第一章 電動汽車動力電池Pack系統(tǒng)技術及檢修

1、電動汽車動力電池電動汽車動力電池Pack系統(tǒng)技術及檢修系統(tǒng)技術及檢修Xiangyang Auto vocational technical college主講人：陳主講人：陳 斌斌第一章第一章 動力電池現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢簡述動力電池現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢簡述Xiangyang Auto vocational technical collegeXiangyang Auto vocational technical college1. 電池發(fā)展史電池發(fā)展史 電池的誕生，基于人們對獲取持續(xù)而穩(wěn)定的電流的需要。不過，電池的發(fā)明卻來源于一次青蛙的解剖實驗所產生的靈感，多少有些偶然 1780年，意大利解刨學家迦伐尼在

2、做解刨實驗時發(fā)現(xiàn)：兩手拿著不同金屬器械同時碰在青蛙的大腿上，青蛙的腿部肌肉立刻抽搐了一下，仿佛受到電流的刺激，而如果只用一種金屬器械去觸動青蛙，就無此反應。迦伐尼認為，出現(xiàn)這種現(xiàn)象是因為動物軀體內部產生的一種電，他稱之為“生物電”Xiangyang Auto vocational technical college1. 電池發(fā)展史電池發(fā)展史 伽伐尼的發(fā)現(xiàn)引起了物理學家們的極大興趣，他們競相重復伽伐尼的實驗，企圖找到一種產生電流的方法。而意大利物理學家伏特在多次實驗后則認為：青蛙的肌肉之所以能產生電流，大概是肌肉中某種液體在起作用。為了論證自己的觀點，伏特把兩種不同的金屬片浸在各種溶液中進行試驗

3、。結果發(fā)現(xiàn)，這兩種金屬片中，只要有一種與溶液發(fā)生了化學反應，金屬片之間就能夠產生電流。1799年，伏特成功制成了世界上第一個電池“伏特電堆”。這個“伏特電堆”實際上就是串聯(lián)的電池組。Xiangyang Auto vocational technical college1. 電池發(fā)展史電池發(fā)展史 1836年，英國的丹尼爾對“伏特電堆”進行了改良，又陸續(xù)有效果更好的“本生電池”和“格羅夫電池”等問世。然而在當時，無論哪種電池都需在兩個金屬板之間灌裝液體，搬運很不方便，特別是蓄電池所用液體是硫酸，在挪動時很危險。Xiangyang Auto vocational technical college1

4、. 電池發(fā)展史電池發(fā)展史 干電池的誕生，干電池的鼻祖在19世紀中期誕生。1860年，法國的雷克蘭士發(fā)明了碳鋅電池，這種電池更容易制造，且最初潮濕水性的電解液，逐漸被黏濁狀類似糨糊的方式取代，于是裝在容器內時，“干”性的電池出現(xiàn)了。Xiangyang Auto vocational technical college1. 電池發(fā)展史電池發(fā)展史 事實上，蓄電池的最早發(fā)明同樣可以追溯到1860年。當年，法國人普朗泰發(fā)明出用鉛做電極的電池。這種電池的獨特之處是，當電池使用一段時間電壓下降時，可以給它通以反向電流，使電池電壓回升。因為這種電池能充電，并可反復使用，所以稱它為“蓄電池”。 Xiangyan

5、g Auto vocational technical college1. 電池發(fā)展史電池發(fā)展史 1890年，愛迪生發(fā)明可充電的鐵鎳電池，正極活性物質主要由鎳制成，負極活性物質主要由鐵制成的一種堿性蓄電池。鉛蓄電池是一種酸性蓄電池，與之不同，鐵鎳蓄電池的電解液是堿性的氫氧化鉀溶液，是一種堿性蓄電池。其正極為氧化鎳，電動勢約為1.31.4伏。其優(yōu)點是輕便、壽命長、易保養(yǎng)，缺點是效率不高。Xiangyang Auto vocational technical college1.1 電池發(fā)展史電池發(fā)展史 進入20世紀后，電池理論和技術一度處于停滯狀態(tài)，但在二次世界大戰(zhàn)之后，隨著一些基礎研究在理論上取

