磷酸铁锂动力电池特性及应用 自锂离子电池问世以来，围绕它的研究、开发工作一直不断地进行着，上世纪90年代末又开发出锂聚合物电池，2002年后则推出磷酸铁锂动力电池。 锂离子电池内部主要由正极、负极、电解质及隔膜组成。正、负极及电解质材料不同及工艺上的差异使电池有不同的性能，并且有不同的名称。目前市场上的锂离子电池正极材料主要是氧化钴锂(LiCoO2)，另外还有少数采用氧化锰锂(LiMn2O4)及氧化镍锂(LiNiO2)作正极材料的锂离子电池，一般将后两种正极材料的锂离子电池称为“锂锰电池”及“锂镍电池”。新开发的磷酸铁锂动力电池是用磷酸铁锂(LiFePO4)材料作电池正极的锂离子电池，它是锂离子电池家族的新成员。 一般锂离子电池的电解质是液体的，后来开发出固态及凝胶型聚合物电解质，则称这种锂离子电池为锂聚合物电池，其性能优于液体电解质的锂离子电池。 磷酸铁锂电池的全名应是磷酸铁锂锂离子电池，这名字太长，简称为磷酸铁锂电池。由于它的性能特别适于作动力方面的应用，则在名称中加入“动力”两字，即磷酸铁锂动力电池。也有人把它称为“锂铁(LiFe)动力电池”。 采用LiFePO4材料作正极的意义 目前用作锂离子电池的正极材料主要有：LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2及LiFePO4。这些组成电池正极材料的金属元素中，钴(Co)最贵，并且存储量不多，镍(Ni)、锰(Mn)较便宜，而铁(Fe)最便宜。正极材料的价格也与这些金属的价格行情一致。因此，采用 LiFePO4正极材料做成的锂离子电池应是最便宜的。它的另一个特点是对环境无污染。 作为可充电电池的要求是：容量高、输出电压高、良好的充放电循环性能、输出电压稳定、能大电流充放电、电化学稳定性能、使用中安全(不会因过充电、过放电及短路等操作不当而引起燃烧或爆炸)、工作温度范围宽、无毒或少毒、对环境无污染。采用LiFePO4作正极的磷酸铁锂电池在这些性能要求上都不错，特别在大放电率放电(5～10C放电)、放电电压平稳上、安全上(不燃烧、不爆炸)、寿命上(循环次数)、对环境无污染上，它是最好的，是目前最好的大电流输出动力电池。 LiFePO4电池的结构与工作原理 LiFePO4电池的内部结构如图1所示。左边是橄榄石结构的LiFePO4作为电池的正极，由铝箔与电池正极连接，中间是聚合物的隔膜，它把正极与负极隔开，但锂离子Li+可以通过而电子e-不能通过，右边是由碳(石墨)组成的电
断路器主要参数与特性 断路器的特性主要有：额定电压Ue；额定电流In；过载保护（Ir或Irth）和短路保护（Im）的脱扣电流整定范围；额定短路分断电流（工业用断路器Icu；家用断路器Icn）等。 额定工作电压（Ue）：这是断路器在正常（不间断的）的情况下工作的电压。 额定电流（In）：这是配有专门的过电流脱扣的断路器在制造厂家规定的环境温度下所能无限承受的最大电流值，不会超过电流承受部件规定的温度限值。 短路继电器脱扣电流整定值（Im）：短路脱扣继电器（瞬时或短延时）用于高故障电流值出现时，使断路器快速跳闸，其跳闸极限Im。 额定短路分断能力（Icu或Icn）：断路器的额定短路分断电流是断路器能够分断而不被损害的最高（预期的）电流值。标准中提供的电流值为故障电流交流分量的均方根值，计算标准值时直流暂态分量（总在最坏的情况短路下出现）假定为零。工业用断路器额定值（Icu）和家用断路器额定值（Icn）通常以kA均方根值的形式给出。 短路分断能力（Ics）：断路器的额定分断能力分为额定极限短路分断能力和额定运行短路分断能力两种。国标《低压开关设备和控制设备低压断路器》（GB14048.2—94）对断路器额定极限短路分断能力和额定运行短路分断能力作了如下的解释： 断路器的额定极限短路分断能力：按规定的实验程序所规定的条件，不包括断路器继续承载其额定电流能力的分断能力； 断路器的额定运行短路分断能力：按规定的实验程序所规定的条件，包括断路器继续
承载其额定电流能力的分断能力； 额定极限短路分断能力的试验程序为O—t—CO。 其具体试验是：把线路的电流调整到预期的短路电流值（例如380V ，50kA），而试验按钮未合，被试断路器处于合闸位置，按下试验按钮，断路器通过50kA短路电流，断路器立即开断（open简称O），断路器应完好，且能再合闸。t为间歇时间，一般为3min，此时线路仍处于热备状态，断路器再进行一次接通（close简称C）和紧接着的开断（O），（接通试验是考核断路器在峰值电流下的电动和热稳定性）。此程序即为CO。断路器能完全分断，则其极限短路分断能力合格。 断路器的额定运行短路分断能力（Icn）的试验程序为O—t—CO—t—CO。它比Icn的试验程序多了一次CO，经过试验，断路器能完全分断、熄灭电弧，就认定它的额定运行短路分断能力合格。 因此，可以看出，额定极限短路分断能力Icn指的是低压断路器在分断了断路器出线端最大三相短路电流后还可再正常运行并再分断这一短路电流一次，至于以后是否能正常接通及分断，断路器不予以保证；而额定运行短路分断能力Ics指的是断路器在其出线端最大三相短路电流发生时可多次正常分断。 IEC947—2《低压开关设备和控制设备低压断路器》标准规定：A类断路器（指仅有过载长延时、短路瞬动的断路器）的Ics可以是25%、50%、75%和100%。B类断路器（有过载长延时、短路短延时、短路瞬动的三段保护的断路器）的Ics可以是Ics的50%、75%和100%。因此可以看出，额定运行短路分断能力是一种比额定极限短路分断电流小的分断电流值。
