你知道动力电池的能量容量功率都是什么

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这,是一款电动车的电池包,它的容量是Ah,能量是69.9kWh

这,是上面的电池包内的一个电芯,它的容量也是Ah,能量却只有0.73kWh

为什么这两个电池,容量相同,可能量却差了这么多呢?下面就让我们来聊一聊。

其实,分清楚动力电池的能量、容量,有一套很简单的办法,那就是看它们的单位。

能量的单位常常用千瓦时(kWh),也就是人们常说的“度”。我们生活中常常会用到它,交电费时候就是看用了多少度电来算钱的。动力电池的能量多少,也是用千瓦时作为单位来衡量的。

比如,特斯拉Model3长续航版,就配备了一个77kWh的电池包。

它背后的物理意义是,假如用这个电池来驱动一个kW的电机,它所提供的能量,理论上可以让电机不停地转0.77个小时。

而容量一般用安时(Ah)来衡量,他表示的是一个电池里面装了多少的“电”。也就是,1A的电流通电一小时的电荷量,也就是库仑。而比安时这个单位小很多的毫安时(mAh),我们常常在手机、充电宝这些设备上可以看到,华为的Mate40Pro,里面就有一个mAh的电池;表示如果工作电流是10mA,可以连续工作个小时;充电宝也一般有从几千到上万mAh不等的规格。而某款车的电池包有多少容量,我们就很少听说了。

但其实在工程领域,汽车电池的容量,还是经常会被用到的。接下来我们就详细来看一下。首先我们观察一下这两个单位,一个是kW·h,而了另一个是A·h。熟悉初中物理的朋友肯定可以看出来了,电压乘以电流便是功率,用单位来表示就是,V×A=W。经过简单的公式变换,我们便能得出:

这样看来,电池的容量乘以电池的电压,得到的便是电池的能量了。于是,我们只要知道电池的两个参数,便可以通过计算得出剩下的那个参数了。

那么,这些物理量对电动汽车的电池都有哪些影响呢?不同的电池,由于他们的电极材料不同,他们的电压往往也有高有低。碱性电池,比如我们常用的5号电池,电压是1.5V;汽车小电瓶用的铅酸电池,则是12V;锂电池中,磷酸铁锂电芯是3.2V,而三元锂材料的电芯是3.7V。要注意,这里说的电压值,是指的额定电压,而一个电池在放电过程中,电压是时刻在变化的,电池充满电,电压自然会高一些,而当电快放光的时候,电压便会比之前低一些。电池的充放电过程,本质上就是离子在电池正负极之间定向移动的过程。充电时,外部电压“强迫”离子来到电极的一侧;而放电时,离子又会自发的从这一侧移动到原来的地方。离子在正极-负极-正极之间来回运动,所以这种电池又被形象的成为“摇椅电池”。让我们把话题回到电池的容量,在工程研发过程中,如果想要测量电池的容量,可以以恒定的电流,让电池向外放电并记录从电池充满电到放空电所持续的时间,之后拿二者相乘,那么我们就得到了电池的容量。当然,实际的测量过程要复杂的多,不同放电倍率下,电池可以释放出的电量也会出现不同,在这里就不再详细解释了。我们可以看到,电池的能量,是取决于电池的电压以及电池的容量的。电路课上我们学过,电池串联,电路两端的电压是串联的各个电池电压之和;而电池并联,容量是单个电池的容量乘以并联的数量。而新能源汽车的工作电压比单个电芯的电压要高得多,往往在-V左右,甚至V的电压平台也陆续出现。所以我们需要把许多电芯串联起来,让电路电压满足新能源汽车的需求;同时将这么多“串”电池再并联起来,又可以增加整个电池包的容量。

按照上面的公式算下来,我们便可以得到整个电池包的能量,这也就是人们在车型的配置表中看到的,多少多少度电。

这也就解释了我们开头的小问题,特别的是,在这款电池包中,电芯均为串联,没有并联,所以,单个电芯的容量也就等于整个电池包的容量,而电压的不同则导致电池包的能量和单个电芯的能量大相径庭。平时我们用的手机,往往都只有一个电芯,所以用容量来表示电池的性能是可以的;而新能源汽车的动力电池包,有着很多个电芯,那么,用能量来表示性能,更为直观。




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