混合動力汽車的電能儲存裝置

1、項目二 混合動力汽車的電能儲存裝置 n活動一 電能儲存裝置的種類及主要性能指標一、動力電池的分類n電動汽車使用的動力電池可以分為化學(xué)電池、物理電池和生物電池三大類。1、化學(xué)電池n將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。n主要部分是電解質(zhì)溶液、浸在溶液中的正、負電極和連接電極的導(dǎo)線。n化學(xué)電池按工作性質(zhì)分為原電池、蓄電池、燃料電池和儲備電池。n1）原電池利用兩個電極之間的金屬性不同，產(chǎn)生電勢差，從而產(chǎn)生電流。電化反應(yīng)不能逆轉(zhuǎn)，只能化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，不能重新存儲電力。n2）蓄電池電池放電后可通過充電方式使活性物質(zhì)復(fù)原而可以繼續(xù)使用的電池。鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池、鎳氫蓄電池、鋰離子電池n3）燃料電池將存在于燃

2、料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進燃料電池，電就被生產(chǎn)出來。它從外表上看有正負極和電解質(zhì)等，像一個蓄電池，但實質(zhì)上它不能“儲電”而是一個“發(fā)電廠”。n燃料電池原理單體電池是由正負兩個電極(負極即燃料電極和正極即氧化劑電極)以及電解質(zhì)組成。不同的是一般電池的活性物質(zhì)貯存在電池內(nèi)部，因此，限制了電池容量。而燃料電池的正、負極本身不包含活性物質(zhì)，只是個催化轉(zhuǎn)換元件。電池工作時，燃料和氧化劑由外部供給，進行反應(yīng)。原則上只要反應(yīng)物不斷輸入，反應(yīng)產(chǎn)物不斷排除，燃料電池就能連續(xù)地發(fā)電n4)貯備電池是一類特殊形式的原電池，其電極活性物質(zhì)與電解質(zhì)分開存放，無自放電，可長時間貯存（5

3、10年）而不需維護。當需要電池供電時,可用一定的機構(gòu)使電解液或水（溶劑）使其激活，一次完成放電 n2、物理電池 物理電池是利用光、熱、物理吸附等物理能量發(fā)電的電池。如太陽能電池、超級電容器、飛輪電池等。 n3、生物電池 生物電池是指將生物質(zhì)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置生物質(zhì)蘊涵的能量絕大部分來自于太陽能，是綠色植物和光合細菌通過光合作用轉(zhuǎn)化而來的。從原理上來講，生物質(zhì)能能夠直接轉(zhuǎn)化為電能主要是因為生物體內(nèi)存在與能量代謝關(guān)系密切的氧化還原反應(yīng)。這些氧化還原反應(yīng)彼此影響，互相依存，形成網(wǎng)絡(luò)，進行生物的能量代謝。 n1、微生物電池微生物電池由陽極室和陰極室組成。有一個質(zhì)子交換膜將兩極室分開?；痉磻?yīng)類型分

4、為四步：n1) 在微生物的作用下，燃料發(fā)生氧化反應(yīng)，同時釋放出電子。n2)介體捕獲電子并將其運送至陽極。n3)電子經(jīng)外電路抵達陰極，質(zhì)子通過質(zhì)子交換膜由陽極室進入陰極室。n4)氧氣在陽極接收電子，發(fā)生氧化還原反應(yīng)。n陽極反應(yīng)：C6H12O6+6H2O6CO2+24H+24en陰極反應(yīng)：6O2+24H+24e-12H2On2、酶電池酶電池通常使用葡萄糖作為反應(yīng)原料。反應(yīng)原理如下：葡萄糖在葡萄糖氧化酶（GOx）和輔酶的作用下失去電子被氧化成葡萄糖酸，電子由介體運送至陽極，在經(jīng)外電路到陰極。雙氧水得到電子，并在做過的氧化酶的作用下還原成水。陽極反應(yīng)：葡萄糖葡萄糖酸+2H+2e-陰極反應(yīng)：H2O2+2