动力电池基础知识普及 动力电池是纯电动汽车的唯一能量来源，同时也是整车成本较高的一个关键动力总成部件。自电动汽车诞生以来，铅酸电池、镍氢电池以及锂电池等具有较为广泛的应用。 1）最早应用于电动汽车上的是铅酸电池，并且在较长的一段时间内都是电动汽车的主要能源方案，其主要特点是原材料易得、安全耐用、价格低廉，并且技术较为成熟。尤其是20 世纪70 年代以后，密封免维护铅酸电池的出新极大提升了性能水平和使用方便程度，在市场中占据了较大的份额。但是比能量和比功率低是铅酸电池的最大缺点，能量密度大概在35Wh/kg 左右，一般400 次左右的循环寿命也在一定程度上制约了铅酸电池的应用。目前虽然在电动汽车市场上仍有应用，但一般都是局限在对整车性能水平要求不高且注重成本的车型上，如电动自行车以及一些场地用车等。 2）镍氢电池的比能量和比功率均在一定程度上优于铅酸电池，但其价格是同容量铅酸电池的5~8 倍，特性与镍镉电池相似，但不存在镍镉电池的重金属污染问题。快速充电和深度放电的性能较好，效率较高，且无需维护，目前主要是在混合动力汽车中应用较多。不过镍氢电池自放电率较高，且对环境温度较为敏感，尤其是单体电压较低约为 1.2V 左右，对于纯电动汽车来说，往往需串联大量的电池才能满足其高压系统需求，所以在纯电动汽车上的应用相对较少。 3）锂离子电池与其他电池相比，在单体电压、容量、比功率方面具有较大的优势，且可进行大电流充放电、循环充放电性能好、较为安全，目前在纯电动汽车、混合动力汽车以及燃料电池车上均有应用。随着锂电池材料技术以及加工工艺的进一步发展，已逐渐成为国内外电动汽车用动力电池的首选方案。 三类主要电池的性能对比
锂电池保护板是对串联锂的充放电保护。充满电时能保证各单体电池之间的电压差异小于设定值（一般±20mV），实现电池组各单体电池的均充，有效地改善了串联充电方式下的充电效果。同时检测电池组中各个单体电池的过压、欠压、过流、短路、过温状态，保护并延长电池使用寿命。欠压保护使每一单节电池在放电使用时避免电池因过放电而损坏。目 录 ?1 ?2 ?3 概括 成品锂电池组成主要有两大部分，锂电池芯和保护板，锂电池芯主要由板、、板、组成；正极板、隔膜、负极板缠绕或层叠，包装，灌注电解液，封装后即制成电芯，锂电池保护板的作用很多人都不知道，锂电池保护板，顾名思义就是保护锂电池用的，锂电池保护板的作用是保护电池不过放、不过充、不过流，还有就是输出短路保护： 技术参数 均衡电流：80mA(VCELL=4.20V时) 均衡起控点：4.18±0.03 V过充：4.25±0.05 V (4.30±0.05 V可选) 过充延时：75mS 过充释放：4.05±0.05 V 过放门限：2.90±0.08 V (2.40±0.05 V可选) 过放延时：5mS 过放释放：断开负载，并且各单体电池电压均高于过放门限； 过流门限：30A（根据客户选择） 过流释放：断开负载释放 过温保护：有接口，需安装可恢复性温度保护开关； 工作电流：15A（根据客户选择）
静态功耗：<0.5mA 短路保护功能：能保护，断开负载可自恢复。 主要功能：过充保护功能，过放保护功能，短路保护功能，过流保护功能，过温保护功能，均衡保护功能。 接口定义：该板的充电口与放电口相互独立，两者共正极，B-为连接电池的负极，C-为充电口的负极；P-为放电口的负极；B-、P-、C-焊盘均是过孔式，焊盘孔直径均为3mm;电池各充电检测接口以DC针座形式输出。 参数说明：最大工作电流和过流保护电流值的配置，单位：A（5/8，8/15，10/20，12/25，15/30，20/40，25/35，30/50，35/60，50/80，80/100），特殊过流值可以按客户要求定制. 锂电池的性能测试 一、管理IC（如TI、O2，MCU等）数据写入部份的: 1、I2C资料写入及核对，如O 2、DS、TI、及各家MCU方案等 2. 写入生产日期(当天日期)和系列号--- Write Serial Number and Manu date 备注：SMBUS,I2C，HDQ通信口等； A.Current/Voltage Offset 校正 B.Voltage Gain 校正及读值比较Voltage Calibration C.Temperature 校正及读值比较Temperature Calibration D. Current Gain 校正及读值比较--- Current Calibration 二、基体特性部份: 3.开路电压测试：测量加载电压后，MOS管是否能正常打开； 4. 带载电压测试：测量保护板的带载能力，从而反应保护直流阻抗 5. VCC电压测量（芯片的工作电压是否正常） 6. 芯片的工作频率测量（芯片的工作晶振频率）
电池组串联和并联时容量计算 一般是不赞成电池并联的，但是在实际应用当中，很多厂商就推出了并联的电池组，两个2000mAH的电池，经过并联就成了4000mAH,同时，并联后的电池内阻，也就成了原来的一半，驱动力就比原来大了将近两倍。 在实际使用当中，最好不要自己并联电池，因为一般厂家推出的并联电池组，是根据电脑分析和配对的两个电池，没有经过配对的电池，因为特性不平衡，一个电池电压高点，就会向另一个电池放电充电，产生自行损耗。在实战中，并联电池的公式不能象书本上一样容量简单相加，比如两个2000mAH的电池，实际并联后，放电时间计算公式应该是： V高-V低 放电时间=（2000+2000）/（------------------ + I电机电流） R高+R低 式中，V高是电压高一点的电池，R高是这个电池的内阻，当两个电池的电压差得越多，损耗也就越大，所以自行并联出来的电池，一般容量都达不到两个电池相加的结果。 