整套課件教程：純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池及管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池及管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)第1 章 緒論. 純電動(dòng)汽車的基本知識(shí). 電動(dòng)汽車及動(dòng)力電池的發(fā)展歷史. 電動(dòng)汽車動(dòng)力電池技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)下一頁(yè)返回第 章 純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的基本概念. 動(dòng)力電池的概念及分類. 動(dòng)力電池的原理與結(jié)構(gòu). 動(dòng)力電池的參數(shù)及性能指標(biāo). 電動(dòng)汽車對(duì)動(dòng)力電池的要求上一頁(yè)下一頁(yè)返回第 章 純電動(dòng)汽車常用動(dòng)力電池. 鉛酸蓄電池. 堿性電池. 鋰離子電池. 燃料電池. 用作動(dòng)力源的其他電池上一頁(yè)下一頁(yè)返回第 章 動(dòng)力電池設(shè)計(jì)應(yīng)用. 動(dòng)力電池一致性設(shè)計(jì). 動(dòng)力電池的熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì). 動(dòng)力電池的性能測(cè)試上一頁(yè)下一頁(yè)返回第 章 動(dòng)力電池管理系統(tǒng). 概述. 電池管理系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

2、及功能. 數(shù)據(jù)采集方法. 電量管理系統(tǒng). 均衡管理系統(tǒng). 熱管理系統(tǒng). 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng). 電池管理系統(tǒng)的故障診斷與分析上一頁(yè)下一頁(yè)返回第 章 動(dòng)力電池系統(tǒng)設(shè)計(jì). 電動(dòng)車輛能耗經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)參數(shù). 電池系統(tǒng)與整車的匹配方法. 電池包結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì). 動(dòng)力電池的梯次利用與回收上一頁(yè)下一頁(yè)返回第 章 電動(dòng)汽車充電技術(shù). 概述. 充電機(jī). 充電站上一頁(yè)返回第1 章 緒論. 純電動(dòng)汽車的基本知識(shí). 電動(dòng)汽車及動(dòng)力電池的發(fā)展歷史. 電動(dòng)汽車動(dòng)力電池技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)返回. 純電動(dòng)汽車的基本知識(shí)( , )、氫發(fā)動(dòng)機(jī)汽車、其他新能源(如高效儲(chǔ)能器、二甲醚) 汽車等類別。.純電動(dòng)汽車的定義純電動(dòng)汽車是指以車載電源為動(dòng)力

3、, 用電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪行駛, 符合道路交通、安全法規(guī)各項(xiàng)要求的車輛, 一般采用高效率充電蓄電池作為動(dòng)力源。 純電動(dòng)汽車不需要內(nèi)燃機(jī), 因此,純電動(dòng)汽車的電機(jī)相當(dāng)于傳統(tǒng)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī), 蓄電池相當(dāng)于原來(lái)的油箱, 電能是二次能源,來(lái)源可以是風(fēng)能、水能、熱能、太陽(yáng)能等多種方式。 在汽車污染較為嚴(yán)重的今天, 這些能源的突出特點(diǎn)就是排放零污染, 即。下一頁(yè)返回. 純電動(dòng)汽車的基本知識(shí)純電動(dòng)汽車具有兩個(gè)重要特點(diǎn): 一是搭載可拆卸的電化學(xué)和機(jī)電能源; 二是牽引力僅由電機(jī)提供。 圖 所示為純電動(dòng)汽車的系統(tǒng)框圖, 連接汽車能量源和車輪的部分稱為動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng), 它是機(jī)電能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng), 既有電氣元器件, 又有機(jī)械部件。儲(chǔ)

4、能裝置如電池組用來(lái)存儲(chǔ)所需能量, 并實(shí)現(xiàn)能源傳輸。 可用于發(fā)電以驅(qū)動(dòng)車輛的能源很多, 如化石燃料、太陽(yáng)能等。 作為整個(gè)汽車的動(dòng)力來(lái)源, 動(dòng)力電池在整個(gè)純電動(dòng)汽車系統(tǒng)中起著非常重要的作用。 本課程我們就重點(diǎn)來(lái)介紹純電動(dòng)汽車的儲(chǔ)能裝置動(dòng)力電池。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 純電動(dòng)汽車的基本知識(shí).純電動(dòng)汽車的基本結(jié)構(gòu)純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)主要由電力驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)、汽車底盤(pán)、車身以及各種輔助裝置等部分組成。 除了電力驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng), 其他部分的功能及結(jié)構(gòu)組成基本與傳統(tǒng)汽車相同, 不過(guò)有些部件根據(jù)所選的驅(qū)動(dòng)方式不同, 已被簡(jiǎn)化或省去了。 因此, 電力驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)既決定了整個(gè)純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)組成及其性能特征, 也是純電動(dòng)汽車

5、的核心, 它相當(dāng)于傳統(tǒng)汽車中的發(fā)動(dòng)機(jī)與其他功能以機(jī)電一體化方式相結(jié)合, 這也是與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車最大的不同點(diǎn)。 電力驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的組成與工作原理如圖 所示, 它由電力驅(qū)動(dòng)模塊、車載電源模塊和輔助模塊三大部分組成。 這里我們重點(diǎn)介紹一下車載電源模塊。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 純電動(dòng)汽車的基本知識(shí)習(xí)慣了傳統(tǒng)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤(pán)、車身和電氣四大組成部分的人可能在想, 電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池安裝在哪里呢? 那我們就先來(lái)認(rèn)識(shí)一下電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池。 如圖 所示, 這是北京汽車公司生產(chǎn)的 純電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池, 它由多個(gè)電池包組成一個(gè)整體, 位于傳統(tǒng)汽車的底盤(pán)位置。 圖 所示為目前大多數(shù)電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的安裝位置。上一