5、H+2e-2H2O普遍使用的以葡萄糖為燃料的酶電池是模仿線粒體的反應(yīng)機構(gòu)而制成的，線粒體是以葡萄糖為燃料的酶電池的理想模型。n二、動力電池的性能指標1、電動勢n電池的電動勢，為電池斷路時正負兩極間的電位差。2、額定電壓n額定電壓(或公稱電壓)，系指該電化學(xué)體系的電池工作時公認的標準電壓。3、開路電壓n電池的開路電壓是無負荷情況下的電池電壓。開路電壓不等于電池的電動勢。必須指出，電池的電動勢是從熱力學(xué)函數(shù)計算而得到的，而電池的開路電壓則是實際測量出來的。4、工作電壓n指電池在某負載下實際的放電電壓，通常是指一個電壓范圍。例如，鉛酸蓄電池的工作電壓在2V1.8V；鎳氫電池的工作電壓在1.5V1.1

6、V；鋰離子電池的工作電壓在3.6V2.75V。n5、終止電壓指放電終止時的電壓值，視負載和使用要求不同而異。以鉛酸蓄電池為例：電動勢為2.1V，額定電壓為2V，開路電壓接近2.15V，工作電壓為2V1.8V，放電終止電壓為1.8V1.5Vn6、充電電壓系指外電路直流電壓對電池充電的電壓。一般的充電電壓要大于電池的開路電壓，通常在一定的范圍內(nèi)。n7、內(nèi)阻蓄電池的內(nèi)阻包括：正負極板的電阻，電解液的電阻，隔板的電阻和連接體的電阻等。n8、容量電池的容量單位為庫侖(C)或安時(Ah)。（1）理論容量n根據(jù)參加電化學(xué)反應(yīng)的活性物質(zhì)電化學(xué)當量數(shù)計算得到的電量。（2）額定容量n系指在設(shè)計和生產(chǎn)電池時，規(guī)定或

7、保證在指定放電條件下電池應(yīng)該放出的最低限度的電量。（3）實際容量n系指在一定的放電條件下，即在一定的放電電流和溫度下，電池在終止電壓前所能放出的電量。n9、比能量和比功率電池的輸出能量是指在一定的放電條件下，電池所能作出的電功輸出能量等于電池的放電容量和電池平均工作電壓的乘積，其單位常用瓦時(Wh)表示。n9、比能量和比功率電池的比能量有兩種:n一種叫重量比能量，用瓦時/千克(Wh/kg)表示；n另一種叫體積比能量，用瓦時/升(Wh/L)表示。比能量的物理意義是電池為單位重量或單位體積時所具有的有效電能量。電池性能優(yōu)劣的重要指標。單體電池和電池組的比能量是不一樣的n由于電池組合時總要有連接條、

8、外部容器和內(nèi)包裝層等，故電池組的比能量總是小于單體電池的比能量。n10、貯存性能和自放電電池經(jīng)過干貯存(不帶電解液)或濕貯存(帶電解液)一定時間后，其容量會自行降低，這個現(xiàn)象稱自放電。所謂“貯存性能”是指電池開路時，在一定的條件下(如溫度、濕度)貯存一定時間后自放電的大小。n10、貯存性能和自放電電池在貯存期間，雖然沒有放出電能量，但是在電池內(nèi)部總是存在著自放電現(xiàn)象。n干貯存，也會由于密封不嚴，進入水份、空氣及二氧化碳等物質(zhì)，使處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)的部分正極和負極活性物質(zhì)構(gòu)成微電池腐蝕機理，自行發(fā)生氧化還原反應(yīng)而白白消耗掉。n濕貯存，長期處在電解液中的活性物質(zhì)也是不穩(wěn)定的。負極活性物質(zhì)大多是活