6、得突破、新型電極材料的開發(fā)和各類用電器具日新月異的發(fā)展，電池技術又進入了一個快速發(fā)展的時期，科學家首先發(fā)展了堿性鋅錳電池。進入80年代，科學技術發(fā)展越發(fā)迅速，對化學電源的要求也日益增多、增高。如集成電路的發(fā)展，要求化學電源必須小型化；電子器械、醫(yī)療器械和家用電器的普及不僅要求化學電源體積小，而且還要求能量密度高、密封性和貯存性能好、電壓精度高。因此電池池的研究重點轉向蓄電池，1988年，鎳鎘電池實現(xiàn)商品化。1992年，鋰離子電池實現(xiàn)商品化，1999年，聚合物鋰離子蓄電池進入市場。 Xiangyang Auto vocational technical college2. 動力電池概述動力電池概

7、述l動力電池 指具有較大電能容量和輸出功率，可配置電動自行車、電動汽車、電動設備及工具驅動電源的電池即為工具提供動力來源的電池，通常也包括軍事(潛艇、高級智能機器人等）及企事業(yè)單位使用的蓄能電池設備、通訊指揮系統(tǒng)的常備電源等。l動力電池特點高能量（EV）和高功率（HEV）；高能量密度；高倍率部分荷電狀態(tài)下（HRPSOC）的循環(huán)使用（HEV）；工作溫度范圍寬（一30 65）；使用壽命長，要求510 年；安全可靠。Xiangyang Auto vocational technical college2. 動力電池概述動力電池概述l動力電池分類 根據(jù)動力電池的特點、要求、應用領域不同，國內外動力電池

8、的研發(fā)種類大致為：鉛酸電池鎳鎘/鎳氫電池鋰離子電池燃料電池 動力電池之所以成為當今世界的研究熱點，主要由于私家車大量增加，環(huán)境污染日益加??；同時石油資源匱乏，迫使世界各國尋找新能源，發(fā)展新的交通工具，因此，動力電池和電動交通工具的發(fā)展被放在更加重要的位置。Xiangyang Auto vocational technical college3. 動力電池應用領域動力電池應用領域電動工具類Xiangyang Auto vocational technical college3. 動力電池應用領域動力電池應用領域低速電動交通工具Xiangyang Auto vocational technical

9、 college3. 動力電池應用領域動力電池應用領域電動汽車Xiangyang Auto vocational technical college風光儲能 用一個電化學接口（又稱：保護線路板）將風力發(fā)電機、太陽能板、鋰離子電池和LED環(huán)保節(jié)能燈（或其它用電裝置）有機地鏈結在一起，實現(xiàn)風電光互補一體化智能儲能供電系統(tǒng)。 3. 動力電池應用領域動力電池應用領域Xiangyang Auto vocational technical collegeUPS電源UPS即不間斷電源，是將蓄電池（多為鉛酸免維護蓄電池）與主機相連接，通過主機逆變器等模塊電路將直流電轉換成市電的系統(tǒng)設備。主要用于給單臺計算機、

10、計算機網絡系統(tǒng)或其它電力電子設備如電磁閥、壓力變送器等提供穩(wěn)定、不間斷的電力供應。當市電輸入正常時，UPS 將市電穩(wěn)壓后供應給負載使用，此時的UPS就是一臺交流市電穩(wěn)壓器，同時它還向機內電池充電；當市電中斷（事故停電）時， UPS 立即將電池的直流電能，通過逆變零切換轉換的方法向負載繼續(xù)供應220V交流電，使負載維持正常工作并保護負載軟、硬件不受損壞。UPS 設備通常對電壓過高或電壓過低都能提供保護。3. 動力電池應用領域動力電池應用領域Xiangyang Auto vocational technical college4. 電動車用動力電池現(xiàn)狀電動車用動力電池現(xiàn)狀 為了減少對石油的依賴程度