6、頁(yè)返回. 電動(dòng)汽車及動(dòng)力電池的發(fā)展歷史.電動(dòng)汽車的發(fā)展歷史電動(dòng)汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈, 除了特斯拉外, 傳統(tǒng)汽車生產(chǎn)商也在大力投資電動(dòng)汽車市場(chǎng), 其中包括通用、大眾等。 不過(guò), 電動(dòng)汽車并非什么新鮮事物, 它已經(jīng)存在 多年的時(shí)間, 并且一度還是最流行的汽車類型。 下面, 我們將帶領(lǐng)大家一起回顧電動(dòng)汽車的百年發(fā)展史。第一階段, 電動(dòng)汽車的誕生階段。電動(dòng)汽車是世界上最古老的汽車之一, 比內(nèi)燃機(jī)汽車的出現(xiàn)早了半個(gè)多世紀(jì)。 年, 蘇格蘭商人羅伯特安德森用不可再充的蓄電池研發(fā)出電動(dòng)汽車。下一頁(yè)返回. 電動(dòng)汽車及動(dòng)力電池的發(fā)展歷史 年, 荷蘭教授西博蘭斯斯特町( ) 設(shè)計(jì)了一款小型電動(dòng)車應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)

7、原理組裝的一臺(tái)電動(dòng)三輪車。第二階段, 電動(dòng)汽車的首個(gè)全盛時(shí)期。 年, 電動(dòng)汽車的銷量比其他類型的汽車銷量都要好。 實(shí)際上, 根據(jù)全美人口調(diào)查局的調(diào)查, 年, 電動(dòng)汽車生產(chǎn)量占到美國(guó)汽車總產(chǎn)量 的份額, 所出售的電動(dòng)汽車總價(jià)值超過(guò)了當(dāng)年汽油汽車和蒸汽汽車的總和。早期電動(dòng)汽車基本上是一些由電池驅(qū)動(dòng)的無(wú)馬馬車, 如圖 所示。 上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 電動(dòng)汽車及動(dòng)力電池的發(fā)展歷史與蒸汽汽車或者汽油汽車不同, 電動(dòng)汽車不會(huì)散發(fā)味道, 沒(méi)有噪聲和振動(dòng), 且操作非常簡(jiǎn)單。 燃油汽車必須人工控制起動(dòng), 需要駕駛員在駕車過(guò)程中變換擋位等。 蒸汽汽車盡管不需要手動(dòng)變擋, 但是它們的起動(dòng)得花些時(shí)間, 并且續(xù)駛里程沒(méi)有電

8、動(dòng)汽車長(zhǎng)。第三階段, 到 年, 電動(dòng)汽車風(fēng)光不再。從 世紀(jì)末到 世紀(jì)初, 這是電動(dòng)汽車的黃金時(shí)期, 電動(dòng)汽車生產(chǎn)在 年達(dá)到頂峰。 當(dāng)時(shí), 福特生產(chǎn)的燃油汽車價(jià)格要比電動(dòng)汽車價(jià)格便宜很多。第四階段, 世紀(jì)六七十年代電動(dòng)汽車市場(chǎng)復(fù)蘇。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 電動(dòng)汽車及動(dòng)力電池的發(fā)展歷史 世紀(jì) 年代石油危機(jī)爆發(fā), 給世界各國(guó)政界一次不小的打擊, 因此世界各國(guó)開(kāi)始考慮替代石油的其他能源, 人們開(kāi)始重新重視電動(dòng)汽車的技術(shù)開(kāi)發(fā)。 年, 美國(guó)頒布了清潔空氣法案, 再加上 年爆發(fā)的第一次石油危機(jī), 激發(fā)了人們開(kāi)發(fā)燃油汽車替代品的興趣。 到 年, 美國(guó)國(guó)會(huì)采取措施, 通過(guò)了純電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車研究開(kāi)發(fā)和示范

9、法案, 該法案由美國(guó)能源部授權(quán), 用于支持和開(kāi)發(fā)純電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車。 世紀(jì) 年代的電動(dòng)汽車生產(chǎn)市場(chǎng)上, 兩家公司成為領(lǐng)導(dǎo)者, 其中排名第一的是 , 它生產(chǎn)了超過(guò) 輛 電動(dòng)汽車, 這也是美國(guó)銷量最高的電動(dòng)汽車, 直到 年被特斯拉 超越。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 電動(dòng)汽車及動(dòng)力電池的發(fā)展歷史 最高速度達(dá)到 英里 / 時(shí), 續(xù)航里程為 英里。 另一家公司是 公司, 其生產(chǎn)的 電動(dòng)汽車最高速度達(dá)到 英里/ 時(shí),續(xù)航里程為 英里, 價(jià)格在 美元。第五階段, 電動(dòng)汽車并非美國(guó)獨(dú)有, 而是呈現(xiàn)百花齊放的狀態(tài)。寶馬在 年夏季奧林匹克運(yùn)動(dòng)會(huì)上展示了其首款電動(dòng)汽車寶馬 (見(jiàn)圖 ), 這款電動(dòng)汽車由 個(gè)鉛酸蓄電