9、潑金屬，都會發(fā)生陽極自溶。n11、壽命電池的壽命有“干貯存壽命”和“濕貯存壽命”兩個概念。電池的真正壽命是指電池實際使用的時間長短。對一次電池而言，電池的壽命是表征給出額定容量的工作時間對二次電池而言，電池的壽命分充放電循環(huán)壽命和濕擱置使用壽命兩種。二次電池的充放電循環(huán)壽命：n在一定的充放電制度下，電池容量降至某一規(guī)定值之前，電池能耐受的充放電次數(shù)n充放電循環(huán)壽命越長，電池的性能越好。n在目前常用的二次電池中，鎳鎘電池的充放電循環(huán)壽命500800次，鉛酸電池200500次，鋰離子電池6001000次，鋅銀電池很短，約100次左右。濕擱置使用壽命：n電池加了電解液后開始進行充放電直至充放電循環(huán)壽

10、命終止的時間，包括充放電循環(huán)過程中電池處于濕擱置的時間。n濕擱置使用壽命越長，電池性能越好。n三、混合動力汽車對動力電池的要求作為電動汽車用的動力電池,必須滿足下列要求:n1、體積小、重量輕、貯存能量密度高,使電動汽車的一次充電續(xù)駛里程長;n2、能量輸出密度高,使電動汽車的加速性能和爬坡性能好;n3、能夠快速啟動和運行,可靠性高;n4、循環(huán)次數(shù)高,使用壽命長;n5、環(huán)境適應(yīng)性強,能在一定濕度下正常工作,抗振動沖擊性能好;n6、環(huán)保性能好,無二次污染,并有可再生利用性;n7、維修方便,保養(yǎng)費用低;n8、安全性好,能夠有效防止因泄露或短路引起的起火或爆炸;n9、價格低,經(jīng)濟性好;n10、燃料儲存、

11、處理和輸送方便,能夠利用現(xiàn)有的燃油加油系統(tǒng)。n活動二 鉛酸蓄電池 蓄電池構(gòu)造：極板、隔板、電解液、外殼、聯(lián)條、極柱等組成。l-密度計；2-排煙孔；3-液氣隔板；4-連接條；5-活性物質(zhì)；6-柵架；7-隔板；8-極樁；9-模壓代號；l0-殼體；11-下滑面 Page 2323極板的結(jié)構(gòu)1棚架；2活性物質(zhì)1.極板 由柵架和活性物質(zhì)組成 柵架作用：容納活性物質(zhì) 蓄電池充放電過程就依靠柵架上的活性物質(zhì)與電解液中的硫酸發(fā)生反應(yīng)來實現(xiàn)。Page 2424極板組 極板分為正極板和負極板兩種 正極板上的活性物質(zhì)為二氧化鉛(PbO2)，呈深棕色； 負極板上的活性物質(zhì)為海綿狀純鉛 (Pb)，呈深灰色。 將正極板和

12、負極板侵入電解液中，就得到2.1v左右的電動勢 為了增大容量，將多片正、負極板分別并聯(lián)，用匯流條焊接起來便分別組成正、負極板組。匯流條(橫板)上聯(lián)有極柱，各片間留有空隙 安裝時各片正、負極板相互嵌合，中間插入隔板后裝入蓄電池單格內(nèi)，便形成單格電池。 極板組的結(jié)構(gòu)極板組的結(jié)構(gòu)1 1極板組總成；極板組總成；2 2負極板；負極板；3 3隔板；隔板；4 4正極板；正極板；5 5鉛聯(lián)條鉛聯(lián)條Page 2626袋式隔板1袋式微孔塑料隔板；2正極板2、隔板 為了減小蓄電池的內(nèi)阻和尺寸，蓄電池的正負極板應(yīng)盡可能靠近。為了防止相鄰正、負極板彼此接觸而短路，正、負極板之間要用隔板隔開。 隔板是多孔且化學(xué)性能穩(wěn)定，

