第4章 新能源汽車的儲能裝置

1、新能源汽車技術新能源汽車技術第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置May,2014Page 2第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.1 4.1 動力電池概述動力電池概述類型：動力蓄電池、燃料電池、超級電容、飛輪儲能器等儲類型：動力蓄電池、燃料電池、超級電容、飛輪儲能器等儲能裝置，及其相互組合而形成的混合儲能裝置。能裝置，及其相互組合而形成的混合儲能裝置。動力電池性能的提高是電動汽車發(fā)展的關鍵技術之一。它既動力電池性能的提高是電動汽車發(fā)展的關鍵技術之一。它既是目前普及電動汽車的瓶頸，也是電動汽車能否與傳統(tǒng)內燃是目前普及電動汽車的瓶頸，也是電動汽車能否與傳統(tǒng)

2、內燃機汽車競爭的重要因素之一。機汽車競爭的重要因素之一。 新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014化學電池的組成：化學電池的組成：電極（正極和負極）電極（正極和負極）電解質電解質隔膜隔膜外殼（容器）外殼（容器）Page 3新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.1 4.1 動力電池概述動力電池概述圖4.1 化學電池的基本構造圖Page 44.1.1 4.1.1 化學電池的基本構成化學電池的基本構成電極（核心部分）電極（核心部分）

3、一般由活性物質和導電骨架組成。一般由活性物質和導電骨架組成?；钚晕镔|：通過化學反應釋放出電能的物質。活性物質：通過化學反應釋放出電能的物質。導電構架：傳導電子和支撐活性物質。導電構架：傳導電子和支撐活性物質。新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.1 4.1 動力電池概述動力電池概述Page 5電解質（核心部分）電解質（核心部分）液體、固體液體、固體液體：一般是酸、堿、鹽的水溶液。液體：一般是酸、堿、鹽的水溶液。固體：一般為鹽類。【干電池】固體：一般為鹽類?！靖呻姵亍縯iptip：

4、電解質化學性質必須穩(wěn)定，使蓄電池在靜止狀態(tài)（不充：電解質化學性質必須穩(wěn)定，使蓄電池在靜止狀態(tài)（不充電也不放電的狀態(tài)下）電解質與活性物質界面間的電化學反電也不放電的狀態(tài)下）電解質與活性物質界面間的電化學反應速率小，這樣在電池自放電時，電池的容量損失就小。應速率小，這樣在電池自放電時，電池的容量損失就小。新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.1 4.1 動力電池概述動力電池概述Page 6隔膜隔膜通常為薄膜、板材或膠狀物等。通常為薄膜、板材或膠狀物等。避免電池內陰、陽極之間的距離較近

5、而發(fā)生內部短路產生嚴避免電池內陰、陽極之間的距離較近而發(fā)生內部短路產生嚴重的自放電現象。重的自放電現象。要求：化學性質穩(wěn)定，有一定的機械強度，對電解質離子運要求：化學性質穩(wěn)定，有一定的機械強度，對電解質離子運動的阻力小，是電的良好絕緣體，并能阻擋從電極上脫落的動的阻力小，是電的良好絕緣體，并能阻擋從電極上脫落的活性物質微粒和枝晶的生長?；钚晕镔|微粒和枝晶的生長。新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.1 4.1 動力電池概述動力電池概述Page 7外殼外殼盛放和保護電池電極、電解質

6、、隔膜的容器。盛放和保護電池電極、電解質、隔膜的容器。要求：足夠的機械強度和化學穩(wěn)定性、耐振動、耐沖擊、耐要求：足夠的機械強度和化學穩(wěn)定性、耐振動、耐沖擊、耐腐蝕。腐蝕。新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.1 4.1 動力電池概述動力電池概述Page 84.1.2 4.1.2 電池的基本知識電池的基本知識1 1、電池的放電、電池的放電將電池內儲存的化學能以電能方式釋放出來的過程，即電池將電池內儲存的化學能以電能方式釋放出來的過程，即電池向外電路輸送電流。向外電路輸送電流。放電特

7、性的衡量參數：放電深度、放電率、連續(xù)放電時間。放電特性的衡量參數：放電深度、放電率、連續(xù)放電時間。新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.1 4.1 動力電池概述動力電池概述Page 9蓄電池放電終了的特征：蓄電池放電終了的特征：單格電池電壓降到放電終止電壓；單格電池電壓降到放電終止電壓；電解液相對密度降到最小許可值。電解液相對密度降到最小許可值。tiptip：放電終止電壓與放電電流的大小有關，放電電流越大，：放電終止電壓與放電電流的大小有關，放電電流越大，允許的放電時間就越短，放