10、池組驅(qū)動(dòng), 擁有 馬力電動(dòng)機(jī), 最高速度能夠達(dá)到 英里/ 時(shí)。 不過(guò), 這款汽車并沒(méi)有進(jìn)入量產(chǎn)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 電動(dòng)汽車及動(dòng)力電池的發(fā)展歷史在 世紀(jì) 年代, 越來(lái)越多的電動(dòng)汽車出現(xiàn)了, 但是大多銷量一般, 主要受限于時(shí)速、續(xù)航里程和外形設(shè)計(jì)。 進(jìn)入 世紀(jì) 年代后, 電動(dòng)汽車受歡迎度逐漸減弱。第六階段, 世紀(jì) 年代, 廢氣排放量監(jiān)管促使汽車生產(chǎn)商將目標(biāo)投向電動(dòng)汽車, 電動(dòng)汽車的發(fā)展進(jìn)入鼎盛時(shí)期。美國(guó) 年頒布的清潔空氣法修正案 和 年頒布的能源政策法案 促使市場(chǎng)對(duì)電動(dòng)汽車再次進(jìn)行投資。 美國(guó)加州空氣資源委員會(huì)甚至還通過(guò)一項(xiàng)新的法規(guī), 要求汽車生產(chǎn)商需生產(chǎn)和銷售零廢氣排放的汽車, 這樣才允許他們

11、在該州出售其他車輛。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 電動(dòng)汽車及動(dòng)力電池的發(fā)展歷史從此各大汽車廠商紛紛投入對(duì)電動(dòng)汽車的研發(fā)和生產(chǎn), 自此各種車型的電動(dòng)汽車如雨后春筍般不斷上市, 并呈現(xiàn)出欣欣向榮的景象。從 年開(kāi)始, 通用汽車公司共生產(chǎn)了 輛 電動(dòng)汽車(見(jiàn)圖 ), 不過(guò)這款汽車僅在美國(guó)幾個(gè)州使用, 并且不能賣, 只能租。 據(jù)悉這款電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程能夠達(dá)到 英里, 從 加速到 英里/ 時(shí)只需要 。 由于 并不盈利, 通用在租賃期到后, 全部召回了這些電動(dòng)汽車, 并銷毀了其中的大部分, 只留下 輛捐贈(zèng)給博物館或者其他組織。日本豐田公司也在 年生產(chǎn)了第一批豐田 電動(dòng)汽車, 如圖 所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 電動(dòng)汽車及

12、動(dòng)力電池的發(fā)展歷史 年開(kāi)始進(jìn)入全球市場(chǎng), 它也是第一批規(guī)?；a(chǎn)的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車。 在全球推出一年時(shí)間里, 這款電動(dòng)汽車共賣出 萬(wàn)輛, 到 年 月, 這家公司已經(jīng)賣出超過(guò)萬(wàn)輛混合動(dòng)力電動(dòng)汽車, 其中超過(guò) 萬(wàn)輛為。 年, 特斯拉宣布計(jì)劃推出續(xù)航里程達(dá)到 英里的電動(dòng)汽車, 這條消息轟動(dòng)整個(gè)電動(dòng)汽車市場(chǎng)。 到 年, 特斯拉擁有了其第一款電動(dòng)汽車, 如圖 所示, 其續(xù)航里程超過(guò) 英里, 售價(jià)超過(guò) 萬(wàn)美元。 盡管特斯拉已經(jīng)擁有 轎車和 , 但在很大程度上講, 它們還屬于小眾化產(chǎn)品。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 電動(dòng)汽車及動(dòng)力電池的發(fā)展歷史特斯拉計(jì)劃在 年規(guī)模化生產(chǎn)其面向大眾市場(chǎng)的電動(dòng)汽車 , 這款汽車?yán)m(xù)航里程超

13、過(guò) 英里, 售價(jià)在. 萬(wàn)美元左右。 年, 尼桑在美國(guó)開(kāi)始交付其電動(dòng)汽車, 如圖 所示。 尼桑 續(xù)航里程為 英里, 價(jià)格在 萬(wàn)美元左右, 這款電動(dòng)汽車目前仍然是全球銷量最好的電動(dòng)汽車。 截至 年 月, 尼桑共賣出 多萬(wàn)輛, 單在美國(guó)就賣出. 萬(wàn)輛。隨著電動(dòng)汽車的飛速發(fā)展和市場(chǎng)保有量的不斷增加, 傳統(tǒng)汽車生產(chǎn)廠商也開(kāi)始研發(fā)電動(dòng)汽車的新技術(shù), 在未來(lái)幾年內(nèi), 我們將陸續(xù)看到來(lái)自各大品牌汽車生產(chǎn)商的電動(dòng)汽車。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 電動(dòng)汽車及動(dòng)力電池的發(fā)展歷史如今, 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車以及純電動(dòng)汽車又開(kāi)始流行起來(lái), 而幾乎所有的汽車廠商也都看準(zhǔn)了這一市場(chǎng)。 的確, 由于環(huán)境惡化、油價(jià)上漲及能源消耗等諸多問(wèn)題