13、以便電解液滲出 隔板一面平滑，一面凹槽，凹槽面應(yīng)面向正極板 3.電解液 由純硫酸與蒸餾水按一定比例配制而成。電解液密度一般1.24g/cm31.33g/cm3之間 電解液密度過低，冬季易結(jié)冰；電解液密度過大，電解液粘度增加，蓄電池的內(nèi)阻增加，而加速隔板、極板的腐蝕，使其使用壽命縮短 電解液相對密度值，隨溫度的變化而變化，一般溫度每升高1，相對密度變化值為0.0007 g/cm3。 在蓄電池充放電過程中，電解液不但起導(dǎo)電作用，而且參與化學(xué)反應(yīng)。三、鉛酸電池工作原理： 化學(xué)能和電能之間的相互轉(zhuǎn)化，分為放電和充電兩個過程 電化學(xué)反應(yīng)方程式為： PbO2 + 2H2SO4 +Pb PbSO4+ 2H2

14、O+ PbSO4 （正極板）（電解液）（負極板） （正極板）（電解液）（負極板） 放電充電n四、鉛酸蓄電池的優(yōu)點1、價格低廉。n原材料容易得到而且價格便宜；技術(shù)成熟；生產(chǎn)方便；產(chǎn)品一致性好。2、比功率高。n鉛酸蓄電池電勢高，大電流放電性能優(yōu)良，可以滿足車輛啟動和加速的功率要求。3、浮充壽命長。n其在25C下浮充狀態(tài)使用可達20年。4、使用安全。n鉛酸蓄電池易于識別電池荷電狀態(tài)，可在較寬的溫度內(nèi)使用，而且電性能穩(wěn)定可靠。5、再生率高。n五、 鉛酸蓄電池的缺點1、比能量低。2、循環(huán)壽命短。循環(huán)充電次數(shù)不足300次。3、自放電，過充電時有大量氣體產(chǎn)生。4、供電不穩(wěn)定。供電強弱隨溫度而變化,冬天只能釋

15、放一半的電量5、使用壽命短，因具有記憶效應(yīng),在電池存有殘余電量時進行充電。6、污染嚴重。n六、鉛酸蓄電池的應(yīng)用主要應(yīng)用領(lǐng)域有:n1、汽車和摩托車行業(yè)。主要是為發(fā)動機的起動點火和車載電子設(shè)備的使用提供電能等;n2、工業(yè)電力系統(tǒng)。用于輸變電站、為動力機組提供合閘電流，為公共設(shè)施提供備用電源以及通訊用電源;n3、電動汽車和電動自行車行業(yè)。取代汽油和柴油，作為電動汽車或電動自行車的行使動力電源;n4、新能源用鉛酸蓄電池。綠色新能源如風能和太陽能發(fā)電時，先給鉛酸蓄電池充電，通過逆變器將鉛酸蓄電池的直流電變換為交流電，然后對外供電。n此外，鉛酸蓄電池還廣泛應(yīng)用于礦井、飛機、坦克、潛艇、工廠的搬叉車等領(lǐng)域，

16、作為這些行業(yè)設(shè)備的照明用電、應(yīng)急電能、甚至作為動力電源。n七、閥控密封式鉛酸蓄電池n1、閥控蓄電池發(fā)展n MF是免維護蓄電池的簡稱;SLA是密封鉛酸蓄電池的簡稱;VRLA為閥控式鉛酸蓄電池n2、工作原理：nPbO2 + 2H2SO4 + Pb PbSO4 + 4H2O + PbSO4 (放電)n正極 電解液 負極 正極 電解液 負極n 放電時，正極板中的活性物質(zhì)二氧化鉛，負極板中的活性物質(zhì)海綿狀鉛與電解液中的硫酸反應(yīng)，生成硫酸鉛和水。放電過程中，硫酸逐漸消耗，電解液比重下降。充電時，硫酸鉛又分別轉(zhuǎn)化成二氧化鉛和海綿狀鉛，硫酸的濃度也逐漸提高。在充電的最終階段，電解液中的水開始電解，正極板上產(chǎn)生