8、電終止壓力也越低。允許的放電時間就越短，放電終止壓力也越低。新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.1 4.1 動力電池概述動力電池概述Page 102 2、電池的充電、電池的充電將外部電源的電能輸入蓄電池，在蓄電池內將電能轉換為化將外部電源的電能輸入蓄電池，在蓄電池內將電能轉換為化學能儲存起來的過程。學能儲存起來的過程。充電參數：充電參數：充電特性、完全充電和充電率充電特性、完全充電和充電率。充電方式：充電方式：恒壓充電、恒流充電、涓流充電和浮充電恒壓充電、恒流充電、涓流充電和浮

9、充電等。等。新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.1 4.1 動力電池概述動力電池概述Page 11蓄電池充電終了的特征：蓄電池充電終了的特征：電解液中由大量氣泡冒出，呈沸騰狀態(tài)；電解液中由大量氣泡冒出，呈沸騰狀態(tài)；電解液的相對密度和蓄電池的端電壓上升到規(guī)定值，且在電解液的相對密度和蓄電池的端電壓上升到規(guī)定值，且在2 23h3h內保持不變。內保持不變。新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置

10、新能源汽車的儲能裝置4.1 4.1 動力電池概述動力電池概述Page 123 3、電池的極化、電池的極化電池在靜止狀態(tài)（對外電路的電流電池在靜止狀態(tài)（對外電路的電流I=0I=0）時，出現的電池電壓、）時，出現的電池電壓、電極電位變化的現象。電極電位變化的現象。極化現象反映了在靜止狀態(tài)能量損失的大小，極化損失越小極化現象反映了在靜止狀態(tài)能量損失的大小，極化損失越小越好。越好。常見的極化現象有陽極極化、陰極極化、歐姆極化（電阻極常見的極化現象有陽極極化、陰極極化、歐姆極化（電阻極化）、濃差和電化學極化等?；?、濃差和電化學極化等。新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehi

11、cles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.1 4.1 動力電池概述動力電池概述Page 134 4、記憶效應、記憶效應電池在沒有完全放電之前就重新充電，電池會儲存這一放電電池在沒有完全放電之前就重新充電，電池會儲存這一放電平臺并在下次循環(huán)中將其作為放電的終點。平臺并在下次循環(huán)中將其作為放電的終點。在每一次使用中，任何一次不完全的放電都將加深這一效應，在每一次使用中，任何一次不完全的放電都將加深這一效應，使電池容量逐漸變低。使電池容量逐漸變低。新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章

12、新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.1 4.1 動力電池概述動力電池概述Page 14原因：電池內部枝晶的生長原因：電池內部枝晶的生長解決辦法：深度充放電（損壞電池），脈沖充電法（適宜使解決辦法：深度充放電（損壞電池），脈沖充電法（適宜使用）。用）。主要表現在鎳鎘電池中。對于其他蓄電池該效應較小或不存主要表現在鎳鎘電池中。對于其他蓄電池該效應較小或不存在。在。新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.1 4.1 動力電池概述動力電池概述Page 155 5、電池的組合、電池的

13、組合將若干單體電池通過串聯、并聯與復聯的方式組合成電池組。將若干單體電池通過串聯、并聯與復聯的方式組合成電池組。為了獲取較高的電壓和電流。為了獲取較高的電壓和電流。電池組合中的單體電池：同一系列、同一規(guī)格、性能盡可能電池組合中的單體電池：同一系列、同一規(guī)格、性能盡可能一致。一致。新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.1 4.1 動力電池概述動力電池概述Page 164.1.3 4.1.3 電池的種類電池的種類1 1、按照工作原理分類、按照工作原理分類主要可分為生物電池、物理電池和

14、化學電池。主要可分為生物電池、物理電池和化學電池。新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.1 4.1 動力電池概述動力電池概述生物電池：生物電池：利用生物（如生物酶、微生利用生物（如生物酶、微生物或葉綠素等）分解反應過物或葉綠素等）分解反應過程中表現出來的帶電現象所程中表現出來的帶電現象所進行的能量轉換。進行的能量轉換?！久鸽姵?、微生物電池和生【酶電池、微生物電池和生物太陽電池】物太陽電池】Page 17新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，

15、May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.1 4.1 動力電池概述動力電池概述物理電池：物理電池：利用物理原理制成的電池。利用物理原理制成的電池?！咎柲茈姵?、飛輪電池、【太陽能電池、飛輪電池、核能電池和溫差電池】核能電池和溫差電池】Page 18新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.1 4.1 動力電池概述動力電池概述化學電池：化學電池：將化學反應產生的能量直接將化學反應產生的能量直接轉換為電能的裝置。轉換為電能的裝置。Page 19新能源汽車

16、技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.1 4.1 動力電池概述動力電池概述超級電容器：超級電容器：介于傳統(tǒng)電解質電容器和電介于傳統(tǒng)電解質電容器和電化學電池之間的新型儲能元化學電池之間的新型儲能元件。件。Page 20新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.1 4.1 動力電池概述動力電池概述Page 212 2、按照電解液種類分類（化學電池的分類）、按照電解液種類分類（化學電池