14、的出現(xiàn), 人們都或多或少開(kāi)始關(guān)注這些新能源汽車。 也許在不久的將來(lái), 電動(dòng)汽車又能回到 年那樣一個(gè)“全盛時(shí)期”, 并且是達(dá)到一個(gè)新高度的全盛時(shí)期。.動(dòng)力電池的發(fā)展歷史. 動(dòng)力電池的使用特點(diǎn)() 高能量( 用電池) 和高功率( 用電池)。() 高能量密度。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 電動(dòng)汽車及動(dòng)力電池的發(fā)展歷史() 高倍率部分荷電狀態(tài)下() 的循環(huán)使用( 用電池)。() 工作溫度范圍寬( )。() 使用壽命長(zhǎng), 要求 年。() 安全可靠。. 動(dòng)力電池的發(fā)展史目前世界上各汽車生產(chǎn)廠家紛紛開(kāi)發(fā)并推廣使用電動(dòng)汽車, 電動(dòng)汽車有著廣闊的發(fā)展前景。 電動(dòng)汽車的蓬勃發(fā)展, 促進(jìn)了動(dòng)力電池技術(shù)的發(fā)展, 世界各大汽車公

15、司紛紛投巨資并采取結(jié)盟的方式研究各種類型的電動(dòng)車用動(dòng)力電池。 上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 電動(dòng)汽車及動(dòng)力電池的發(fā)展歷史以下就電動(dòng)車用動(dòng)力電池及燃料動(dòng)力電池的技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)作一概述。 根據(jù)動(dòng)力電池的使用特點(diǎn)、要求和應(yīng)用領(lǐng)域不同, 國(guó)內(nèi)外動(dòng)力電池的研發(fā)大致經(jīng)歷了以下幾個(gè)發(fā)展階段。第一代動(dòng)力電池鉛酸蓄電池。 圖 所示為主要的閥控式鉛酸蓄電池()。 它最大的優(yōu)點(diǎn)是大電流放電性能良好, 價(jià)格低廉, 資源豐富, 電池的回收率較高, 在電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車上應(yīng)用廣泛; 缺點(diǎn)是質(zhì)量比能量低, 主要原材料鉛有污染。鉛酸蓄電池的應(yīng)用歷史最長(zhǎng), 它也是最成熟、成本和售價(jià)最低廉的動(dòng)力電池。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 電動(dòng)汽車及動(dòng)力電

16、池的發(fā)展歷史當(dāng)前存在的主要問(wèn)題是一次充電的行程短, 一般在 ; 就是快速充電也要 , 且質(zhì)量比能量只有 / 。 為此人們一直探索改進(jìn)鉛酸蓄電池性能的方法, 開(kāi)發(fā)能量效率更高、穩(wěn)定性更好、電荷容量更大的新動(dòng)力電池。在改進(jìn)鉛酸蓄電池性能方面, 人們現(xiàn)在已在廣泛使用 蓄電池, 它具有使用方便的優(yōu)點(diǎn)。 為使鉛酸蓄電池更可靠, 人們開(kāi)發(fā)了 蓄電池。 蓄電池也屬于 蓄電池范疇。 它依然用密度為. / 的硫酸溶液, 但在其中添加了 , 電解液呈膠體狀乳白色的凝膠, 構(gòu)成了膠體電解質(zhì)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 電動(dòng)汽車及動(dòng)力電池的發(fā)展歷史膠體的狀況會(huì)隨著溫度和電場(chǎng)的作用而變化。 當(dāng) 蓄電池放電時(shí), 膠體的凝聚性會(huì)更

17、明顯; 溫度降低, 膠體內(nèi)部溶液擴(kuò)散遷移及傳導(dǎo)性變差, 內(nèi)電阻增加。 在溫度升到 以上, 外施單格電壓超過(guò). 時(shí), 要產(chǎn)生充電氣泡; 充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng), 溫度過(guò)高, 特別是單格電壓超過(guò). , 膠體常常會(huì)發(fā)生水解, 放出大量 和 , 并伴有硫酸和水外溢, 膠體變成了液態(tài)。 如及時(shí)停止充電, 降低溫度, 去掉外電壓, 膠體還可恢復(fù)。 蓄電池的性能、價(jià)格與普通鉛酸蓄電池相似, 只是由于其膠體電解質(zhì)具有不易滲漏性, 故能保證電源使用的可靠性。 即使 蓄電池殼體產(chǎn)生了裂紋也可繼續(xù)使用, 不會(huì)對(duì)車輛產(chǎn)生腐蝕作用。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 電動(dòng)汽車及動(dòng)力電池的發(fā)展歷史因此其適用于道路狀況差(如鄉(xiāng)間土路) 和用電負(fù)荷變

18、化大的車輛, 如在我國(guó)中西部地區(qū)的山區(qū)、半山區(qū)、鄉(xiāng)村使用的車輛的蓄電池, 軍用車輛的起動(dòng)用蓄電池,以及由于環(huán)保要求, 限制酸腐蝕的特種車輛等用的蓄電池。 由于電解質(zhì)中有 存在, 在極板硫化過(guò)程中, 會(huì)同時(shí)產(chǎn)生硫酸鉛、硫酸鈉結(jié)晶, 從而防止極板生成粗大的硫酸鉛結(jié)晶體, 使極板不易硫化, 容易再次充電活化, 不易喪失極板的多孔性, 還能防止正極板上生出尖銳的硫酸鉛突起, 避免隔板被刺穿形成極板間短路。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 電動(dòng)汽車及動(dòng)力電池的發(fā)展歷史從壽命上講, 蓄電池是現(xiàn)在普通鉛酸蓄電池的 倍以上, 在 仍能很好工作, 且工作性能相當(dāng)穩(wěn)定, 相比普通鉛酸蓄電池, 性能有了大幅度提高。 估計(jì) 蓄電池