串联方面。 由于镍镉电池、镍氢电池的、还有锂电的单体电压不够，所以，在电狗当中，都是以串联的方式，连接成香肠的形式。香肠形式的优点是可以保证电狗需求的电压，7.2V 9.6V 10.8V等电压。但是缺点也是很明显的。 按照书本上的知识，电池串联！(电流 / 时) 容量不变，电压升高。 按照实际实战中的经验，应该是，电池串联！电池内阻相互迭加，形成内阻损耗！(电流 / 时) 容量下降，电压升高。 有比较有条件和细心的朋友问，为什么用万用表测量，好象我买来的2000mAH，用了1300 mAH就没电了？？为什么一扣动扳机，电压立即从9.6V掉到7.8V，是不是被JS骗了？？这就是原因。 纯理想状态下的电池和测试条件，内阻等于0，开关接触电阻等于0，电线损耗等于0，因此，电池所有能量给电狗电机做功，电压直接加到电机上，V电池=V 电机。 实际现实情况下，排开开关接触电阻和电线电阻不计，存在最大的电阻是电池内阻，因此得出以下公式： V电池-V内阻=V电机。 任何电池在电狗扣下扳机的情况下，电池两端电压都会明显下降，但是不同种类的电池，因内阻的不同，下降的程度就不同，电压的下降导致电机转速变慢。在使用相同电压相同容量的电池前提下，用镍镉电池的电狗射速比较快，老式的锂
新能源汽车发展得如火如荼的今天，相信大家都对纯电动汽车的商家如数家珍，比如国外品牌比较出名的有特斯拉电动汽车、宝马i3等、国内新能源汽车有号称电动汽车领头羊的比亚迪纯电动汽车、还有吉利纯电动汽车及奇瑞电动汽车等。但是，电动汽车最为关键的核心部件——动力电池，大家又了解多少呢？ 关于动力电池，由于内容比较多，我们这里先介绍动力电池的类型、关键性能指标以及三种典型动力电池。 1、动力电池的类型 从系统的角度来说，电池分为化学电池、物理电池和生物电池三大类。 对于我们比较熟悉的化学电池，则是按正负极材料分为锌锰电池系列、镍镉镍氢系列、铅酸系列、锂电池系列等，也就是铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池等目前车辆比较常用的动力电池。 另外，物理电池是利用光、热、物理吸附等物理能量发电的电池，如太阳能电池、超级电容器、飞轮电池等。生物电池是利用生物化学反应发电的电池，如微生物电池、酶电池、生物太阳电池等。 2、动力电池的关键性能指标 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、使用寿命等，根据电池种类不同，其性能指标也有差异。 这么多个性能指标，我们这里暂且介绍一下电压、容量、能量以及功率。 电压
首先，我们介绍一下电池的电压，因为可以电池的电压的大小，判断我们的电池的电量状态。所以电池电压是非常关键的一个性能指标，那么电压分为端电压、开路电压、额定电压、充电终止电压和放电终止电压。这么多电压我们看一下是什么意思。 那么工作电压与开路电压的关系又是什么呢？在电池放电工作状态下，当电流流过电池内部时，需要克服电池的内阻所造成阻力，故工作电压总是低于开路电压，充电时则与之相反。锂离子电池的放电工作电压在3.6V左右。 容量 电池在一定的放电条件下所能放出的电量称为电池的容量。常用单位为安培小时，它等于放电电流与放电时间的乘积。可以分为理论容量、实际容量、标称容量和额定容量等。 例如，锂离子电池规定在常温、恒流(1C)、恒压(4.2V)控制的充电条件下，充电3h、再以0.2C放电至2.75V时，所放出的电量为其额定容量。 能量
动力电池PACK总成的系统组成： 1）动力电池模块； 2）结构系统； 3）电气系统； 4）热管理系统； 5）BMS； 动力电池PACK四大工艺： 1）装配工艺：通过螺栓、螺帽、扎带、卡箍、线束抛钉等连接件将五大系统连接到一起，构成一个总成。 2）气密性检测工艺： 1）热管理系统级的气密性检测； 2）PACK级的气密性检测；国际电工委员会（IEC）起草的防护等级系统中规定，动力电池PACK必须要达到IP67等级。 3）软件刷写工艺：软件刷写工艺就是将BMS控制策略以代码的形式刷入到BMS中的CMU 和BMU中，以在电池测试和使用过程中将采集的电池状态信息数据，由电子控制单元进行数据处理和分析，然后根据分析结果对系统内的相关功能模块发出控制指令，最终向外界传递信息。 4）电性能检测工艺：电性能检测分三个环节： 1）静态测试：绝缘检测、充电状态检测、快慢充测试等； 2）动态测试；通过恒定的大电流实现动力电池容量、能量、电池组一致性等参数的评价。3）SOC调整：将电池PACK的SOC调整到出厂的SOC。 SOC: State Of Charge，通俗的将就是电池的剩余电量。 PACK装配工艺中最最最重要的技术： 1、连接方式其实有三种 1）用螺栓、螺帽将线束与继电器等核心零件连接； 2）用抛钉将线束和金属支架连接； 3）用卡扣将低压线束与模组连接 其中靠螺栓、螺帽拧紧连接是动力电池PACK装配过程中用到的最多的连接方式。而拧紧技术也是装配中最最最重要的技术。 拧紧技术是很大的一个课题，本文先讲下拧紧技术的基础知识。 拧紧原理：螺栓插入被连接件，利用螺母或内螺纹拧紧使螺栓拉伸变形，这种弹性变形产生了轴向的拉力，将被夹零件挤压在了一起，称为预紧力，又称夹紧力。 高压线是动力电池PACK的“大动脉血管”，用来传输电流。高压线与模组连接的螺栓若因为拧紧过程异常导致松动或者螺栓断裂，会导致电流无法输出，动力中断，汽车急停。 夹紧力是我们制造过程中想要得到的参数，但是在制造现场直接去测量力是很难操作的。而扭矩（Torque）是很容易测量出的。真正转化为加紧力的扭矩其实只有10%，90%的扭矩用于克服摩擦力。即传说中的：50-40-10原则。
