短，因此在使用时应尽量避免深度放电。

（10）寿命

动力电池的寿命分储存寿命和使用寿命。储存寿命又可分为“干储存寿命”和“湿储存寿命”。对于在使用时才加入电解液的动力电池储存寿命，一般称作干储存寿命。干储存寿命可以很长。对于出厂前已加入电解液的动力电池储存寿命，一般称作湿储存寿命。湿储存时自放电严重，寿命较短。使用寿命指动力电池在规定条件下的有效寿命期限。动力电池发生内部短路或损坏而不能使用，以及容量达不到规范要求时，表明其已失效，使用寿命终止。

对于一次电池，其寿命表征给出额定容量的工作时间（与放电倍率大小有关）。对于二次电池，其寿命分充放电循环寿命和湿搁置使用寿命两种。充放电循环寿命指在一定的充放电制度下，动力电池容量降至某一规定值前，动力电池能耐受的充放电次数。充放电循环寿命越长，动力电池的性能越好。充放电循环寿命与放电深度、温度、充放电制式等条件有关。降低放电深度，即浅放电，可有效延长二次电池的充放电循环寿命。

随着充放电次数的增加，二次电池容量衰减现象较为明显。这是因为在充放电循环过程中，二次电池内部会发生一些不可逆反应，引起二次电池放电容量的衰减。不可逆反应主要包括：

电极活性表面积在充放电循环过程中不断减小，使工作电流密度上升，极化增大。

电极上活性物质脱落或转移。

动力电池工作过程中，某些电极材料发生腐蚀。

隔膜的老化和损耗。

在循环过程中，电极上生成枝晶，造成动力电池内部微短路。

活性物质在充放电过程中发生不可逆晶形改变，使活性降低。

常用动力电池的循环使用寿命作为动力电池使用寿命的一项重要评价指标。动力电池的循环使用寿命指动力电池以充放电一次为一个循环过程，在一定测试标准下，动力电池容量下降到某一规定值前，其所经历的充放电循环总次数。

我国规定为达到额定容量的80%，在实际应用中常用使用年限和动力电池SOH反映动力电池使用寿命。

（11）化成

动力电池制成后，需要对电芯进行小电流充电，将其内部正负极物质激活，在负极表面形成一层钝化层——SEI（Solid Electrolyte Interface）膜，使动力电池性能更加稳定。动力电池经过化成后才能发挥全部性能。化成过程中的分选过程能提高动力电池组的一致性，使最终动力电池组的性能提高。化成容量是筛选合格动力电池的重要指标。

除此之外，成本也是一个重要指标，新能源汽车发展的瓶颈之一就是动力电池价格过高。