19、會(huì)比普通鉛酸蓄電池多存在一段時(shí)間, 但 蓄電池畢竟是鉛酸蓄電池, 隨著人們對(duì)環(huán)保要求的深入, 含鉛的重金屬產(chǎn)品將會(huì)隨著世界禁鉛運(yùn)動(dòng)的深入而逐漸被淘汰。 盡管 蓄電池有許多優(yōu)點(diǎn), 但終歸要退出歷史舞臺(tái)。第二代動(dòng)力電池堿性電池, 如鎳鎘( ) 電池、鎳氫( ) 電池。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 電動(dòng)汽車及動(dòng)力電池的發(fā)展歷史鎳鎘電池由于鎘的污染性, 歐盟各國(guó)已禁止用于動(dòng)力電池, 而鎳鋅電池的價(jià)格明顯高于鉛酸蓄電池, 目前是 的主要?jiǎng)恿﹄姵亍?日本松下能源公司已為 提供 萬(wàn)只以上的鎳鋅電池, 應(yīng)用于電動(dòng)自行車, 但是由于價(jià)格問(wèn)題, 這種電池在市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。鎳氫電池是目前人們普遍看好的第二代蓄電池之一, 是

20、一種取代鎳鎘電池的產(chǎn)品, 當(dāng)然也是取代鉛酸蓄電池的產(chǎn)品。 鎳氫電池的生產(chǎn)過(guò)程中, 存在著燒結(jié)體技術(shù)和發(fā)泡體技術(shù)兩種技術(shù)。 一般的生產(chǎn)廠家都經(jīng)歷了一個(gè)從發(fā)泡體技術(shù)向燒結(jié)體技術(shù)發(fā)展的過(guò)程。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 電動(dòng)汽車及動(dòng)力電池的發(fā)展歷史采用燒結(jié)體技術(shù)對(duì)鎳氫電池正極進(jìn)行處理, 蓄電池的內(nèi)阻會(huì)大幅度減少, 具有放電電壓穩(wěn)定和能進(jìn)行大電流放電的特性。 燒結(jié)體鎳氫電池還具有蓄電池不易老化, 不需要預(yù)充電,以及低溫放電特性比較好等優(yōu)點(diǎn)。 經(jīng)燒結(jié)處理的正極, 其鎳化合物粒子會(huì)轉(zhuǎn)換成活性的鎳化合物, 能確保蓄電池有平衡的輸出電壓, 且具有長(zhǎng)時(shí)間的性能穩(wěn)定性、長(zhǎng)壽命和蓄電池不老化。 以發(fā)泡鎳技術(shù)生產(chǎn)的蓄電池在放置

21、一段時(shí)間后, 要有 左右的電荷量流失, 將這樣的蓄電池裝車后會(huì)發(fā)現(xiàn)與裝新蓄電池的差距很大, 也說(shuō)明其老化現(xiàn)象十分明顯。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 電動(dòng)汽車及動(dòng)力電池的發(fā)展歷史為避免發(fā)泡鎳蓄電池的老化所造成的內(nèi)阻增高, 發(fā)泡鎳蓄電池在出廠時(shí)必須進(jìn)行預(yù)充電, 且使用此種蓄電池的放電電壓不能低于. (單元體蓄電池), 給用戶的使用帶來(lái)了極大的不便。 除此之外, 發(fā)泡鎳蓄電池的工作電壓極不穩(wěn)定, 不能進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間存放和流通, 這也給銷售和用戶造成了很大負(fù)擔(dān)。第三代動(dòng)力電池鋰電池。 年以后, 日本開(kāi)發(fā)成功的鎳氫電池得到了人們的高度重視, 應(yīng)用量急速增加。 但自 年日本新力蓄電池公司推出鋰離子電池后, 人們又開(kāi)始認(rèn)

22、同鋰電池, 一些鎳氫電池企業(yè)紛紛轉(zhuǎn)產(chǎn)生產(chǎn)鋰電池。圖 所示為鋰電池的一種鋰離子電池。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 電動(dòng)汽車及動(dòng)力電池的發(fā)展歷史一時(shí)間人們所熱崇的鎳氫電池似有被冷落的意思。 鋰電池可分為鋰離子電池和鋰分子(高聚合物) 電池兩種。 鋰電池具有體積小、質(zhì)量能和質(zhì)量功率高、電壓高、安全性(固態(tài)) 高、無(wú)污染、環(huán)保性好等優(yōu)點(diǎn)。 鋰電池的能量密度(體積能和質(zhì)量能) 是鎳鎘電池的. . 倍, 也就是說(shuō), 在同樣大小能量的情況下, 鋰電池的體積和質(zhì)量可減小 / 左右。 單元蓄電池的平均電壓為. , 相當(dāng)于 個(gè)鎳鎘或鎳氫電池串接起來(lái)的電壓值。 能減少蓄電池組合體的數(shù)量, 從而因單元蓄電池電壓差所造成的蓄電池