11、，控制環(huán)境污染和溫室效應，電動車作為一種綠色交通工具，它的開發(fā)正在受到各國的重視。電池是電動車的心臟，電動汽車的開發(fā)關鍵在于動力電池的競爭，但由于目前動力電池的比能量不夠高、充電時間長、一次充電行程短、安全性差、電池成本高等原因，尚不能得到大范圍推廣，所以電動車用動力電池的發(fā)展成了電動車發(fā)展的瓶頸。Xiangyang Auto vocational technical college鉛酸蓄電池 鉛酸蓄電池是1859年由普蘭特發(fā)明的，至今已有一百多年的歷史。鉛酸蓄電池自發(fā)明后，在化學電源中一直占有絕對優(yōu)勢。 這是因為其有如下優(yōu)點價格低廉、原材料豐富開路電壓高安全可靠性高大電流放電環(huán)境溫度適應范圍

12、寬鉛回收效率高4. 電動車用動力電池現(xiàn)狀電動車用動力電池現(xiàn)狀Xiangyang Auto vocational technical college 但鉛酸蓄電池隨著充放電次數(shù)的增加，容量會逐漸衰減，而且比能量較少，比功率較小，生產過程會造成污染。在電動車需求的刺激下，鉛酸電池的研究取得了很大的進展，但是電動車動力使用任然面臨巨大的挑戰(zhàn)，即必須在3個問題上有待提高：提高比能量和比功率提高循環(huán)壽命提高快速充電能力 為了解決電動車用鉛酸電池的三大技術難關，國際鉛鋅研究組織與1992年發(fā)起成立的先進鉛酸電池聯(lián)合會（ALABC）通過兩個階段的攻關開發(fā)，電動車用鉛酸電池取得重大進展4. 電動車用動力電池現(xiàn)

13、狀電動車用動力電池現(xiàn)狀Xiangyang Auto vocational technical college4. 電動車用動力電池現(xiàn)狀電動車用動力電池現(xiàn)狀Xiangyang Auto vocational technical college鎳鎘電池 鎳鎘電池屬于堿性蓄電池，與酸性蓄電池相比，容器和極板的強度高，壽命長，無硫化現(xiàn)象，工作可靠，耐強電流放電。 缺點是內阻大，價格高，鎘是重金屬，生產過程污染環(huán)境。 法國阿爾斯通電器公司下屬的專門生產鎳鎘電池的子公司SAFT，生產的陽極燒結式、陰極粘結式電池是世界上水平最高的，該電池比能量為54Wh/kg，使用壽命可達2000次以上，可大電流放電，容量

14、可達到100Ah4. 電動車用動力電池現(xiàn)狀電動車用動力電池現(xiàn)狀Xiangyang Auto vocational technical college鎳氫電池4. 電動車用動力電池現(xiàn)狀電動車用動力電池現(xiàn)狀 鎳氫電池是由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。 鎳氫電池現(xiàn)主要應用于混合電動車。2011年HEV市場占56%，零售市場（包括遙控車、玩具、家用電器、數(shù)碼攝像機）占24%，無繩電話占11%，其他市場為9%。 世界鎳氫電池主要由中國和日本企業(yè)生產，占全球產量的95%以上。我國鎳

15、氫電池增長乏力，近幾年的產品產值、產量均未超過2008年的高峰。2011年，鎳氫電池的產值、產量分別為55億元、9.5億只，與2008相比分別下降15.38%、26.36%。產品規(guī)模的縮小使得鎳氫電池更不具規(guī)模經濟，未來情景堪憂，其發(fā)展空間仍然取決于混合電動車的應用情況。Xiangyang Auto vocational technical college鋰離子電池4. 電動車用動力電池現(xiàn)狀電動車用動力電池現(xiàn)狀 鋰離子電池是一種二次電池（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，充電時，Li+從正極脫嵌，經過電解質嵌入負極，負極處于富鋰狀態(tài)；放電時則相反。Xiangyang Au