17、的分類）堿性電池：氫氧化鉀水溶液堿性電池：氫氧化鉀水溶液 【堿性鋅錳電池、鎳鎘電池、鎳氫電池】【堿性鋅錳電池、鎳鎘電池、鎳氫電池】酸性電池：硫酸溶液酸性電池：硫酸溶液 【鉛酸電池】【鉛酸電池】中性電池：鹽溶液中性電池：鹽溶液 【鋅錳干電池】【鋅錳干電池】有機電解液電池：有機溶液【鋰電池、鋰離子電池】有機電解液電池：有機溶液【鋰電池、鋰離子電池】新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.1 4.1 動力電池概述動力電池概述Page 223 3、按照電池的正負極材料分類（化學電池的分類）

18、、按照電池的正負極材料分類（化學電池的分類）鋅系列電池：鋅錳電池、鋅銀電池等；鋅系列電池：鋅錳電池、鋅銀電池等；鎳系列電池：鎳鎘電池、鎳氫電池等；鎳系列電池：鎳鎘電池、鎳氫電池等；鉛系列電池：鉛酸電池等；鉛系列電池：鉛酸電池等；鋰系列電池：鋰離子電池、鋰錳電池、聚合物鋰電池、磷酸鋰系列電池：鋰離子電池、鋰錳電池、聚合物鋰電池、磷酸 鐵鋰電池；鐵鋰電池；二氧化錳系列電池：鋅錳電池、堿錳電池等；二氧化錳系列電池：鋅錳電池、堿錳電池等；空氣電池系列：鋅空氣電池、鋁空氣電池等。空氣電池系列：鋅空氣電池、鋁空氣電池等。新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,

19、2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.1 4.1 動力電池概述動力電池概述Page 234 4、按照電池功能分類（化學電池的分類）、按照電池功能分類（化學電池的分類）一次電池：原電池，不能再充電的電池。若電解質不流動則一次電池：原電池，不能再充電的電池。若電解質不流動則稱為干電池，如鋅錳干電池、鋅汞干電池、鋅銀干電池等。稱為干電池，如鋅錳干電池、鋅汞干電池、鋅銀干電池等。二次電池：蓄電池，可充電電池。應用廣泛。主要有鉛酸蓄二次電池：蓄電池，可充電電池。應用廣泛。主要有鉛酸蓄電池、鋰離子電池、鎳氫電池及磷酸鐵鋰電池等。電池、鋰離子電池、鎳氫電池及磷酸鐵鋰電池等。新能

20、源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.1 4.1 動力電池概述動力電池概述Page 24燃料電池：連續(xù)電池，將活性物質連續(xù)注入電池，使其連續(xù)燃料電池：連續(xù)電池，將活性物質連續(xù)注入電池，使其連續(xù)放電的電池。放電的電池。儲備電池：激活電池，正負極活性物質在儲存期不直接接觸，儲備電池：激活電池，正負極活性物質在儲存期不直接接觸，使用前臨時注入電解液或用其他方法使電池激活，如鋅銀電使用前臨時注入電解液或用其他方法使電池激活，如鋅銀電池、鎂銀電池等。池、鎂銀電池等。新能源汽車技術，Facult

21、y of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.1 4.1 動力電池概述動力電池概述Page 254.1.4 4.1.4 電池的性能指標電池的性能指標1 1、電池的工作電壓、放電終止電壓和放電曲線、電池的工作電壓、放電終止電壓和放電曲線工作電壓：電池放電時，電池兩極之間的電位差，又稱為放工作電壓：電池放電時，電池兩極之間的電位差，又稱為放電電壓或端電壓。電電壓或端電壓。放電終止電壓：電池放電時，電壓下降到不宜再繼續(xù)放電的放電終止電壓：電池放電時，電壓下降到不宜再繼續(xù)放電的最低工作電壓。最低工作電壓。新能源汽車技術，F

22、aculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.1 4.1 動力電池概述動力電池概述放電曲線：放電曲線：在一定放電條件下，連續(xù)放電時電在一定放電條件下，連續(xù)放電時電池的工作電壓隨時間變化的關系曲池的工作電壓隨時間變化的關系曲線。線。放電小時率，電壓下降速度，終止放電小時率，電壓下降速度，終止電壓大小，放電時間。電壓大小，放電時間。Page 26新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.1 4.1