23、故障的概率可減少許多, 也就是說(shuō)大大延長(zhǎng)了蓄電池組合體的壽命。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 電動(dòng)汽車及動(dòng)力電池的發(fā)展歷史相對(duì)于鎳鎘電池和鎳氫電池, 鋰電池充電時(shí)不用先進(jìn)行放電(因鋰電池?zé)o記憶性), 給使用者帶來(lái)了極大的便利, 同時(shí)也節(jié)省了電能。 鋰電池的自放電率僅為 , 具備自放電低的優(yōu)點(diǎn), 在非使用狀態(tài)下儲(chǔ)存, 內(nèi)部幾乎不發(fā)生化學(xué)反應(yīng), 相當(dāng)穩(wěn)定。 由于鋰電池不含有鎘、汞和鉛等重金屬, 因此它是一種綠色的環(huán)保蓄電池, 在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)將是較具競(jìng)爭(zhēng)力的動(dòng)力電池。總之, 鋰電池日益完善, 在電動(dòng)車上大有取代鉛酸蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫電池之勢(shì), 它將隨著電動(dòng)車的普及發(fā)展而成長(zhǎng)壯大, 并將與燃料電池一并成為

24、世紀(jì)電動(dòng)車的主要蓄電池。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 電動(dòng)汽車及動(dòng)力電池的發(fā)展歷史第四代動(dòng)力電池燃料電池。 燃料電池是人們努力開(kāi)發(fā)的一種蓄電池, 目前各公司都致力于開(kāi)發(fā)甲醇改質(zhì)氫燃料電池、汽油改質(zhì)氫和純氫燃料電池, 并將其裝車進(jìn)行試驗(yàn)。燃料電池的典型代表有質(zhì)子交換膜燃料電池(, 見(jiàn)圖 )、直接甲醛燃料電池() 和鋅空氣蓄電池(亦稱鋅氧蓄電池), 其特點(diǎn)是無(wú)污染, 放電產(chǎn)物為 , 是真正的電化學(xué)發(fā)電裝置。 目前以此類燃料生產(chǎn)的燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率還比較低, 但其工作原理有了很大發(fā)展, 已從燃料電池只能由氫和氧結(jié)合生成電和水, 發(fā)展到了利用甲烷等氣體與氧化合生成電和水。 此類燃料電池經(jīng)改進(jìn)后, 還可直接使

25、用汽油和柴油。 因此, 此類燃料電池的發(fā)展極具實(shí)際使用意義。 上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 電動(dòng)汽車及動(dòng)力電池的發(fā)展歷史這種工作原理的燃料電池開(kāi)發(fā)成功, 并經(jīng)不斷完善后, 極有可能成為燃料電池的主流, 進(jìn)而取代生產(chǎn)成本和使用成本都很高的氫燃料電池。燃料電池是車載動(dòng)力最經(jīng)濟(jì)、最環(huán)保的解決方案, 但是實(shí)現(xiàn)商業(yè)化還有許多問(wèn)題需要解決, 如價(jià)格昂貴, 采用貴金屬鉑、銠作為催化劑, 氫的存儲(chǔ)、運(yùn)輸以及電池壽命問(wèn)題。 為了解決以燃油為動(dòng)力的汽車排放對(duì)環(huán)境的污染, 以電池為動(dòng)力的純電動(dòng)汽車和油電混合電動(dòng)汽車成為世界各國(guó)研發(fā)的熱點(diǎn), 其中動(dòng)力電池的研發(fā)更是其成敗的關(guān)鍵。上一頁(yè)返回. 電動(dòng)汽車動(dòng)力電池技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

26、.目前常用的電池類型及應(yīng)用車型目前市場(chǎng)上電池的種類有很多, 現(xiàn)在運(yùn)用較成熟的有鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鋰離子電池、燃料電池、太陽(yáng)能電池等。. 鉛酸蓄電池蓄電池是一種電化學(xué)儲(chǔ)能體系, 其能量?jī)?chǔ)存和釋放是通過(guò)兩個(gè)電極的電化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的, 伴隨著化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)換。 鉛酸蓄電池是由法國(guó)物理學(xué)家 于 年發(fā)明的, 是第一種商業(yè)化應(yīng)用的可充電電池。 現(xiàn)在, 鉛酸蓄電池被廣泛用于汽車、機(jī)車、通信后備電源和不間斷電源() 系統(tǒng)等。下一頁(yè)返回. 電動(dòng)汽車動(dòng)力電池技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)鉛酸蓄電池的應(yīng)用歷史最長(zhǎng), 最成熟, 成本也最低, 已實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn), 但是比能量低,所占體積和質(zhì)量大, 且一次充電行駛里程較短,