郑州正方科技： 如今资源紧缺以及环境污染对人类造成的困扰越来越大，新能源的开发成了国家乃至全球发展的重点对象，众所周知，新型的锂电池组也逐步取代老式的铅酸电池组用于电动自行车以及电动汽车上，锂电池的轻便，高性能等等的一系列的优点，也使得电动工具更加的方便，高效。目前，各个生产商也针对不同的类型的锂电池组生产相对应的锂电池保护板以保证电池组的安全性，以及对电池组的一系列的保护措施。这类型的锂电池保护芯片也主要对应的是1~4串的锂电池组，当然也有对应5~10串电池组的保护板，如BQ77PL900芯片，这种芯片的功能更加全面，应用度也很广泛。这也完全避免了目前市场上集成电路芯片保护板的一些弊端，例如保护失效以及复杂等等缺点！ 此外，锂电池组在充电的时候如果不能保证每个单节电池的均衡充电，那么就会极大的影响了电池组的性能以及使用寿命，目前最常见的均衡充电有这么几类：（1）恒定电流分阻均衡充电（2）电感均衡充电（3）降压型变换器均衡充电（4）开关电容均衡充电等等，所以有一点大家可想而知，单单节电池不存在多个电池组合的问题，所以不需要均衡充电控制功能；下面我们就讲的是锂电池保护板的一些实现方案。 根据锂电池保护板的保护原理，我们做了实验，在实际的应用中，某厂要求2组并联、10节串联的36V8A·h锰酸锂动力电池组保护板的设计，考虑到外部干扰可能会引起电池电压不稳定的情况，这样
会造成电压极短时间的过压或欠压，从而导致电池保护电路错误判断，因此在保护芯片配有相应的延时逻辑，必要时可在保护板上添加延时电路，这样将有效降低外部干扰造成保护电路误动作的可能性。由于电池组不工作时，保护板上各开关器件处于断开状态，故静态损耗几乎为0。当系统工作时，主要损耗为主电路中2个MOS管上的通态损耗，当充电状态下均衡电路工作时，分流支路中电阻热损耗较大，但时间较短，整体动态损耗在电池组正常工作的周期内处于可以接受的水平。经测试，该保护电路的设计能够满足串联锂电池组保护的需要，保护功能齐全，能可靠地进行过充电、过放电的保护，同时实现均衡充电功能。 本文采用单节锂电池保护芯片设计实现了多节锂电池串联的锂电池保护板，除可完成必要的过电压、欠电压、过电流和短路保护功能外，还可以实现均衡充电功能。这一串联式锂电池组的锂电池保护板实现方案的实验结果验证了该方案的可行性，市场使用情况检验了该设计的稳定性。
硅太阳能电池的性能参数主要有：短路电流、开路电压、峰值电流、峰值电压、峰值功率、填充因子和转换效率等。 ①短路电流(isc)：当将太阳能电池的正负极短路、使u=0时，此时的电流就是电池片的短路电流，短路电流的单位是安培(a)，短路电流随着光强的变化而变化。 ②开路电压(uoc)：当将太阳能电池的正负极不接负载、使i=0时，此时太阳能电池正负极间的电压就是开路电压，开路电压的单位是伏特(v)。单片太阳能电池的开路电压不随电池片面积的增减而变化，一般为0.5～ 0.7v。 ③峰值电流(im)：峰值电流也叫最大工作电流或最佳工作电流。峰值电流是指太阳能电池片输出最大功率时的工作电流，峰值电流的单位是安培(a)。 ④峰值电压(um)：峰值电压也叫最大工作电压或最佳工作电压。峰值电压是指太阳能电池片输出最大功率时的工作电压，峰值电压的单位是v。峰值电压不随电池片面积的增减而变化，一般为0.45～0.5v，典型值为 0.48v。 ⑤峰值功率(pm)：峰值功率也叫最大输出功率或最佳输出功率。峰值功率是指太阳能电池片正常工作或测试条件下的最大输出功率，也就是峰值电流与峰值电压的乘积：pm===im×um。峰值功率的单位是w(瓦)。太阳能电池的峰值功率取决于太阳辐照度、太阳光谱分布和电池片的工作温度，因此太阳能电池的测量要在标准条件下进行，测量标准为欧洲委员会的101号标准，其条件是：辐照度lkw／㎡、光谱aml.5、测试温度25℃。
⑥填充因子(ff)：填充因子也叫曲线因子，是指太阳能电池的最大输出功率与开路电压和短路电流乘积的比值。计算公式为ff=pm/(isc×uoc)。填充因子是评价太阳能电池输出特性好坏的一个重要参数，它的值越高，表明太阳能电池输出特性越趋于矩形，电池的光电转换效率越高。串、并联电阻对填充因子有较大影响，太阳能电池的串联电阻越小，并联电阻越大，填充因子的系数越大。填充因子的系数一般在0.5～0.8之间，也可以用百分数表示。 ⑦转换效率(η)：转换效率是指太阳能电池受光照时的最大输出功率与照射到电池上的太阳能量功率的比值。即： η=pm(电池片的峰值效率)/a（电池片的面积）×pin（单位面积的入射光功率），其中pin=lkw／㎡=100mw／cm2。 组件的板形设计一般从两个方向入手。一是根据现有电池片的功率和尺寸确定组件的功率和尺寸大小；二是根据组件尺寸和功率要求选择电池片的尺寸和功率。 电池组件不论功率大小，一般都是由36片、72片、54片和60片等几种串联形式组成。常见的排布方法有4片×9片、6片×6片、6片×12片、6片×9片和6片×10片等。下面就以36片串联形式的电池组件为例介绍电池组件的板型设计方法。