23、動力電池概述動力電池概述圖4.2 蓄電池的放電曲線Page 27電池的放電深度（電池的放電深度（Depth of DischargeDepth of Discharge，DODDOD）電池已經放出的電量占其額定容量的百分比。電池已經放出的電量占其額定容量的百分比。 式中，式中，SOCSOC0 0為電池的初始荷電狀態(tài)；為電池的初始荷電狀態(tài)； I Ibatbat為為t t時刻電池的工作電流，充電時為正，放電時刻電池的工作電流，充電時為正，放電 時為負，單位為時為負，單位為A A； t t為充放電時間，單位為為充放電時間，單位為h h； C C為電池的額定容量，單位為為電池的額定容量，單位為AhAh

24、。bat00dDOD100%SOC100%tItC新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.1 4.1 動力電池概述動力電池概述Page 282 2、電池的容量（、電池的容量（C C）完全充電的蓄電池在規(guī)定條件下所釋放的總電量，其單位為完全充電的蓄電池在規(guī)定條件下所釋放的總電量，其單位為安培時（安培時（AhAh）。）。理論容量、理論容量、i i小時率放電容量、額定容量、實際容量、剩余容小時率放電容量、額定容量、實際容量、剩余容量。量。新能源汽車技術，Faculty of New En

25、ergy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.1 4.1 動力電池概述動力電池概述Page 293 3、電池的能量、電池的能量在一定標準所規(guī)定的放電條件下，電池對外做功所能輸出的在一定標準所規(guī)定的放電條件下，電池對外做功所能輸出的電能，其單位為瓦時（電能，其單位為瓦時（WhWh）或千瓦時（）或千瓦時（kWhkWh）。）?？偰芰俊⒊潆娔芰?、放電能量?？偰芰?、充電能量、放電能量。容量與能量的區(qū)別：前者表示電池輸出的電量，而后者表示容量與能量的區(qū)別：前者表示電池輸出的電量，而后者表示其做功能力。能量可以用容量乘以放電平均電壓獲得。當用其做功能

26、力。能量可以用容量乘以放電平均電壓獲得。當用電設備用電流控制時，則用容量衡量；當電壓顯得重要時，電設備用電流控制時，則用容量衡量；當電壓顯得重要時，則多用能量。分析比較電動汽車能量利用效率時即用電池的則多用能量。分析比較電動汽車能量利用效率時即用電池的能量來考慮。能量來考慮。新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.1 4.1 動力電池概述動力電池概述Page 304 4、能量密度與功率密度、能量密度與功率密度比能量：蓄電池的單位質量（或體積）所獲取的電能。比能量：蓄電池的單位質量（

27、或體積）所獲取的電能。 質量能量密度：質量比能量，單位為質量能量密度：質量比能量，單位為Wh/kgWh/kg。 體積能量密度：體積比能量，單位為體積能量密度：體積比能量，單位為Wh/LWh/L。比功率：蓄電池的單位質量（或體積）所獲取的輸出功率。比功率：蓄電池的單位質量（或體積）所獲取的輸出功率。 質量功率密度：質量比功率，單位為質量功率密度：質量比功率，單位為W/kgW/kg。 體積功率密度：體積比功率，單位為體積功率密度：體積比功率，單位為W/LW/L。新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽

28、車的儲能裝置4.1 4.1 動力電池概述動力電池概述Page 31性能評價性能評價能量密度能量密度 續(xù)駛里程續(xù)駛里程功率密度功率密度 加速性、爬坡性和最高車速等加速性、爬坡性和最高車速等一般來說，蓄電池的功率密度增加時，能量密度要下降。一般來說，蓄電池的功率密度增加時，能量密度要下降。新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.1 4.1 動力電池概述動力電池概述Page 325 5、電池的開路電壓、電池的開路電壓蓄電池處于開路狀態(tài)下電極兩端的電位差。蓄電池處于開路狀態(tài)下電極兩端的電位

29、差。一般用高內阻的電壓表或萬用表測量。一般用高內阻的電壓表或萬用表測量。影響因素：正、負極材料，電解液的性質等。影響因素：正、負極材料，電解液的性質等。隨著電池存放時間的延長，其開路電壓會有所下降。隨著電池存放時間的延長，其開路電壓會有所下降。新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.1 4.1 動力電池概述動力電池概述Page 336 6、電池的內阻、電池的內阻包括歐姆內阻和極化電阻。包括歐姆內阻和極化電阻。歐姆內阻：電池中各組成部分的電子導電阻力、離子導電阻歐姆內阻：電池中各組成

30、部分的電子導電阻力、離子導電阻力及力及接觸電阻接觸電阻之和，與電極結構和裝配工藝有關。之和，與電極結構和裝配工藝有關。極化電阻：電極反應形成的，與電極反應的本質及材料有關。極化電阻：電極反應形成的，與電極反應的本質及材料有關。電池內阻越小，電池工作輸出電流時電池內部的壓降就越小，電池內阻越小，電池工作輸出電流時電池內部的壓降就越小，電池就能輸出較高的工作電壓和較大的電流，輸出能量和容電池就能輸出較高的工作電壓和較大的電流，輸出能量和容量也就越大。量也就越大。新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽

