# 词源

The word “battery” comes from the Old French word baterie, meaning “action of beating” relating to a group of cannons in battle. In the endeavor to find an energy storage device, scientists in the 1700s adopted the term battery to represent multiple electrochemical cells.
Battery 这个词来自法语Batteries,最初的意思是action of beating，表示战斗中的加农炮。1700年代，科学家借用来表示可以存储能量的电化学装置。

# 汽车供电

## 发电机

发电机的额定电流是发电机转速为6000 r/min时发电机能长期提供的电流。

## 整车电流要求

10~50mA 发动机/发电机停机状态下，整车电气系统的用电设备，如时钟、防盗报警装置或无线控制中央闭锁装置等
20~70A 发动机怠速工况或车辆低速行驶
300A 发动机启动过程要求持续0.3~3s
1000A 发动机启动过程峰值电流

# 起动蓄电池

## 功能

1. 随时为起动机提供电能。
2. 某些工况下，如怠速工况或发动机停机工况，发电机提供的电能不能满足整车电气系统的用电需求时，应该能补充不足的部分。
3. 抑制整车电气系统中的电压峰值效应，以保护对电压峰值效应敏感的电子部件和用电设备，如白炽灯、半导体器件等。

## 简介

12V蓄电池由6个单体电池串联而成；正极板的活性物质是多孔质的二氧化铅(PbO2，深棕色)，负极板上是多孔海绵状的纯铅(Pb,灰绿色金属)；外壳是聚丙烯。

BMS能够借助蓄电池参数(SOC/SOH/SOF等)优化充电电压，并在蓄电池性能退化时采取减少整车电气系统的负载(关闭用电设备) 和/或 增加加发电功率（如提供发动机怠速转速）的措施。

## 参数

1. 额定电压
2*6V=12V

2. 开路电压(OCV)和静止电压
只有等静止电压稳定之后，其值才可以用来估算蓄电池的荷电状态(SOC),而这个稳定过程可能需要若干天。

3. 内阻
在持续放电、低温(电解液浓度将增加)的情况下，蓄电池内阻将增大。

4. 端电压
低温或荷电状态差时，待负载的蓄电池的端电压将下降。

5. 气化电压
气化电压指某一个电压值，当蓄电池的充电电压超过该值时，蓄电池内将有气化现象发生。
对完全免维护蓄电池来说，0°C以下时，最高充电电压为16V，而30°C以上时为13.5V。
低温将影响电池的可充电性，因此低温时必须提高充电电压。高温和高电压将加剧蓄电池的水损耗和腐蚀（特别是腐蚀），因此高温时要选用较低的充电电压。

6. 容量
可放电容量与放电电流IE有关。在规定的放电终止电压下，放电电流越大，可放电容量越小。

1. 可用容量K
可用容量K是蓄电池在一定条件下可放出的电量，用电流大小与时间的乘积来计量，单位为安时(A*h)。
蓄电池的容量主要由选用的活性物质和电解液决定的。
2. 额定容量K20
规定启动蓄电池以20h连续放电至端电压降到10.5V时输出的电量为额定容量K20
按照EN 50342，这些电量以一个固定电流值I20,在环境温蒂25°C(+-2°C)下放电20h，放电之放电终止电压10.5.
I20=K20/20
举例，一个新的44Ah电池以2.2A的电流放电，至少放电20h，才能到10.5V。
7. 低温测试电流Icc
低温测试电流表示蓄电池在低温下的放电能力。按照EN 50342标准，环境温度为-18°C时，蓄电池以Icc放电10s后，最低端电压须不小于7.5V（1.25V/cell)。

8. SOH(State Of Health)健康状态
按照IEEE1188标准(针对VRLA)，当电池使用一段时间后，电池充满电时的容量低于电池额定容量的80%后，电池就应该被更换。根据这个标准，可以为SOH进行如下定义：在某一条件下电池可放出容量与新电池额定容量的比值
SOH=Qnow/Qnew*100%
Qnow表示在当前的条件下，电池可以释放出的最大容量，Qnew表示新电池的额定容量.

9. SOC(State Of Charge)荷电状态
SOC用来表征电池的剩余容量。
从电量角度：
SOC=QC/QI=1-Q/QI
其中，QC为电池剩余电量
QI为电池以恒定电流I放电时所具有的容量
Q为电池已经释放的电量。
从能量角度
SOC=WRemainder/WInitial=1-WDischarge/WInitial
其中，WRemainder为电池剩余电能，WDischarge为已经释放的电能，WInitial为电池的初始电能。
SOC估算方法：

SOC估算方法 优点 缺点

## 充电

The correct setting of the charge voltage limit is critical and ranges from 2.30V to 2.45V per cell. Setting the voltage threshold is a compromise, and battery experts refer to this as “dancing on the head of a needle.” On one hand, the battery wants to be fully charged to get maximum capacity and avoid sulfation on the negative plate; on the other hand, an over-saturated condition causes grid corrosion on the positive plate and induces gassing.

The temperature changes the voltage and this makes “dancing on the head of a needle” even more difficult. To get a complete charge and prevent overcharging, warmer temperature requires a slightly lower voltage threshold and colder temperature prefers a higher setting. Chargers exposed to temperature fluctuations should include temperature sensors to adjust the charge voltage for optimum charge efficiency.

The charge temperature coefficient of a lead acid cell is -3mV/°C. Establishing 25°C (77°F) as the midpoint, the charge voltage should be reduced by 3mV per cell for every degree above 25°C and increased by 3mV per cell for every degree below 25°C. If this is not possible, it is better to choose a lower voltage for safety reasons.

To charge the battery, the alternator voltage output has to exceed a minimum charging voltage. This minimum charging voltage is 13.8 volts dc across the battery terminals, or at the output of the alternator. A single lead-acid cell starts to charge at anything over 2.25 volts. Since a 12 volt battery has six cells, any 12 volt lead-acid battery needs at least 13.8 volts to start to charge. This voltage will be enough to fully charge or maintain the battery on a trickle charge, but charging time will be very long at 13.8 volts.

To fully charge in reasonable times, alternator output must be 14.2 V to 14.5 V as measured right across the battery posts. Above 14.5 volts charging voltage, batteries have a greatly increased tendency to release excessive acidic vapors, hydrogen gas, and to corrode things around the battery. The battery terminal charging voltage must be less than 14.7 volts to prevent excessive gassing. Charging voltages over 14.7 volts can prematurely dry the battery by boiling out electrolyte, and increase risk of a battery hydrogen gas explosion.

# 名词缩写

Generator 发电机
Alternator 交流发电机
Starter 起动机/马达
BMS(Battery Management System)电池管理系统
SOC(State Of Charge)电池荷电状态
SOH(State Of Heath)电池寿命状态
SOF(State Of Function)电池功能状态
OCV(Open Circuit Voltage)开路电压
electrode 电极
electrolyte 电解液
ion 离子
nickel 镍
lithium-ion(Li-ion) 锂离子
battery pack 电池组
battery cell 单体电池

Reference:

1. 《BOSCH汽车电气与电子》/(德)Reif,K.主编；孙泽昌译.-2版。北京理工大学出版社，2014.8 (ISBN 978-7-9005-0)