钴酸锂 1.钴酸锂的概述 1992年SONY公司商品化锂电池问世，由于其具有工作电压高、能流密度高、循环压寿命长、自放电低、无污染、安全性能好等独特的优势，现已广泛用作移动电话、便携式计算机、摄像机、照相机等的电源。并已在航天、航海、人造卫星、小型医疗仪及军用通讯设备中逐步发展成为主流应用的能源电池。Sony公司推出的第一块锂电池中，正极材料是钴酸锂，负极材料为碳。其中，决定电池的可充电最大容量及开路电压的主要是正极材料。因此我国现有的生产正极材料公司，产品几乎全部是钴酸锂。与钴酸锂同属4伏正极材料的候选体系有镍酸锂和锰酸锂两大系列，这两个系列材料在性能上各有长短，锰酸锂在原料价格上优势明显。但在容量和循环寿命上存在不足。钴酸锂的实际使用比容量为130mAh／g，循环次数可达到300至500次以上：而锰酸锂的实际比容量在100mAh ／g左右，循环次数为100至200次。另外，磷酸铁锂电池有安全性高。稳定性好、环保和价格便宜优势，但是导电性较差，而且振实密度较低。因此其在小型电池应用上没有优势。国内钴酸锂市场需求变化呈现典型的中国市场特征，历史较短，但发展较快，多数企业在很短时间进入，但生产企业规模不大，产品主要集中在中低档。 2002年，国内钴酸锂材料市场需求量为2400吨，大多数产品依靠进口，但随着国内主要生产企业的投产，产能和需求量得到了极大的提升，2006年需求量达到6500吨，2008年需求量接近9000吨。 2001年全球主要生产高性能钴酸锂、氧化钴材料的生产企业是比利时Umicore 公司，美国OMG和FMC公司,日本的SEIMEI和日本化学公司等国外企业。另外台湾地区的台湾锂科科技公司也是重要的生产企业。而国内的生产企业为北京当升科技、湖南瑞翔、中信国安盟固利、北大先行和西安荣华等。这些生产企业有些是从科研机构孵化而来，有些是具有上有资源优势的企业。 2.钴酸锂的材料构成 LiCoO2在目前商业化的锂离子电池中基本上选用层状结构的锂离子二次电池正极材料（钴酸锂）的液相合成工艺，它采用聚乙烯醇（ＰＶＡ）或聚乙二醇（ＰＥＧ）水溶液为溶剂，锂盐、钴盐分别溶解在ＰＶＡ或ＰＥＧ水溶液中，混合后的溶液经过加热，浓缩形成凝胶，生成的凝胶体再进行加热分解，然后在高温下煅烧，将烧成的粉体碾磨、过筛即得到钴酸锂粉。与现有技术相比，本发明具有合成温度低，得到的产品纯度高、化学组成均匀等优点。 3.钴酸锂的制备 1活性钴酸锂的制备方法，其特征是包括以下步骤：以原生钴矿石为原料，制取高纯钴盐溶
电池串联和并联 把电池串联和并联起来使用，这听起来好象很简单，但是，遵循一些简单的规则，就可以避免不必要的问题。 在电池组中是把多个电池串联起来，得到所需要的工作电压。如果所需要的是更高的容量和更大的电流，那就应该把电池并联起来。另外还有一些电池组，把串联和并联这两种方法结合起来。一个膝上型电脑的电池有可能是把四节3.6V锂离子电池串联起来，总电压达到14.4V；然后，再把两组串联在一起的电池并联起来，这样，电池组的总电量就可以从2 000毫安时提高到4000毫安时。这种接法称作“四串两并”，它的意思是：把两组由四节电池串联在一起的电池组并联起来。 在手表、备份用的存储器和蜂窝里一般使用一节电池。一节镍基电池的标称电压是1.2 V，碱性电池是1.5V，氧化银电池是1.6V，铅酸性电池是2V，锂电池是3V，而锂离子电池的标称电压则是3.6V。使用锂离子聚合物和其他类型的锂电池，它的额定电压一般为3.7V。如果要想得到像11.1V这种不常见的电压，就得把三节这种电池串联在一起。随着现代微电子技术的发展，我们已经可以用一节3.6V的锂离子电池，为蜂窝和低功耗的便携通讯产品供电。在上世纪六十年代，在照度计中广泛使用的汞电池，出于环境保护方面的考虑，如今已经完全退出市场。 镍基电池的标称电压为1.2V或1.25V。它们之间，除了市场偏好之外，没有任何差别。大部分的商用电池，每节电池的电压为1.2V；工业电池、航空电池和军用电池，每节电池的电压仍是1.25V。 串联 需要高电量的便携设备，一般是由两节或更多节电池串联起来的电池组供电。如果使用高电压的电池，导体和开关的尺寸可以做得很小。中等价位的工业电动工具一般使用电压为12V至19.2V的电池供电；而高级电动工具使用电压为24V至36V的电池，以获得更大的电力。汽车工业最终把启动器的点火电池电压从12V（实际上是14V）提高到36V，甚至是42
太阳能电池性能参数 1、开路电压 开路电压UOC：即将太阳能电池置于AM1.5光谱条件、100 mW/cm2的光源强度照射下，在两端开路时，太阳能电池的输出电压值。 2、短路电流 短路电流ISC：就是将太阳能电池置于AM1.5光谱条件、100 mW/cm2的光源强度照射下，在输出端短路时，流过太阳能电池两端的电流值。 3、最大输出功率 太阳能电池的工作电压和电流是随负载电阻而变化的，将不同阻值所对应的工作电压和电流值做成曲线就得到太阳能电池的伏安特性曲线。如果选择的负载电阻值能使输出电压和电流的乘积最大，即可获得最大输出功率，用符号Pm表示。此时的工作电压和工作电流称为最佳工作电压和最佳工作电流，分别用符号Um和Im表示。 4、填充因子 太阳能电池的另一个重要参数是填充因子FF（fill factor），它是最大输出功率与开路电压和短路电流乘积之比。 FF：是衡量太阳能电池输出特性的重要指标，是代表太阳能电池在带最佳负载时，能输出的最大功率的特性，其值越大表示太阳能电池的输出功率越大。FF 的值始终小于1。串、并联电阻对填充因子有较大影响。串联电阻越大，短路电流下降越多，填充因子也随之减少的越多；并联电阻越小，其分电流就越大，导致开路电压就下降的越多，填充因子随之也下降的越多。 5、转换效率 太阳能电池的转换效率指在外部回路上连接最佳负载电阻时的最大能量转换效率，等于太阳能电池的输出功率与入射到太阳能电池表面的能量之比。太阳能电池的光电转换效率是衡量电池质量和技术水平的重要参数，它与电池的结构、结特性、材料性质、工作温度、放射性粒子辐射损伤和环境变化等有关。