16、to vocational technical college4. 電動車用動力電池現(xiàn)狀電動車用動力電池現(xiàn)狀 鋰離子電池作為車載動力也已經成為國內外開發(fā)的熱點，原因是電池作為車載動力與鉛酸電池、鎳氫電池相比有如下優(yōu)點：工作電壓高，單體電壓可達到3.6V，是鎳氫電池的3倍；體積小，重量輕，相同容量下體積比鎳氫電池小，質量是鉛酸電池的1/4;能量密度高，是鎳氫電池的兩倍，鉛酸電池的4倍；循環(huán)壽命長無污染、電池材料沒有有毒物質工作溫度范圍寬：-40-70；無記憶效應；儲存期長Xiangyang Auto vocational technical college4. 電動車用動力電池現(xiàn)狀電動車用動力電

17、池現(xiàn)狀 鋰離子電池以其優(yōu)越的特性被作為未來電動車最主要的候選動力源，是目前競爭研究熱點，但是安全性一直是制約鋰離子電池發(fā)展的技術難題。Xiangyang Auto vocational technical college4. 電動車用動力電池現(xiàn)狀電動車用動力電池現(xiàn)狀Xiangyang Auto vocational technical college4. 電動車用動力電池現(xiàn)狀電動車用動力電池現(xiàn)狀 綜上所述：對常用車用動力電池的特性做如下比較。Xiangyang Auto vocational technical college燃料電池4. 電動車用動力電池現(xiàn)狀電動車用動力電池現(xiàn)狀 燃料電池是將

18、燃料具有的化學能直接變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電裝置。目前燃料電池技術尚未完全成熟且質子交換膜和用作催化劑的Pt，價格昂貴，導致制造成本過高，短期內實現(xiàn)商業(yè)化的可能性不大。Xiangyang Auto vocational technical college5. 電動車用動力電池發(fā)展趨勢電動車用動力電池發(fā)展趨勢 鉛酸蓄電池 鉛酸電池雖便宜，并在叉車、觀光車或者短途公共汽車上作為動力源應用，但新一代鉛酸電池的比能量和循環(huán)次數(shù)仍存在嚴重的限制。未來使用鉛酸電池來驅動在高速公路上行駛的電動汽車是不實際的，但價格優(yōu)勢使其在輕度混合或者短途行駛的電動汽車（如觀光車）中仍占一席之地。然而，近期美國的“下一代電池和電動車

19、”中有一種超級電池（ultra battery）是超級電容器與鉛酸電池的并聯(lián)使用。這種電池具有雙電層電容器的高比功率、長壽命以及鉛酸電池價格便宜的優(yōu)勢，將具有市場競爭力。Xiangyang Auto vocational technical college5. 電動車用動力電池發(fā)展趨勢電動車用動力電池發(fā)展趨勢 鎳氫電池 鎳氫電池雖然具有較高的比能量和比功率等優(yōu)點；但由于需要大量使用鎳和鈷其成本較高，鎳鈷的稀缺性會導致其大批生產和使用時價格反而會上漲。目前，它仍然大量地應用于混合動力車，隨著鋰離子電池的大規(guī)模生產和成本的降低，鎳氫電池終將退出。日本豐田汽車公司宣布最新一代Prius不再使用鎳氫電池而使用鋰離子電池。鎳氫電池是電動汽車過渡階段使用的電池，但在近期和中期仍然是非常關鍵的動力電池之一。Xiangyang Auto vocational technical college5. 電動車用動力電池發(fā)展趨勢電動車用動力電池發(fā)展趨勢 鋰離子電池目前市場上的電池中，鋰離子電池（鋰離子電池和鋰高聚合物電池）的性能最好，同質量的鋰離子電池其能量是鉛酸電池的46倍，是鎳氫電池的23倍。價格和大功率鋰離子電池的安全性