31、車的儲能裝置4.1 4.1 動力電池概述動力電池概述Page 347 7、電池的壽命、電池的壽命用電池使用時間或充電循環(huán)次數所表示的電池耐用性。用電池使用時間或充電循環(huán)次數所表示的電池耐用性。循環(huán)充電電池經歷一次充電和放電的過程，稱為一個循環(huán)或循環(huán)充電電池經歷一次充電和放電的過程，稱為一個循環(huán)或一個周期。一個周期。循環(huán)壽命：在一定的充放電制度下，電池容量下降到某一規(guī)循環(huán)壽命：在一定的充放電制度下，電池容量下降到某一規(guī)定值時，電池所能經受的循環(huán)次數。定值時，電池所能經受的循環(huán)次數。新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源

32、汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.1 4.1 動力電池概述動力電池概述Page 35影響循環(huán)壽命的因素：影響循環(huán)壽命的因素： 在充放電過程中，電極活性表面積減?。辉诔浞烹娺^程中，電極活性表面積減??； 電極上活性物質脫落或轉移；電極上活性物質脫落或轉移； 電極材料發(fā)生腐蝕；電極材料發(fā)生腐蝕； 電池內部短路；電池內部短路； 隔膜損壞和活性物質晶型改變，活性降低；隔膜損壞和活性物質晶型改變，活性降低； 充電和放電的形式、使用環(huán)境溫度和放電深度；充電和放電的形式、使用環(huán)境溫度和放電深度； 使用環(huán)境，電池組中各個電池的均衡性以及安裝方式等。使用環(huán)境，電池組中各個電池的均衡性以及安裝方式等。新能源汽車

33、技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.1 4.1 動力電池概述動力電池概述Page 368 8、電池的溫度特性、電池的溫度特性電池性能隨環(huán)境溫度變化而變化的關系。電池性能隨環(huán)境溫度變化而變化的關系。大部分電池在較狹窄的溫度范圍內工作時，才能保持較高的大部分電池在較狹窄的溫度范圍內工作時，才能保持較高的性能。性能。新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.1 4.1 動力電池概述動

34、力電池概述Page 379 9、電池的抗濫用能力、電池的抗濫用能力電池對短路、過充電、過放電、機械振動、撞擊、擠壓以及電池對短路、過充電、過放電、機械振動、撞擊、擠壓以及遭受高溫、火燒等非正常使用情況的容忍度。遭受高溫、火燒等非正常使用情況的容忍度。新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.1 4.1 動力電池概述動力電池概述Page 381010、電池的荷電狀態(tài)（、電池的荷電狀態(tài)（SOCSOC）電池剩余容量占其額定容量的百分比。（電池剩余容量占其額定容量的百分比。（Stage of

35、 ChargeStage of Charge）蓄電池在工作中，其荷電狀態(tài)由以下公式表示。蓄電池在工作中，其荷電狀態(tài)由以下公式表示。 式中，式中，SOCSOC0 0為電池的初始為電池的初始SOCSOC；I Ibatbat為為t t時刻電池的工作電流，時刻電池的工作電流，充電時為正，放電時為負，單位為充電時為正，放電時為負，單位為A A；t t為充放電時間，單位為充放電時間，單位為為h h；C C為電池的額定容量，單位為為電池的額定容量，單位為AhAh。可見，可見，SOCSOC和和DODDOD之和等于之和等于100%100%。bat00dSOC100%DODSOC100%tItC新能源汽車技術，F

36、aculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.1 4.1 動力電池概述動力電池概述Page 394.1.5 4.1.5 各種車用電池的性能比較各種車用電池的性能比較新能源汽車對動力電源的要求：新能源汽車對動力電源的要求：比功率大（在大電流工況下可平穩(wěn)放電，提高加速、爬坡比功率大（在大電流工況下可平穩(wěn)放電，提高加速、爬坡性能）；性能）；比能量大（延長續(xù)駛里程）；比能量大（延長續(xù)駛里程）；循環(huán)壽命長；循環(huán)壽命長；安全可靠；安全可靠；新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，

37、May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.1 4.1 動力電池概述動力電池概述Page 40成本低；成本低；對使用環(huán)境溫度要求低；對使用環(huán)境溫度要求低；能量轉換效率高；能量轉換效率高；對環(huán)境污染小等。對環(huán)境污染小等。新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.1 4.1 動力電池概述動力電池概述4.2.1 4.2.1 鉛酸蓄電池的結構和原理鉛酸蓄電池的結構和原理基本單元：單體電池基本單元：單體電池單體電池：正極板、負極板、隔單體電池：正極板、負極板、隔