17、氧氣：n 2H2O=O2+4H+4e-，（3）n 氧氣通過隔板中的通道傳輸?shù)截摌O板上，并與活性物質(zhì)海綿狀鉛及硫酸反應(yīng)，使一部分活性物質(zhì)變成硫酸鉛，同時抑制了氫氣的產(chǎn)生：n 2Pb+O2=2PbO，（4）n 2PbO+2H2SO4=2PbSO4+2H2O，（5）n 在負極，由于與氧氣反應(yīng)而變成放電狀態(tài)的硫酸鉛經(jīng)過繼續(xù)充電，又回到充電狀態(tài)：n 2PbSO4+4H+4e-=Pb+2H2SO4，（6）n負極上的反應(yīng)!式(4)+式(5)+式(6)的和為：nO2+4H+4e-=2H2O，（7）n這正是正極板上（反應(yīng)式3）的逆反應(yīng)。綜上所述，正極板由于電解水而產(chǎn)生的氧氣，與負極板中的活性物質(zhì)反應(yīng)并被還原成水

18、，蓄電池內(nèi)部幾乎沒有水的損耗，因此閥控密封式鉛酸蓄電池密封性能特別好。n3、閥控密封式鉛酸蓄電池的特點(1)密封性好，電解液呈凝膠狀并被吸收在高孔率的隔板內(nèi),不會自由流動或溢出,不會發(fā)生電解液泄漏,放置方式比較自由。(2)極板柵采用少銻或無銻鉛合金，自放電小。(3)正負極全被隔離板包圍，有效物質(zhì)不易脫落，性能穩(wěn)定，壽命較長。(4)采用陰極吸收法抑制氣體產(chǎn)生，利用負極容量過剩吸收氧氣，由閥蓋調(diào)節(jié)內(nèi)外氣壓平衡，水分蒸發(fā)少，使用中不需要添加蒸餾水。(5)電池內(nèi)阻小，大電流放電特性好。n八、免維護鉛酸蓄電池（MF）免維護蓄電池是指在規(guī)定的使用條件下,使用期間不需要進行維護的蓄電池。對于車用鉛酸蓄電池來

19、講,也就是使用期間不需經(jīng)常添加蒸餾水、擱置期間盡量減少自放電的蓄電池。MF出廠時已充足電，直接就可使用，不需加注電解液和初充電。n1、工作原理免維護蓄電池采用特殊的鉛合金作板柵，超微玻璃絲夾膜作隔板，從而避免了水的損失，使蓄電池的自放電減少到最低程度。由于產(chǎn)品在設(shè)計上保證了在電解反應(yīng)過程中，正極產(chǎn)生的氧通過夾膜的氣體通道在負極上重新還原成水，達到免維護的目的。n2、免維護蓄電池的性能特點(1)免維護蓄電池在有效使用期內(nèi)（3.54年），不需要補加蒸餾水。(2)免維護蓄電池與普通蓄電池相比，其自放電量要少得多。(3)內(nèi)阻小、啟動性能好。單體電池間采用穿壁式連接，減小了蓄電池內(nèi)阻。(4)接線極樁腐蝕

20、小。免維護蓄電池由于設(shè)計有新型通氣裝置,不但能保存單體電池中的酸氣,預(yù)防火花或火焰引起的爆炸,還能保持其頂部干燥,因而減少了接線極樁的腐蝕。(5)耐過充電性能好。(6)使用壽命長。n活動三 鎳鎘、鎳氫電池n一、鎳鎘蓄電池n1、特性鎳鎘蓄電池的正極材料為氫氧化亞鎳和石墨粉的混合物，負極材料為海綿狀鎘粉和氧化鎘粉，電解液通常為氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液。單格電池大約是1.2V。鎳鎘電池的放電終止電壓為1.0V。050溫度范圍的綜合循環(huán)性能較好n2、工作原理分析n（1）充放電過程中的電化學(xué)反應(yīng)nCd+2NiOOH+2H20 2Ni(OH)2+Cd(OH)2n鎘 氫氧化亞鎳 氫氧化鎳晶體 氫氧化鎘n3、鎳