27、自放電率高, 不能滿足現(xiàn)代電動(dòng)汽車的發(fā)展需要。 鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)如圖 所示。鉛酸蓄電池的缺點(diǎn)總結(jié)如下:() 比能量低, 在電動(dòng)汽車中所占的質(zhì)量和體積較大, 一次充電行駛里程短。() 使用壽命短, 使用成本高。() 充電時(shí)間長(zhǎng)。() 鉛是重金屬, 存在污染。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 電動(dòng)汽車動(dòng)力電池技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)目前常用的鉛酸蓄電池及其特點(diǎn)如表 所示。鉛酸蓄電池由于價(jià)格低廉, 目前主要應(yīng)用在速度不高、線路固定、充電站設(shè)立容易規(guī)劃的電動(dòng)汽車上。 雷丁 是目前微型電動(dòng)汽車市場(chǎng)上唯一一款自主研發(fā)采用三廂結(jié)構(gòu)的車型, 如圖 所示, 前期推出兩個(gè)不同配置的鉛酸 配套電池。. 鎳氫電池鎳氫電池是 世紀(jì) 年代

28、發(fā)展起來(lái)的一種新型綠色電池, 具有高能量、長(zhǎng)壽命、無(wú)污染等特點(diǎn)。 鎳氫電池的優(yōu)點(diǎn)有很多, 如比功率高、循環(huán)功率次數(shù)多、無(wú)污染、耐過(guò)充過(guò)放、無(wú)記憶效應(yīng)、使用溫度范圍寬、安全可靠等。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 電動(dòng)汽車動(dòng)力電池技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)同時(shí)也伴隨著相應(yīng)的缺點(diǎn),如自放電率較高, 在滿電常溫下存儲(chǔ)自放電率為 , 高溫性能差, 過(guò)充和過(guò)放時(shí)會(huì)排出氣體等。目前, 國(guó)內(nèi)外鎳氫電池生產(chǎn)廠商及電池特點(diǎn)如表 所示。日本豐田公司的豐田 純電動(dòng)汽車是世界上首款搭載鎳氫電池的量產(chǎn)型電動(dòng)汽車。目前使用鎳氫電池作為動(dòng)力源的純電動(dòng)汽車有通用汽車的 、本田的 、福特汽車的 , 采用鎳氫電池作為動(dòng)力源的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車有福特汽

29、車的 、雪佛蘭的 、本田的 等。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 電動(dòng)汽車動(dòng)力電池技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì). 鋰離子電池與其他蓄電池比較, 鋰離子電池具有高電壓、高比能量、充電壽命長(zhǎng)、無(wú)記憶效應(yīng)、無(wú)污染、快速充電、自放電率低、工作溫度范圍寬和安全可靠等優(yōu)點(diǎn), 已成為未來(lái)電動(dòng)汽車較為理想的動(dòng)力電源。 但是目前鋰離子電池成本較高, 使用時(shí)必須有特殊的保護(hù)電路, 以防止過(guò)充。鋰離子電池是目前國(guó)內(nèi)外主流的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車及純電動(dòng)汽車的儲(chǔ)能設(shè)備。 目前主流的采用鋰動(dòng)力電池的情況如表 所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 電動(dòng)汽車動(dòng)力電池技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)在以上的產(chǎn)品中, 插電式電動(dòng)汽車豐田 最值得關(guān)注, 這是豐田的第一款插電式混合

30、動(dòng)力量產(chǎn)車, 是基于第三代 車身來(lái)構(gòu)建的。 它擁有三種可以隨意切換的駕駛模式、 和 , 其中 類似于普通的, 由于發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)共同驅(qū)動(dòng)車輛行駛, 必要的時(shí)候發(fā)動(dòng)機(jī)可以熄火以更好地降低功耗; 第二種模式為純電動(dòng)零排放模式, 電池組充滿電之后可以行駛大約 , 而最高車速可以達(dá)到 / ; 第三種模式則是吸收了前兩種模式的優(yōu)點(diǎn), 在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)之前盡量使用電池組中的電力供應(yīng)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)車輛, 二擋車輛減速以及剎車的時(shí)候可以為電池組充電。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 電動(dòng)汽車動(dòng)力電池技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì). 燃料電池目前在電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池領(lǐng)域, 燃料電池以能量密度高, 接近汽油和柴油的能量密度, 幾乎零污染,

31、代表了電動(dòng)汽車未來(lái)的發(fā)展方向, 也是各國(guó)重點(diǎn)研發(fā)的領(lǐng)域之一。燃料電池具有以下特點(diǎn):優(yōu)點(diǎn):() 節(jié)能、轉(zhuǎn)換效率高。() 配方基本達(dá)到零污染。() 無(wú)振動(dòng)和噪聲, 壽命長(zhǎng)。() 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 運(yùn)行平穩(wěn)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 電動(dòng)汽車動(dòng)力電池技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)缺點(diǎn):() 采用金屬鉑作為催化劑, 燃料種類單一。() 存儲(chǔ)和運(yùn)輸成本高。() 加氫站等配套設(shè)施不完善。目前, 采用燃料電池的典型代表是現(xiàn)代汽車公司生產(chǎn)的現(xiàn)代 電動(dòng)汽車, 它采用氫燃料電池。 現(xiàn)代汽車生產(chǎn)的 燃料電池車 年的注冊(cè)量為 輛, 主要針對(duì)公共領(lǐng)域或集團(tuán)客戶。 現(xiàn)代 和所有氫動(dòng)力汽車一樣, 水蒸氣是其唯一排放的“尾氣”, 該車最高功率為