38、板組板組第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.2 4.2 鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池Page 41新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014圖4.3 鉛酸蓄電池的結構Page 42原理原理電子的流動形成電流。電子的流動形成電流。新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.2 4.2 鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池Page 43放電時，放電時，電池內部：電子由正極流向負極電池內部：電子由正極流向負極外電路：電子由負極流向正極外電路

39、：電子由負極流向正極化學反應方程式為化學反應方程式為負極：負極：Pb+HSOPb+HSO4 4- -PbSOPbSO4 4+H+H+ +2e+2e- -正極：正極：PbOPbO2 2+3H+3H+ +HSO+HSO4 4- -+2e+2e- -2PbSO2PbSO4 4+2H+2H2 2O O新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.2 4.2 鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池Page 44充電時，充電時，電池內部：電子由負極流向正極電池內部：電子由負極流向正極外電路：電子由正極流向負極外電路：

40、電子由正極流向負極化學反應方程式為化學反應方程式為負極：負極：PbSOPbSO4 4+H+H+ +2e+2e- -Pb+HSOPb+HSO4 4- -正極：正極：2PbSO2PbSO4 4+2H+2H2 2OPbOOPbO2 2+3H+3H+ +HSO+HSO4 4- -+2e+2e- -新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.2 4.2 鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池Page 45鉛酸蓄電池單體兩端的額定電壓為鉛酸蓄電池單體兩端的額定電壓為2V2V。實際應用中，一般將多個電池單體串聯或并聯

41、，來滿足高電實際應用中，一般將多個電池單體串聯或并聯，來滿足高電壓、大容量等要求。壓、大容量等要求。新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.2 4.2 鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池Page 464.2.2 4.2.2 鉛酸蓄電池的充放電特性鉛酸蓄電池的充放電特性充電過程：充電過程：高效階段、混合階段、析氣階段高效階段、混合階段、析氣階段新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.2

42、 4.2 鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池Page 47高效階段：兩極的硫酸鉛分別轉換成了鉛和二氧化鉛。高效階段：兩極的硫酸鉛分別轉換成了鉛和二氧化鉛。在溫度和充電率都能保證的情況下，這個階段在單體電池端在溫度和充電率都能保證的情況下，這個階段在單體電池端電壓達到電壓達到2.39V2.39V時結束。時結束。充電接受率高，接近充電接受率高，接近100%100%。充電接受率：轉化為化學能儲備的電能與來自充電設備的電充電接受率：轉化為化學能儲備的電能與來自充電設備的電能的比值。能的比值。新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能

43、裝置新能源汽車的儲能裝置4.2 4.2 鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池Page 48混合階段：水解（電解水）副反應和充電主反應同時進行?；旌想A段：水解（電解水）副反應和充電主反應同時進行。當兩個反應達到平衡時，即電池兩端電壓與稀硫酸溶液濃度當兩個反應達到平衡時，即電池兩端電壓與稀硫酸溶液濃度不再上升時，表示電池已經充滿電。不再上升時，表示電池已經充滿電。新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.2 4.2 鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池Page 49析氣階段：蓄電池已經被充滿電，電池中所進行的反應只有析

44、氣階段：蓄電池已經被充滿電，電池中所進行的反應只有水解副反應（電解水），再加上緩慢進行的自放電反應。此水解副反應（電解水），再加上緩慢進行的自放電反應。此時會產生大量的氣體，主要是氫氣和氧氣。時會產生大量的氣體，主要是氫氣和氧氣。在密封式鉛酸蓄電池中，這兩種氣體在密閉環(huán)境中壓力會變在密封式鉛酸蓄電池中，這兩種氣體在密閉環(huán)境中壓力會變高，還可以進一步反應生成水，這也是閥控式密封鉛酸蓄電高，還可以進一步反應生成水，這也是閥控式密封鉛酸蓄電池不需要加水的原因。池不需要加水的原因。新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的

45、儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.2 4.2 鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池Page 504.2.3 4.2.3 鉛酸蓄電池的種類及發(fā)展現狀鉛酸蓄電池的種類及發(fā)展現狀1 1、開口式鉛酸蓄電池、開口式鉛酸蓄電池新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.2 4.2 鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池Page 512 2、閥控式密封鉛酸蓄電池、閥控式密封鉛酸蓄電池VRLAVRLA（Valve Regulated Lead Acid BatteryValve Regulated Lead Acid Battery）全

46、密封的，有一個可以控制電池內部氣體壓力的閥全密封的，有一個可以控制電池內部氣體壓力的閥。難點：充電時，水的電解。難點：充電時，水的電解。新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.2 4.2 鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池Page 52解決辦法：解決辦法：采用多元優(yōu)質板柵合金，提高氣體釋放的過電位采用多元優(yōu)質板柵合金，提高氣體釋放的過電位；讓負極有多余的容量，充電后期正極釋放的氧氣與負極接觸，讓負極有多余的容量，充電后期正極釋放的氧氣與負極接觸，發(fā)生反應，重新生成水；發(fā)生反應，重新生成水；采用新