图2.4.1 太阳能电池输出特性曲线
锂电池基础的方方面面介绍 目录 1. 锂电池的构成 2. 锂电池的优缺点 3. 锂电池的分类 4. 常用术语解释 5. 锂电池命名规则 6. 锂电池工艺 7. 锂电池成组和串并联 8. 各种动力电池对比 9. 锂电池模型 10. 锂电池电气特性与关键参数 11. 锂电池保护和管理系统 12. 锂电池应用领域 13. 锂电池相关标准
（一）锂电池的构成 锂电池主要由两大块构成，电芯和保护板PCM（动力电池一般称为电池管理系统BMS），电芯相当于锂电池的心脏，管理系统相当于锂电池的大脑。 电芯主要由正极材料、负极材料、电解液、隔膜和外壳构成，而保护板主要由保护芯片（或管理芯片）、MOS管、电阻、电容和PCB板等构成。 锂电池的产业链结构如下图： 电芯的构成如下面两图所示:
锂电池的PACK的构成如下图所示:
●（二）锂电池优缺点 锂电池的优点很多，电压平台高，能量密度大（重量轻、体积小），使用寿命长，环保。锂电池的缺点就是，价格相对高，温度范围相对窄，有一定的安全隐患（需加保护系统）。 ●（三）锂电池分类 锂电池可以分成两个大类：一次性不可充电电池和二次充电电池（又称为蓄电池）。 不可充电电池如锂二氧化锰电池、锂-亚硫酰胺电池。 二次充电电池又可以分为下面根据不同的情况分类。 1．按外型分：方形锂电池（如普通手机电池）和圆柱形锂电池（如电动工具的18650）；2．按外包材料分：铝壳锂电池，钢壳锂电池，软包电池； 3．按正极材料分：钴酸锂（LiCoO2）、锰酸锂（LiMn2O4）、三元锂（LiNixCoyMnzO2）、磷酸铁锂（LiFePO4）； 4．按电解液状态分：锂离子电池（LIB）和聚合物电池（PLB）； 5．按用途分：普通电池和动力电池。 6．按性能特性分：高容量电池、高倍率电池、高温电池、低温电池等。
第五节电池组 【课题名称】 2.6.2 电池组的串联 【课时安排】 2课时 【教学目标】 1、电池组串联的知识点理解。 2、运用电池串联的知识进行简单的运算。 【教学重点】 重点：电池组串联的知识点。 【教学难点】 难点：电池组的电动势和内阻的计算。 【关键点】 教学时能播放相关的动画或视频 【教学方法】 现场讲解法、观察法、讲授法、谈话法、多媒体演示法 【教具资源】 多媒体课件、多媒体动画、相关视频、电池、万用表 【教学过程】 一、导入新课 1、清点学生人数，做好记录。 二、讲授新课 教学环节1： 教师活动：教师可通过动画或多媒体演示最简单的实物电路。 学生活动：学生可以边仔细观察边听教师讲解。 知识点： 1、电阻并联 一、电池的串联 （活动）连接：把电池的正负极依次连接起来就组成了串联电池组，如图1所示。
特点：设串联电池组是由n个电动势都是E，内阻都是R0的电池组成。 任务一：探究串联电池组的电动势： 结论一：由于开路时端电压等于电源电动势 任务二：串联电池组的内电阻： 结论二：由于电池是串联的，电池的内电阻也是串联的，故串联电池组的内电阻 即串联电池组的电动势等于各个电池电动势之和，串联电池组的内电阻等于各个电池内电阻之和。 注意： （1）串联电池组的电动势比单个电池的电动势高，当用电器的额定电压高于单个电池的电动势时，可以用串联电池组供电。而用电器的额定电流必须小于单个电池允许通过的最大电流。 （2）用几个相同电池组成串联电池组时，注意正确识别每个电池的正负极，不要把某些电池接反了。 设外电路的电阻为R，由全电路欧姆定律得到电路中的电流为 教学环节1： 教师活动：讲解例题，给出学生练习例题。 学生活动：学生听教师讲解后，自行练习。 知识点：
电池的并联与串联 一、并联 在实际应用当中，并联的电池组，两个60A·h的电池，经过并联就成了120A·h,同时，并联后的电池内阻，也就成了原来的1/2，驱动力就比原来大了将近2倍。 在实际使用当中，一般推出的并联电池组，是根据电脑分析和配对的两个电池，没有经过配对的电池，因为特性不平衡，一个电池电压高点，就会向另一个电池放电充电，产生自行损耗。在实战中，并联电池的公式不能象书本上一样容量简单相加，比如两个60mA·h的电池，实际并联后，放电时间计算公式应该是： 放电时间＝（60+60）/（（V高-V低）/（R高+R低）+I电机电流） 式中，V高是电压高一点的电池，R高是这个电池的内阻，当两个电池的电压差得越多，损耗也就越大，所以并联出来的电池，一般容量都达不到两个电池相加的结果。 二、串联 由于镍镉电池、镍氢电池、还有锂电的单体电压不够，所以，在电动汽车中，都是以串联的方式，连接成香肠的形式。香肠形式的优点是可以保证电动汽车需求的电压。但是缺点也是很明显的。按照书本上的知识，电池串联时，容量不变，电压升高。按照实际实战中的经验，应该是，电池串联！电池内阻相互迭加，形成内阻损耗！容量下降，电压升高。 为什么用万用表测量，新充满电60mA·h的电池，用了没多久就没电了？为什么一使用，电压立即从84V掉到80V？这就是原因。 纯理想状态下的电池和测试条件，内阻等于0，开关接触电阻等于0，电线损耗等于0，因此，电池所有能量给电动汽车电机做功，电压直接加到驱动电机上，V电池=V电机。实际现实情况下，存在最大的电阻是电池内阻，因此得出以下公式：V 电池-V内阻=V电机。 电池在电动汽车踩下加速踏板的情况下，电池两端电压都会明显下降，但是不同种类的电池，因内阻的不同，下降的程度就不同，电压的下降导致电机转速变慢。 串联电压升高，并联来提高电池容量。 串联后电压增加, 容量不变，电流不变； 并联后电压不变, 容量增加，电流增加。 这些数字的变化与电阻的大小变化有关。