21、鎘電池的優(yōu)點(1)內(nèi)部抵抗力小，既內(nèi)阻很小，可提供大電流，而且放電時電壓變化很小，是一種非常理想的直流供電電池。(2) 鎳鎘電池可耐過充電或放過電,鎳鎘電池在長時間放置的情況下,特性也不會劣化,充分充電后可完全恢復(fù)原來的特性。(3)由于單格電池采用金屬容器,堅固耐用。采用完全密封的方式,不會出現(xiàn)電解液泄漏現(xiàn)象,故無須補充電解液。(4)鎳鎘電池可重復(fù)500次以上的充放電，非常的經(jīng)濟n4、鎳鎘電池的缺點(1)鎳鎘電池有記憶效應(yīng),記憶效應(yīng)使得電池的性能不能得到充分發(fā)揮.(2)使用壽命較短以及易發(fā)生爆炸等致命的缺點。(3)鎘是有毒的物質(zhì),一旦泄漏會污染生態(tài)環(huán)境。n二、鎳氫電池n1、鎳氫電池的定義鎳氫（

22、Ni-MH）電池與Ni-Cd電池有許多相同的特性，但由于無鎘，因此不存在重金屬污染問題，被稱為“綠色電池”，批量生產(chǎn)的成本約為鉛酸電池的四倍。鎳氫電池是有氫離子和金屬鎳合成，電量儲備比鎳鎘電池多30%，比鎳鎘電池更輕，使用壽命也更長，并且對環(huán)境無污染。鎳氫電池的缺點是價格比鎳鎘電池要貴好多，性能比鋰電池要差。n2、鎳氫電池（Ni-MH）的材料構(gòu)成鎳氫電池的構(gòu)成主要由電極材料、電解液、金屬材料及隔膜組成正極材料決定了電池的容量負極材料決定了大電流或高溫工作時電池充放電的穩(wěn)定性。n3、Ni-MH 電池工作原理n1、電解質(zhì)n 主要用KOH作電解液（電解7moL/LKOH+15g/LLiOH）。n2、

23、充電時n 正極反應(yīng)：Ni(OH)2 + OH- NiOOH + H2O + e-n 負極反應(yīng)：M + H2O + e- MH + OH-n 總反應(yīng)：M + Ni(OH)2 MH + NiOOHn3、放電時n 正極：NiOOH + H2O + e- Ni(OH)2 + OH-n 負極：MH + OH- M + H2O + e-n 總反應(yīng)：MH + NiOOH M + Ni(OH)2n 以上式中M為儲氫合金，MH為吸附了氫原子的儲氫合金。最常用儲氫合金為LaNi5。 n4、鎳氫動力電池的不足自放電率高，常溫下30天不使用時，電池的放電容量只有額定容量的6570%；比能量較小，極限值為80kw/kg

24、，較小的比能量值使得鎳氫動力電池續(xù)航能力較低只能用在混合動力汽車上，電動汽車必須選用鋰電池等高比能量的材料。n5、鎳氫電池在汽車上的應(yīng)用（1）混合動力車輛方面n大功率的鎳氫電池也使用在油電混合動力車輛中，最佳的例子就是豐田的prius，該車使用了特別的充放電程序，使電池充放電壽命可足夠車輛使用十年。（2）純電池動力車方面 n雖然在重量上比鋰離子電池重，但仍然有部份純電池動力車使用鎳氫電池（3）怠速停止車用能量再生系統(tǒng)n該系統(tǒng)是在通常配備的鉛蓄電池的基礎(chǔ)上組合使用鎳氫充電電池，將減速時產(chǎn)生的能量存儲在鎳氫充電電池中再利用，這樣不但能提高燃效，還能減輕鉛蓄電池的負擔，延長鉛蓄電池的壽命。n活動四

