为什么电池容量一般用安时(Ah)作为单位,这不科学呀,为什么不用瓦时(Wh)?

为什么电池容量一般用安时(Ah)作为单位,这不科学呀,为什么不用瓦时(Wh)?

张抗抗,电动汽车

安时 Ah 从名字就可以看出,它是电流×时间。考虑到电流 = 电量(电子的数目)/ 时间。所以 Ah 就是可移动电子的数量。根据电荷守衡,安时 Ah 也就是锂电池可用于充放电的锂离子数量

请注意,这是一个“物质的量”。根据物质守恒定律,锂离子作为一种物质,无论是快充还是慢充,无论在什么温度下放电,它的量是不会发生变化的。除非发生电池衰减或低温放不出电,那也只是可用于充放电的锂离子变少了,而不是湮灭了。

Wh 则不同,它是 Ah × V,表示的是能量。能量具体是多少,与锂离子移动时那一瞬间的电压有关。打个比方,你拿一盆水往下波,水的量相同时,从高处泼的杀伤力会更大一些。

根据锂电池的电化学特性,它的电压是 SOC 的稳定函数,可以说是开路电压稳定。但锂电池有内阻,在快放与慢放时的端电压是不同的;温度也会影响内阻,导致端电压不同;因此放出的能量也不同。能量的差值,就变成了锂电池的内部生热

如此以来,Wh 就是一个依赖充放电条件的量,而Ah 相对 Wh 来说并不那么依赖充放电条件(并不是完全不依赖)。

所以,用 Ah 来做单位的时候,就可以省略一句话“在 0.01C 的放电条件下,此电池的容量是 xx Wh”,相对来说更简便一些。

但是在组成电动汽车电池包之后,每家公司的电池包电压不同,用 Ah 来表示的话,就难以区分真实大小。 比如 800V 100Ah 的电池,看起来比 400V 150Ah 的电池小,但实际上的储存能量大啊!

所以 ,在电动汽车或其它电压不同的应用场合,大家就用 kWh 作为通用单位。

这有一个前提,这个 kWh 的值必须是按照国标来测出来 —— 因为国标的存在,它规定了测试 Wh 的放电条件 ,从而使得 Wh 也和 Ah 一样,也成为了一个“不需要表述放电条件”的物理量了,一样很方便。

补充:有人疑惑,不同测试条件下,Ah 数也不一定相同。确实如此,但咱们为了区别 Ah 与 Wh,只需要找到一个 Ah 相同而 Wh 不同的标准试验,例如:

设计一个试验 1,相同温度下,以 x C 的倍率放电,在后段逐渐降低到电流至 0.01C,然后到相同的截止电压 Vmin 截止。 设 x = 1、2、3,做三次试验会发现:Ah 数相同,Wh 数不同

还有人质疑:既然你可以设计一个试验让 Ah 相同而 Wh 不同,那我也可以设计一个试验让 Wh 相同,而 Ah 不同啊?例如:

设计一个试验 2,相同温度下,以 xC 的倍率放电,在后段逐渐降低到电流至 0.01C,然后到 Vmin 的电压截止。 设 x = 1、2、3,做三次试验,然后精巧地选择截止电压 Vmin1、Vmin2、Vmin3,总能找到,Ah 数不同,而 Wh 数相同。

是的,的确如此,但你应该可以轻易看出来,试验 1 是一个标准试验,而试验 2 是一个精挑细选参数 Vmin 才能成立的偶然试验。这两个试验的说服力是不一样的,从中你应该可以感受到 Ah 与 Wh 对充放电条件依赖程度的不同。