高压断路器的主要参数 3kV及以上电力系统中使用的断路器称为高压断路器，是电力系统中重要的控制和保护设备。高压断路器在电网中主要起两方面的作用： (1)控制作用。正常运行时，根据电网运行的需要，用高压断路器把某些电力设备投入或退出运行。 (2)保护作用。在电力设备发生故障时，通过与继电保护装置配合，高压断路器可以将故障部分从电网中快速切除，以保证非故障部分正常运行。此时要求断路器切除故障的时间尽可能缩短，以减轻电力设备的损坏和提高电网的稳定性，并且能配合线路的自动重合闸进行多次断合。 高压断路器在工作过程中，要经受电的、热的、机械的等各种因素的作用，还要受大气环境的影响，因此断路器的性能必须能够耐受这些因素的作用。断路器的性能可用它的技术参数来表征。 (1)额定电压。额定电压是指在规定的正常使用条件下断路器允许长期工作的电压（在三相系统中指线电压），是影响断路器外形尺寸和绝缘水平的主要因素。为了适应电力系统运行电压的变化，还应考虑到断路器允许的最高工作电压，一般规定其最高工作电压为1. 15倍的额定电压（330、500kV高压断路器的最高工作电压为1.1倍的额
定电压）。 (2)额定电流。额定电流是指断路器在规定环境温度和额定频率下，允许长期通过的标准电流。工作在额定电流下，断路器各部分发热不应超过最高允许发热温度。额定电流决定导电部分的尺寸以及触头的结构和尺寸。我国规定的断路器额定电流级别有200、400、630、1000、1250、1500、1600、2000、3150、4000、5000、6300、8000、10000、12500、16000、20000A等。 (3)额定短路开断电流。额定短路开断电流是指在额定电压下断路器能开断而不影响其继续正常工作的最大短路电流，表征了断路器的开断能力。若直流分量不超过20%，则额定短路开断电流仅以交流分量有效值来表征。我国规定的额定短路开断电流有1.6、3. 15、6.3、8、10、12.5、16、20、25、31.5、40、50、63、80、100kA等。额定短路开断电流是决定断路器灭弧室结构和尺寸的重要因素。 (4)额定短路关合电流。当断路器合闸时，如果线路上存在故障，则在触头尚未接触之前就会在电源电压作用下发生击穿，形成电弧，其产生的不良影响甚至比在合闸状态下流过极限电流更为严重。保证断路器能关合短路而不致发生触头熔焊或其他损伤的最大电流，称为断路器的额定短路关合电流，以电流的最大峰值表示，单位为kA。断路器还应保证随后自动跳闸时能切断该短路电流。额定短路关合电流主要取决于断路器操动机构的功率、断路器本体的结构和触头的结构。 (5)热稳定电流。热稳定电流是指在规定的时间内，通过断路器使其
成组锂电池串联充电时，应保证每节电池均衡充电，否则使用过程中会影响整组电池的性能和寿命。常用的均衡充电技术有恒定分流电阻均衡充电、通断分流电阻均衡充电、平均电池电压均衡充电、开关电容均衡充电、降压型变换器均衡充电、电感均衡充电等。而现有的单节锂电池保护芯片均不含均衡充电控制功能;多节锂电池保护芯片均衡充电控制功能需要外接CPU，通过和保护芯片的串行通讯（如I2C总线）来实现，加大了保护电路的复杂程度和设计难度、降低了系统的效率和可靠性、增加了功耗。 本文针对动力锂电池成组使用，各节锂电池均要求充电过电压、放电欠电压、过流、短路的保护，充电过程中要实现整组电池均衡充电的问题，设计了采用单节锂电池保护芯片对任意串联数的成组锂电池进行保护的含均衡充电功能的电池组保护板。仿真结果和工业生产应用证明，该保护板保护功能完善，工作稳定，性价比高，均衡充电误差小于50mV。 锂电池组保护板均衡充电基本工作原理 采用单节锂电池保护芯片设计的具备均衡充电能力的锂电池组保护板示意图如图1所示。其中：1为单节锂离子电池;2为充电过电压分流放电支路电阻;3为分流放电支路控制用开关器件;4为过流检测保护电阻;5为省略的锂电池保护芯片及电路连接部分;6为单节锂电池保护芯片（一般包括充电控制引脚CO，放电控制引脚DO，放电过电流及短路检测引脚VM，电池正端VDD，电池负端VSS等）;7为充电过电压保护信号经光耦隔离后形成并联关系驱动主电路中充电控制用MOS管栅极;8为放电欠电压、过流、短路保护信号经光耦隔离后形成串联关系驱动主电路中放电控制用MOS管栅极;9为充电控制开关器件;10为放电控制开关器件;11为控制电路;12为主电路;13为分流放电支路。单节锂电池保护芯片数目依据锂电池组电池数目确定，串联使用，分别对所对应单节锂电池的充放电、过流、短路状态进行保护。该系统在充电保护的同时，通过保护芯片控制分流放电支路开关器件的通断实现均衡充电，该方案有别于传统的在充电器端实现均衡充电的做法，降低了锂电池组充电器设计应用的成本。 图1 具备均衡充电能力的锂电池组保护板示意图 当锂电池组充电时，外接电源正负极分别接电池组正负极BAT+和BAT-两端，充电电流流经电池组正极BAT+、电池组中单节锂电池1～N、放电控制开关器件、充电控制开关器件、电池组负极BAT-，电流流向如图2所示。 图2 充电过程 系统中控制电路部分单节锂电池保护芯片的充电过电压保护控制信号经光耦隔离后并联输出，为主电路中充电开关器件的导通提供栅极电压;如某一节或几节锂电池在充电过程中先进入过电压保护状态，则由过电压保护信号控制并联在单节锂电池正负极两端的分流放电支路放电，同时将串接在充电回路中的对应单体锂电池断离出充电回路。