25、鋰離子電池n一、鋰離子電池簡介鋰離子電池容易與下面電池混淆：n（1）鋰電池：正極材料是二氧化錳或亞硫酰氯，負極是金屬鋰。電池組裝完成后電池即有電壓,不需充電。在充放電循環(huán)過程中,容易形成鋰結(jié)晶，造成電池內(nèi)部短路,所以一般情況下這種電池是禁止充電的。以前照相機里用的扣式電池就屬于鋰電池n(2)鋰離子聚合物電池：用凝膠液態(tài)或固態(tài)聚合物電解液常用與手機和筆記本電腦n二、鋰離子電池的結(jié)構(gòu)組成鋰離子電池內(nèi)部主要由正極、負極、電解質(zhì)及隔膜組成市場上的鋰離子電池正極材料主要是鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰以及三元材料鎳鈷酸鋰目前最新研制的鋰離子電池正極材料是磷酸鐵鋰材料鋰離子電池負極主要是碳材料，新的負極材料有錫基

26、、硅基、合金基材料（鈦酸鋰）等。n三、鋰離子電池工作原理鋰離子電池是一種充電電池，它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。在充放電過程中，Li+ 在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌n三、鋰離子電池工作原理充電時，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負極，負極處于富鋰狀態(tài)；正極處于負鋰狀態(tài)；放電時則相反一般采用含有鋰元素的材料作為電極的電池。是現(xiàn)代高性能電池的代表。n鋰離子電池充電鋰離子電池的充電過程分為兩個階段：恒流快充階段和恒壓電流遞減階段。恒流快充階段，電池電壓逐步升高到電池的標準電壓，隨后在控制芯片下轉(zhuǎn)入恒壓階段，電壓不再升高以確保不會過充，電流則隨著電池電量的上升逐步減弱到設(shè)定的值，而最終完

27、成充電。當對電池進行充電時，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過電解液運動到負極。嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。n鋰離子電池放電第一次充放電，如果時間能較長(一般3-4小時足夠)，那么可以使電極盡可能多的達到最高氧化態(tài)（充足電），放電（或使用）時則強制放到規(guī)定的電壓、或直至自動關(guān)機，如此能激活電池使用容量。但在鋰離子電池的平常使用中，不需要如此操作，可以隨時根據(jù)需要充電，充電時既不必要一定充滿電為止，也不需要先放電。只需要每隔3-4個月進行連續(xù)的1-2次即可。當對電池進行放電時（即我們使用電池的過程），嵌在負極碳層中的鋰離子脫出，又運動回正極?；卣龢O的鋰離子越多，放電容量越高。n使用（

28、放電）注意事項鋰離子電池雖然不存在記憶效應(yīng)，但是充、放電不當會嚴重影響電池性能。放電電流不能過大n過大的電流導(dǎo)致電池內(nèi)部發(fā)熱，有可能會造成永久性的損害。n電池放電電流越大，放電容量越小，電壓下降更快。絕對不能過充放電n過度放電導(dǎo)致負極碳片層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塌陷，會造成充電時鋰離子無法進入n過度充電使過多的鋰離子嵌入負極碳結(jié)構(gòu)，而造成其中部分鋰離子在無法釋放出來n四、鋰離子電池的性能n（一）鋰離子電池具有優(yōu)越的性能n1、單體電池工作電壓高達3.7V，是鎳電池的3倍，鉛酸電池的2倍。n2、質(zhì)量比能量高達150Wh/Kg，是鎳氫電池的2倍，鉛酸電池的4倍, 因此重量是相同能量鉛酸電池的四分之一。n3、體積比

