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1.蓄电池基本概念
蓄电池是将多个可作为能量来源使用的原电池互联起来的装置。不过，单独的原电池也常称为蓄电池。原电池可以将其存储的化学能直接转换为电能。
2.蓄电池分类
蓄电池分为可再次充电和不可再次充电两种。可再次充电的蓄电池（充电型）放电时的反应可以逆转，这样蓄电池就能够始终充电和放电，因此化学能和电能可以反复进行转换。
如果所需电压比实际原电池的电压高，就可以将原电池串联。蓄电池的总电压与单个原电池的电压之和相同。例如，图3-2所示的总电压 U ges = U 1 + U 2 + U 3 。
图3-2 原电池串联
将原电池并联，可以提高蓄电池的容量，蓄电池的电压则保持不变，如图3-3所示。
图3-3 原电池并联
3.蓄电池容量
蓄电池容量就是在规定的放电条件下输出的电荷。安时（Ah）通常被用来表示蓄电池的容量。放电条件决定蓄电池的容量。放电电流加大时，蓄电池的容量就会随之下降。
4.蓄电池功率
蓄电池功率等于放电电流与放电电压的乘积，单位为瓦特（W）。厂家通常会对蓄电池存储的能量大小进行说明，容量是蓄电池最为重要的参数之一。
5.蓄电池的能量密度和功率密度
单位质量的物质中分布的能量大小称为能量密度，单位用Wh/kg表示。混合动力车辆所用蓄电池的能量密度决定了其可达里程。
单位质量的物质中包含的电功率称为蓄电池的功率密度，单位用W/kg表示。
图3-4显示了双层电容器与4种蓄电池的能量密度和功率密度。双层电容器的功率密度非常高，但与其他蓄能器（4种蓄电池）相比，能量密度较低。也就是说，它只能在短时间内提供较高的功率。将镍镉蓄电池和镍氢蓄电池进行比较可以看出，两种蓄电池的功率密度几乎相同，但镍氢蓄电池的能量密度几乎是镍镉蓄电池的2倍。
当镍氢蓄电池与镍镉蓄电池存储的能量相同时，其重量仅相当于镍镉蓄电池的一半。从汽车可达里程的角度来比较，在蓄电池的体积相同时，使用镍氢蓄电池的车辆可达里程是使用镍镉蓄电池车辆的2倍。
1-双层电容器；2-铅酸蓄电池；3-镍镉蓄电池；4-镍氢蓄电池；5-锂离子蓄电池
图3-4 双层电容器与4种蓄电池的能量密度和功率密度
矿物燃料的能量密度都非常高。例如，汽油或柴油的能量密度可达11.8 kwh/kg，而12 V铅酸蓄电池的能量密度仅为30 wh/kg；也就是说，汽油的能量密度几乎是铅酸蓄电池的400倍。例如，体积仅为0.03 L的汽油中就包含与体积约为12 L的12 V蓄电池相同的能量，如图3-5所示。
图3-5 汽油和12 V蓄电池能量密度比较
类型
1.铅酸电池
铅酸电池有近200年的历史，目前仍然广泛应用。铅酸电池在车辆中被作为启动内燃机的启动电池使用。此外，铅酸电池也可以在发动机处于静止状态时的有限时间内为用电器提供电流。铅酸电池的结构如图3-6所示。
1-密封塞；2-液体比重计（电眼）；3-提手；4-正极接线柱；5-电池壳体；6-用于固定电池的底部滑轨；7-由正极板组和负极板组构成的极板组；8-负极接线柱
图3-6 铅酸电池的结构
如图3-7所示，在充电状态下，铅酸电池的正极被氧化为二氧化铅（PbO 2 ），而负极被还原为绒状铅（Pb）。铅酸电池使用经过稀释的硫酸（H 2 SO 4 ）作为电解液。电池放电时，会在两个电极处生成硫酸铅（PbSO 4 ）。
