本文將介紹一些描述電池狀態(tài)的基本術(shù)語。電池(cell)是最小的單個電化學(xué)單元，它傳遞的電壓取決于制造電池的化學(xué)物質(zhì)和化合物的組合。一次性電池稱為原電池(primary cell)，可充電電池稱為二級電池(secondary cell)。英文中描述電池有兩個單詞：cell和battery。batter通常指代電池組，也就是由若干個電池(cell)組成的。

圖(一)

根據(jù)美國國家電氣規(guī)范，對電池的定義為：

“The basic electrochemical unit, characterized by an anode [i.e., negative electrode] and a cathode [i.e., positive electrode], used to receive, store, and deliver electrical energy

https://www./codes-and-standards/all-codes-and-standards/list-of-codes-and-standards/detail?code=70

即：電池是基本的電化學(xué)單元，由正極和負(fù)極組成，用于接收、存儲和傳遞電能。

• 電池電壓(voltage)

電池電壓的數(shù)值取決于制造電池正負(fù)極的材料。電池制造商指定的標(biāo)稱電壓(niminal voltage)為: 為了方便使用而分配給電池的特定電壓值。電池或電池組的工作電壓可能高于或低于這個值。電池電壓會根據(jù)溫度和荷電狀態(tài)而改變，但是為了方便用戶使用和辨識，選取了一個電壓的平均值作為標(biāo)稱電壓。鉛酸(PbA)電池的標(biāo)稱電壓為2.1V；鎳鎘(NiCd)電池的標(biāo)稱電壓為1.35V；鎳氫電池的標(biāo)稱電壓為1.2V；大多數(shù)鋰電池的標(biāo)稱電壓都超過3V。下圖為一手機(jī)電池的標(biāo)牌信息，顯示的電池的標(biāo)稱電壓為3.7V。電池的實際電壓會與標(biāo)稱電壓值不同。

圖(二)

• 電池電荷容量

電池可以存儲并釋放帶電電荷來為負(fù)載電路供電。電池標(biāo)稱電荷容量(nominal charge capacity)指定電池存儲的電荷量，單位為安培小時(Ah)或毫安小時(mAh)。需要注意的是，電荷的國際單位是庫侖(C)。1 Ah=3,600C，一安培小時代表相當(dāng)多的電荷！但是國際單位庫倫一般不使用，因為相對于電池的容量來說庫倫是個比較小的單位。圖二中的電池的標(biāo)稱電荷容量為1900mAh，并且全新的電池的實際電荷容量是高于標(biāo)稱電荷容量的，在電池老化的過程中，實際電荷容量會不斷減小。

• 電池充電率(C-rate)

電池充電率與電池的電荷容量有關(guān)，C速率是電池充放電時電流的大小數(shù)值。它是電池可以維持1小時的恒流充電或放電速率，是電池的標(biāo)稱電荷容量額定值除以1小時。例如，一個充滿電的20Ah電池，應(yīng)該能夠提供20A的恒電流(“1C”速率)1小時或2A的恒電流(“C/10”速率)10小時。如果電池以10C的速率放電，電池將在大約6分鐘內(nèi)完全放電。需要注意的是，C速率和放電時間之間的關(guān)系并不是嚴(yán)格遵守線性關(guān)系。主要是由于電池的內(nèi)阻和當(dāng)電池以高速率運(yùn)動時活性材料的不完全利用造成的。事實上，以10C速率放電的電池將在6分鐘前達(dá)到最小工作電壓，但以C/10速率放電的電池可以在達(dá)到最小電壓之前運(yùn)行超過10小時。

• 電池能量容量

衡量電池容量還有一個指標(biāo)，標(biāo)稱能量容量(nominal energy capacity)，指電池儲存的能量。能量的單位是瓦時(wh)，我們常說的 1 度電就是 1000Wh(1kWh)。電池的標(biāo)稱能量=標(biāo)稱容量X標(biāo)稱電壓，例如P20的智能電池所具備的能量為 16Ah X 44.4V=710.4（Wh），即 P20 的智能電池具備 0.7 度電。同種產(chǎn)品電池電壓相同的情況下可以使用標(biāo)稱電荷容量毫安時（mAh）進(jìn)行比較。若兩種不同產(chǎn)品的電池，工作電壓不一樣，則需用標(biāo)稱能量容量瓦時（Wh）為單位進(jìn)行比較。注意區(qū)別電池的能量(energy)和功率(power)的概念。功率是能量被釋放的瞬時速率，功率以瓦特(W)或千瓦(kW)來計量。電池所能提供的最大功率受到電池內(nèi)阻的限制，并不是一個容易量化的值。功率通常通過對電池終端電壓施加最小和最大限制來調(diào)節(jié)。

• 電池的串聯(lián)(series)

當(dāng)電池串聯(lián)連接時，根據(jù)基爾霍夫電壓定律，電池電壓是單個電池電壓的和。根據(jù)基爾霍夫電流定律，并聯(lián)的電池的電荷容量與單個電池的充電容量相同，因為相同的電流通過所有的電池，電池充放電都以相同的速率。以圖1.2中的電池為例，它由3個2V、20-Ah的電池串聯(lián)構(gòu)成，電池電壓為6V，電池充電容量為20 Ah，電池電量容量為120Wh。

圖(三)

• 電池的并聯(lián)(parallel)

當(dāng)多個相同電池并聯(lián)時，根據(jù)基爾霍夫電壓定律，電池電壓等于單個電池的電壓。根據(jù)基爾霍夫電流定律，電荷容量是所有電荷容量的和，因為電池電流是所有電池電流的和。例如，考慮圖三中的電池，它由5個2V，20-Ah的電池并聯(lián)組成。該電池的電壓為2V，充電容量為100 Ah，能量容量為200Wh。

• 電池的比能量和比能量密度

比能量(specific energy)和能量密度(specific energy density)分別是單位質(zhì)量和體積電池儲存能量的最大值。對于一個給定的質(zhì)量，一個更高的比能量電池將存儲更多的能量，而對于一個給定的存儲容量，一個更高的比能量電池將更輕。對于給定的體積，更高的能量密度的電池將存儲更多的能量，而對于給定的存儲容量，更高的能量密度電池將更小。一般來說，通過使用更多的活性電極電極材料，可以獲得更高的比能量密度和更高的比能量。缺點(diǎn)是，活性更強(qiáng)的電極材料物質(zhì)往往不太穩(wěn)定，可能需要特別的安全預(yù)防措施。此外，用于電極的活性材料的質(zhì)量(quality)也很重要，其雜質(zhì)(impurities)限制了電池性能,降低了安全性。