29、能量高達到400Wh/L，因此體積是相同能量鉛酸電池的二分之一到三分之一。n4、循環(huán)壽命長，循環(huán)次數(shù)可達10002000次。n5、自放電率低，每月不到10%。n6、無記憶效應(yīng)，充電前不必像鎳鎘電池一樣需要完全放電，可以隨時隨地的進行充電。n（二）鋰離子電池也有一些不足，主要表現(xiàn)在：n1、成本高主要是正極材料價格高，但按單位瓦時的價格來計算，已經(jīng)低于鎳氫電池，與鎳鎘電池持平，但高于鉛酸蓄電池；n2、必須有特殊的保護電路，以防止過充。n五、鋰離子電池在電動汽車上的運用n六、磷酸鐵液態(tài)鋰離子電池磷酸鐵鋰電池是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。全名是磷酸鐵鋰鋰離子電池，簡稱為磷酸鐵鋰電池。由于它的

30、性能特別適于作動力方面的應(yīng)用，則在名稱中加入“動力”兩字，即磷酸鐵鋰動力電池。也有人把它稱為“鋰鐵（LiFe）動力電池”。n1、工作原理左邊是橄欖石結(jié)構(gòu)的LiFePO4作為電池的正極，由鋁箔與電池正極連接，中間是聚合物的隔膜，它把正極與負極隔開，右邊是由碳（石墨）組成的電池負極，由銅箔與電池的負極連接。n1、工作原理LiFePO4電池在充電時，正極中的鋰離子Li+通過聚合物隔膜向負極遷移；在放電過程中，負極中的鋰離子Li+通過隔膜向正極遷移。LiFePO4電池的標稱電壓是3.2V、終止充電電壓是3.6V、終止放電壓是2.0V。n過放電到零電壓試驗零電壓存放7天后電池無泄漏，性能良好，容量為10

31、0%；存放30天后，無泄漏、性能良好，容量為98%；存放30天后的電池再做3次充放電循環(huán)，容量又恢復(fù)到100%。這試驗說明該電池 即使出現(xiàn)過放電（甚至到0V），并存放一定時間，電池也不泄漏、損壞。這是其他種類鋰離子電池不具有的特性。 n磷酸鐵鋰電池的特點高效率輸出：標準放電為25C、連續(xù)高電流放電可達10C，瞬間脈沖放電（10S）可達20C；高溫時性能良好：外部溫度65時內(nèi)部溫度則高達95，電池放電結(jié)束時溫度可達160，電池的結(jié)構(gòu)安全、完好；即使電池內(nèi)部或外部受到傷害，電池不燃燒、不爆炸、安全性最好；極好的循環(huán)壽命，經(jīng)500次循環(huán)，其放電容量仍大于95%；過放電到零伏也無損壞；可快速充電；低成

32、本；對環(huán)境無污染。 n4、磷酸鐵鋰動力電池的應(yīng)用（1）大型電動車輛：公交車、電動汽車、景點游覽車及混合動力車等；（2）輕型電動車：電動自行車、高爾夫球車、小型平板電瓶車、鏟車、清潔車、電動輪椅等；（3）電動工具：電鉆、電鋸、割草機等； 遙控汽車、船、飛機等玩具；太陽能及風力發(fā)電的儲能設(shè)備；UPS及應(yīng)急燈、警示燈及礦燈（安全性最好）；替代照相機中3V的一次性鋰電池及9V的鎳鎘或鎳氫可充電電池（尺寸完全相同）；小型醫(yī)療儀器設(shè)備及便攜式儀器等。n活動五 飛輪儲能器一、飛輪電池的起源n當飛輪以一定角速度旋轉(zhuǎn)時，它就具有一定的動能，飛輪電池正是以其動能轉(zhuǎn)換成電能的。二、飛輪電池的結(jié)構(gòu)與原理 n飛輪電池系統(tǒng)由飛輪、電動機、發(fā)電機和輸入/輸出電子裝置共同組成。 n飛輪是