1-负极（负极接线柱）；2-正极（正极接线柱）；3-硫酸
图3-7 铅酸电池中的化学反应
我们可以通过以下化学公式对放电时的整个反应进行描述：
Pb+PbO 2 +2H 2 SO 4 →PbSO 4 +2H 2 O 2 +电能
电解槽主要由正极、负极、隔板和组装所需的部件构成。每个电解槽都输出2V电压。6个电解槽串联在一起可以提供12 V的电压。铅酸电池的能量密度约为30 Wh/kg。
2.镍镉电池
镍镉电池已有100多年的发展历史，它与铅酸电池的主要区别是在充电和放电期间电解液保持不变。镍镉电池的正极为氢氧化镍，负极为镉。镍镉电池使用氢氧化钾作为电解液，可提供1.2 V的电压，其能量密度与铅酸电池基本相同。
镍镉电池经常进行部分放电，会出现容量损失，这种情况称为记忆效应。此时，电池仅能提供较少的能量，而不是正常的能量，且电压也会随之下降。
3.镍氢电池
镍氢电池对过度充电、放电、过热和电极错误的反应较为敏感，对温度也比较敏感，在达到冰点附近温度时会出现明显的容量损失。
镍氢电池负极由能够可逆存储氢的金属合金制成，氢以晶格形式存储在该合金内；由氢氧化镍制成的正极位于电解液中。
例如，某款镍氢电池可以提供1.2 V的电压。镍氢电池的能量密度约为80 Wh/kg，几乎是镍镉电池能量密度的2倍。镍氢电池几乎不会出现前面所说的记忆效应，这种电池可以在短时间内以几乎恒定的电压释放存储的电能。图3-8所示为汽车用镍氢电池。
图3-8 汽车用镍氢电池
4.锂离子电池
锂离子电池简称“锂电池”。
（1）锂电池的特点。
现在能量需求较高的便携设备（移动电话、数码相机、笔记本电脑等）基本使用锂电池提供能量。锂电池能量密度较高，自放电较少，所以在电动汽车领域尤为适用。此外，它在放电时可提供恒定的电压，且没有记忆效应。
（2）锂电池的结构。
常见锂电池的正极由多层锂金属氧化物制成，负极则由多层石墨制成，两个电极都位于无水电解液中；隔板安装在两个电极之间。锂电池的结构如图3-9所示。
1-正极；2-容纳电解液的壳体；3-锂金属氧化物；4-隔板；5-石墨层；6-负极；7-锂离子
图3-9 锂电池的结构
（3）锂电池的机理。
通过推移锂离子，在锂离子电池中可以产生一个源电压。在电池充电过程中，带有正电荷的锂离子通过电解液由正极移动至负极的石墨层。锂离子与石墨（碳）化合，同时不破坏石墨的分子结构。在电池放电过程中，锂离子重新返回至金属氧化物中，电子可以通过外部电路流至正极。锂离子和石墨层反应后，在负极可以产生一个保护层，该保护层可以让较小的锂离子通过，而电解液中的分子无法通过。
（4）锂电池的特点。
锂电池自放电较少，锂离子的移动力较强，所以其效率可达96%。锂电池效率的大小取决于温度，在低温时将会大幅下降。
一个普通的锂电池可以提供的额定电压为3.6 V。锂电池的电压是镍氢电池的3倍。锂电池过度放电至电压变为2.4 V，会导致电池出现不可逆的损坏和容量损失，因此不允许过度放电。
锂电池相应的功率密度为300～1500 W/kg，其能量密度几乎是镍镉电池的2倍。
使用锂电池时应注意它的一些特点。机械损伤可能导致电池槽短路。高强度电流会导致锂电池壳体熔化和起火。锂电池的外壳虽然是密封的，但不要将它放入水中，因为电池槽会和水发生剧烈反应，特别是在充满电的情况下。锂电池起火时，不能用水，应该用沙土扑灭。