正确地把电池串联和并联起来 把电池串联和并联起来使用，这听起来好象很简单，但是，遵循一些简单的规则，就可以避免不必要的问题。 在电池组中是把多个电池串联起来，得到所需要的工作电压。如果所需要的是更高的容量和更大的电流，那就应该把电池并联起来。另外还有一些电池组，把串联和并联这两种方法结合起来。一个膝上型电脑的电池有可能是把四节3.6V锂离子电池串联起来，总电压达到14.4V；然后，再把两组串联在一起的电池并联起来，这样，电池组的总电量就可以从2000毫安时提高到4000毫安时。这种接法称作“四串两并”，它的意思是：把两组由四节电池串联在一起的电池组并联起来。 在手表、备份用的存储器和蜂窝电话里一般使用一节电池。一节镍基电池的标称电压是1.2V，碱性电池是1.5V，氧化银电池是1.6V，铅酸性电池是2V，锂电池是3V，而锂离子电池的标称电压则是3.6V。使用锂离子聚合物和其他类型的锂电池，它的额定电压一般为3.7V。如果要想得到像11.1V这种不常见的电压，就得把三节这种电池串联在一起。随着现代微电子技术的发展，我们已经可以用一节3.6V的锂离子电池，为蜂窝电话和低功耗的便携通讯产品供电。在上世纪六十年代，在照度计中广泛使用的汞电池，出于环境保护方面的考虑，如今已经完全退出市场。 镍基电池的标称电压为1.2V或1.25V。它们之间，除了市场偏好之外，没有任何差别。大部分的商用电池，每节电池的电压为1.2V；工业电池、航空电池和军用电池，每节电池的电压仍是1.25V。 串联 需要高电量的便携设备，一般是由两节或更多节电池串联起来的电池组供电。如果使用高电压的电池，导体和开关的尺寸可以做得很小。中等价位的工业电动工具一般使用电压为12V至19.2V的电池供电；而高级电动工具使用电压为24V至36V的电池，以获得更大的电力。汽车工业最终把启动器的点火电池电压从12V（实际上是14V）提高到36V，甚至是42V。这些电池组是由18节串联起来铅酸性电池组成。在早期的混合型汽车中，用来供电的电池组，电压为148V。比较新的车型所使用的电池组，电压高达450V至50 0V，大部分是镍基化学电池。一个电压为480V的镍金属氢电池组是由400节镍金属氢电池串联而成。有一些混合型汽车也用铅酸性电池做过试验。 42 V的汽车用电池价格昂贵，而且，比起12V电池，它在开关上会产生更多的电弧。使用高电压电池组所带来的另一个问题，就是有可能遇到电池组里的某一节电池失效的情况。这就像一个链条，串联在一起的电池越多，出现这种情况的几率就越高。只要一节电池有问题，它的电压就会降低。到最后，一节“断开”的电池可能会中断电流的输送。而要更换“坏”电池也绝非易事，因为新老电池是互不匹配的。一般说来，新电池的容量要比老电池的高得多。 我们来看一个电池组的实例，第三节电池仅产生0.6V的电压，而不是正常的1.2V（图1）。随着工作电压的下降，它比正常电池组更快地达到放电结束的临界点，同时，它的使用时间也急剧缩短。一旦设备因电压过低而切断电源，其余三节仍然完好的电池就不能把所存储的电量送出来了。这时，第三节电池还呈现很大的内阻，如果此时还带有负载，那么，将会导致整个电
动力电池性能参数 一、电性能 (1) 电动势 电池的电动势，又称电池标准电压或理论电压，为电池断路时正负两极间的电位差。电池的电动势可以从电池体系热力学函数自由能的变化计算而得。 (2) 额定电压 额定电压(或公称电压)，系指该电化学体系的电池工作时公认的标准电压。例如，锌锰干电池为 1.5V ，镍镉电池为1.2V ，铅酸蓄电池为2V ，锂离子电池为 (3) 开路电压 电池的开路电压是无负荷情况下的电池电压。开路电压不等于电池的电动势。必须指出，电池的电动势是从热力学函数计算而得到的，而电池的开路电压则是实际测量出来的。 (4) 工作电压 系指电池在某负载下实际的放电电压，通常是指一个电压范围。例如，铅酸蓄电池的工作电压在2V ?1.8V ;镍氢电池的工作电压在 1.5V?1.1V ;锂离子电池的工作电压在 3.6V?2.75V。 (5) 终止电压 系指放电终止时的电压值，视负载和使用要求不同而异。以铅酸蓄电池为例：电动势为2.1V，额定电压为2V，开路电压接近2.15V，工作电压为2V?1.8V，放电终止电压为1.8V?1.5V( 放电终止电压根据放电率的不同，其终止电压也不同)。 (6) 充电电压
系指外电路直流电压对电池充电的电压。般的充电电压要大于电池的开路电压，通常 在一定的范围内。例如，镍镉电池的充电压在1.45V?1.5V ;锂离子电池的充电压在4.1V?4.2V ;铅酸蓄电池的充电压在2.25V?2.5V。 (7) 内阻 蓄电池的内阻包括：正负极板的电阻，电解液的电阻，隔板的电阻和连接体的电阻等。 a. 正负极板电阻 目前普遍使用的铅酸蓄电池正、负极板为涂膏式，由铅锑合金或铅钙合金板栅架和活性物质两部分构成。因此，极板电阻也由板栅电阻和活性物质电阻组成。板栅在活性物质内层，充放电时，不会发生化学变化，所以它的电阻是板栅的固有电阻。活性物质的电阻是随着电池充放电状态的不同而变化的。 当电池放电时，极板的活性物质转变为硫酸铅(PbSO4) ，硫酸铅含量越大，其电阻越大。而电池充电时将硫酸铅还原为铅(Pb) ，硫酸铅含量越小，其电阻越小。 b. 电解液电阻 电解液的电阻视其浓度不同而异。在规定的浓度范围内一旦选定某一浓度后，电解液电 阻将随充放电程度而变。电池充电时，在极板活性物质还原的同时电解液浓度增加，其电阻下降;电池放电时，在极板活性物质硫酸化的同时电解液浓度下降，其电阻增加。 c. 隔板电阻 隔板的电阻视其孔率而异，新电池的隔板电阻是趋于一个固定值，但随电池运行时间的延长，其电阻有所增加。因为，电池在运行过程中有些铅渣和其他沉积物在隔板上，使得隔板孔率有所下降而增加了电阻。