47、型超細玻璃纖維隔板，讓正極釋放的氧氣盡快流通到采用新型超細玻璃纖維隔板，讓正極釋放的氧氣盡快流通到負極；負極；采用密封式閥控濾酸結構，使酸霧不能逸出。采用密封式閥控濾酸結構，使酸霧不能逸出。新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.2 4.2 鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池Page 533 3、雙極性密封鉛酸蓄電池、雙極性密封鉛酸蓄電池組成：組成：雙極性板、正負單極性板和隔板及電解液雙極性板、正負單極性板和隔板及電解液雙極性是指一塊基板的兩面分別涂上正極膏和負極膏形成的雙極性是指一塊基板的兩面

48、分別涂上正極膏和負極膏形成的兩個極性。兩個極性。雙極性電池最小單體由一個雙極性板加兩個單極性板構成雙極性電池最小單體由一個雙極性板加兩個單極性板構成4V4V電池。電池。新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.2 4.2 鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池Page 54新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.2 4.2 鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池圖4.4 雙極性密封鉛酸蓄電池的內部結構示意圖

49、Page 55優(yōu)勢：優(yōu)勢：鉛耗量減少鉛耗量減少40%40%左右、重量輕減少左右、重量輕減少40%40%、體積減小、體積減小40%40%、質量比、質量比能量提高約能量提高約50%50%、循環(huán)壽命延長、循環(huán)壽命延長1 1倍以上。倍以上。電流路徑短，內阻小，充放電效率高。較好地滿足了大電流電流路徑短，內阻小，充放電效率高。較好地滿足了大電流放電、短時間充能、深循環(huán)壽命長。放電、短時間充能、深循環(huán)壽命長。新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.2 4.2 鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池Page 56

50、4 4、卷繞式密封鉛酸蓄電池、卷繞式密封鉛酸蓄電池將正負極板做成軟性條狀，中間和兩側均夾有纖維隔板，然將正負極板做成軟性條狀，中間和兩側均夾有纖維隔板，然后緊卷起來裝入圓柱形電池殼內，焊接好極柱，加蓋密封，后緊卷起來裝入圓柱形電池殼內，焊接好極柱，加蓋密封，組成電池，就形成了卷繞式密封鉛酸蓄電池。組成電池，就形成了卷繞式密封鉛酸蓄電池。新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.2 4.2 鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池Page 57新能源汽車技術，Faculty of New Energy V

51、ehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.2 4.2 鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池圖4.5 卷繞式密封鉛酸蓄電池的外形結構示意圖Page 58優(yōu)勢：優(yōu)勢：內阻低，輸出電壓比較平穩(wěn)；內阻低，輸出電壓比較平穩(wěn)；比功率高，適合高功率密度放電；比功率高，適合高功率密度放電；循環(huán)壽命長；循環(huán)壽命長；低溫性能好；低溫性能好；快速充電性能好；快速充電性能好；放電速度小。放電速度小。新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.2 4.2 鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池P

52、age 594.2.4 4.2.4 鉛酸蓄電池的應用鉛酸蓄電池的應用優(yōu)勢：優(yōu)勢：技術可靠，生產工藝成熟，成本低；技術可靠，生產工藝成熟，成本低；單體電池電壓高（高于其他液體電解液電池）；單體電池電壓高（高于其他液體電解液電池）；具有適合電動汽車使用的良好的大電流輸出特性，良好的高具有適合電動汽車使用的良好的大電流輸出特性，良好的高溫和低溫性能，較高的能量效率（溫和低溫性能，較高的能量效率（75%75%80%80%）以及多種多樣）以及多種多樣的型號和尺寸。的型號和尺寸。 鉛酸蓄電池仍是電動汽車最具吸引力的能量源選擇方案。鉛酸蓄電池仍是電動汽車最具吸引力的能量源選擇方案。新能源汽車技術，Facul

53、ty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.2 4.2 鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池Page 60劣勢：劣勢：（質量）比能量和（體積比）能量都比較低（分別為（質量）比能量和（體積比）能量都比較低（分別為35Wh/kg35Wh/kg和和70Wh/L70Wh/L）；）；自放電率較高（自放電率較高（2525環(huán)境每天降低環(huán)境每天降低1%1%）；）；循環(huán)壽命相對較低（循環(huán)壽命相對較低（10001000次）；次）；硫酸腐蝕電極不便于長期儲存。硫酸腐蝕電極不便于長期儲存。新能源汽車技術，Faculty of New Energy V

54、ehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.2 4.2 鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池Page 614.3.1 4.3.1 鎳氫電池的分類與特點鎳氫電池的分類與特點正極材料：鎳正極材料：鎳負極材料：儲氫合金負極材料：儲氫合金是一種堿性蓄電池。是一種堿性蓄電池。新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.3 4.3 鎳氫蓄電池鎳氫蓄電池Page 62按照工作電壓可分為高壓和低壓兩類。按照工作電壓可分為高壓和低壓兩類。1 1、高壓鎳氫電池、高壓鎳氫電池

55、正極：鎳（正極：鎳（NiNi），壓制或燒結的），壓制或燒結的Ni(OH)Ni(OH)2 2電極電極負極：氫（負極：氫（H2H2），活性炭作載體的聚四氯乙烯（），活性炭作載體的聚四氯乙烯（PTFEPTFE）黏結）黏結式多孔氣體擴散電極式多孔氣體擴散電極電解液：氫氧化鉀（電解液：氫氧化鉀（KOHKOH）溶液）溶液優(yōu)點：比能量高、壽命長、耐過充放電、可以通過氫壓來指優(yōu)點：比能量高、壽命長、耐過充放電、可以通過氫壓來指示電池荷電狀態(tài)。示電池荷電狀態(tài)。缺點：容器需要耐高氫壓，電池的體積比能量及質量比能量缺點：容器需要耐高氫壓，電池的體積比能量及質量比能量較低；自放電較大；不能漏氣；成本高。較低；自放電較

56、大；不能漏氣；成本高。新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.3 4.3 鎳氫蓄電池鎳氫蓄電池Page 632 2、低壓鎳氫電池、低壓鎳氫電池分為兩種：一種是在鎳氫電池中放入具有可逆吸放氫的儲氫分為兩種：一種是在鎳氫電池中放入具有可逆吸放氫的儲氫合金，以降低氫壓；另一種低壓鎳氫電池以儲氫合金（合金，以降低氫壓；另一種低壓鎳氫電池以儲氫合金（MHMH）為負極，氫氧化鎳為負極，氫氧化鎳Ni(OH)Ni(OH)2 2為正極，氫氧化鉀（為正極，氫氧化鉀（KOHKOH）溶液為）溶液為電解質。

57、電解質。優(yōu)點：能量密度高；可快速充電；低溫性能好；可密封，耐優(yōu)點：能量密度高；可快速充電；低溫性能好；可密封，耐過放電能力強；無毒無環(huán)境污染，不使用貴金屬；無記憶效過放電能力強；無毒無環(huán)境污染，不使用貴金屬；無記憶效應。應。新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.3 4.3 鎳氫蓄電池鎳氫蓄電池Page 644.3.2 4.3.2 鎳氫電池的工作原理鎳氫電池的工作原理充電時充電時正極：正極：Ni(OH)Ni(OH)2 2+OH+OH- -e-e- -NiOOH+HNiOOH+H2

58、2O O負極：負極：2MH+2e2MH+2e- -2M+H2M+H2 2放電時放電時正極：正極：NiOOH+HNiOOH+H2 2O+eO+e- -Ni(OH)Ni(OH)2 2+OH+OH- -負極：負極：2M+H2M+H2 22MH+2e2MH+2e- -當鎳氫電池以標準電流放電時，平均工作電壓為當鎳氫電池以標準電流放電時，平均工作電壓為1.2V1.2V。新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.3 4.3 鎳氫蓄電池鎳氫蓄電池Page 65新能源汽車技術，Faculty of

59、New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.3 4.3 鎳氫蓄電池鎳氫蓄電池圖4.6 鎳氫電池的工作原理示意圖Page 664.3.3 4.3.3 鎳氫電池的結構鎳氫電池的結構鎳氫電池主要由正極、負極、電解液、極板、隔膜等組成。鎳氫電池主要由正極、負極、電解液、極板、隔膜等組成。正極材料：氫氧化鎳正極材料：氫氧化鎳負極材料：儲氫合金負極材料：儲氫合金極板結構：發(fā)泡體、燒結體極板結構：發(fā)泡體、燒結體電解質：氫氧化鉀電解質：氫氧化鉀在正負極之間有隔膜在正負極之間有隔膜催化劑：鉑催化劑：鉑新能源汽車技術，Faculty of N

60、ew Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽車的儲能裝置新能源汽車的儲能裝置4.3 4.3 鎳氫蓄電池鎳氫蓄電池Page 674.3.4 4.3.4 鎳氫電池的性能特征鎳氫電池的性能特征優(yōu)點：優(yōu)點：比能量高、質量輕、體積小、比功率高、循環(huán)壽命長、無污比能量高、質量輕、體積小、比功率高、循環(huán)壽命長、無污染、使用溫度范圍寬、安全可靠。染、使用溫度范圍寬、安全可靠。缺點：缺點：成本高、自放電損耗大、電壓低、電池組熱管理要求比較高。成本高、自放電損耗大、電壓低、電池組熱管理要求比較高。新能源汽車技術，Faculty of New Energy Vehicles，May