32、, 最高速度可達(dá) / , 百公里加速僅用. 。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 電動(dòng)汽車動(dòng)力電池技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)其驅(qū)動(dòng)過(guò)程為: 將電量?jī)?chǔ)存在 的鋰電池組, 然后用電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛, 續(xù)航里程可達(dá) 。 與傳統(tǒng)意義上的電動(dòng)汽車不同的是, 氫燃料電池車(見(jiàn)圖 ) 加氫只需要幾分鐘的時(shí)間, 而且加氫站的建設(shè)要比電動(dòng)汽車充電站更為環(huán)保、便宜。. 太陽(yáng)能電池太陽(yáng)能是一種儲(chǔ)量極其豐富的清潔能源, 是解決世界范圍內(nèi)能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題的一條重要途徑, 目前太陽(yáng)能電池電動(dòng)車也是世界各國(guó)都在重點(diǎn)研究和關(guān)注的。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 電動(dòng)汽車動(dòng)力電池技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)典型的太陽(yáng)能電池車有福特公司生產(chǎn)的 太陽(yáng)能電池車, 它包含 公司.

33、 的 太陽(yáng)能電池組, 容量為 。同時(shí)它還擁有太陽(yáng)能集中裝置和太陽(yáng)跟蹤技術(shù), 二者共同為高效的 太陽(yáng)能電池組服務(wù)。 原理近似于放大鏡, 整個(gè)系統(tǒng)由東向西追蹤太陽(yáng)軌跡, 從而獲取盡可能多的太陽(yáng)能, 晴好天氣所獲得的能量幾乎等同于 的插電式充電( ), 可以令該車在混合動(dòng)力情況下行駛 英里(約合 公里), 而純電驅(qū)動(dòng)則為 英里(約合 公里)。 通過(guò)利用可再生能源, 每年可降低 的溫室氣體排放量。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 電動(dòng)汽車動(dòng)力電池技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì).目前動(dòng)力電池存在的問(wèn)題() 電池的安全性有待進(jìn)一步提高。() 在電池容量上, 目前車用電池的容量有限, 一直未能實(shí)現(xiàn)突破。() 續(xù)航里程短。() 電池

34、循環(huán)壽命短。 () 電池質(zhì)量和尺寸制約。 () 電池價(jià)格昂貴。 () 對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重。 上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 電動(dòng)汽車動(dòng)力電池技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì).我國(guó)動(dòng)力電池的發(fā)展現(xiàn)狀第一, 從技術(shù)層面看, 我國(guó)已經(jīng)基本掌握車用動(dòng)力電池的關(guān)鍵技術(shù)。 第二, 從產(chǎn)品層面來(lái)看, 磷酸鐵鋰電池已經(jīng)趨于成熟。第三, 我國(guó)建立了比較完善的產(chǎn)業(yè)體系, 關(guān)鍵材料、單體電池、電池系統(tǒng)和電池裝備、檢測(cè)儀器等都有一定的生產(chǎn)能力。上一頁(yè)返回圖 純電動(dòng)汽車的系統(tǒng)框圖返回圖 電力驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的組成與工作原理返回圖 北汽 純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池返回圖 動(dòng)力電池安裝位置返回圖 早期的電動(dòng)汽車返回圖 寶馬 電動(dòng)汽車返回圖 通用 電動(dòng)汽車返回圖

35、豐田 電動(dòng)汽車返回圖特斯拉 電動(dòng)汽車返回圖 尼桑 電動(dòng)汽車返回圖 閥控式鉛酸蓄電池返回圖 鋰離子電池返回圖 典型的質(zhì)子交換膜燃料電池返回圖 鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)返回表 目前常用鉛酸蓄電池及其特點(diǎn)返回圖 雷丁 電動(dòng)汽車返回表 目前國(guó)內(nèi)外鎳氫電池生產(chǎn)廠商及電池特點(diǎn)返回表 目前主流鋰動(dòng)力電池的使用情況返回圖 現(xiàn)代 氫燃料電池車返回第 章 純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的基本概念. 動(dòng)力電池的概念及分類. 動(dòng)力電池的原理與結(jié)構(gòu). 動(dòng)力電池的參數(shù)及性能指標(biāo). 電動(dòng)汽車對(duì)動(dòng)力電池的要求返回. 動(dòng)力電池的概念及分類.動(dòng)力電池的概念對(duì)于動(dòng)力電池, 目前尚無(wú)統(tǒng)一的定義。 動(dòng)力電池的名稱來(lái)源于動(dòng)力機(jī)械應(yīng)用領(lǐng)域(如潛艇等), 并一直

36、沿襲下來(lái), 但全球電動(dòng)汽車行業(yè)基本約定: 為電動(dòng)汽車提供驅(qū)動(dòng)動(dòng)力的電池統(tǒng)稱為動(dòng)力電池, 包括傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池、鎳氫電池以及新興的鋰離子電池等。 手機(jī)、筆記本電腦等消費(fèi)類電子產(chǎn)品使用的鋰電池一般統(tǒng)稱為鋰電池, 以區(qū)別于電動(dòng)汽車用鋰電池動(dòng)力鋰電池。 動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車發(fā)展最關(guān)鍵的技術(shù)。在/ 2004 中, 動(dòng)力電池( ) 的定義為: 為電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)提供能量的蓄電池。下一頁(yè)返回. 動(dòng)力電池的概念及分類.動(dòng)力電池的分類. 按照電池的工作性質(zhì)及使用特征分類按電池的工作性質(zhì)及使用特征分類, 動(dòng)力電池一般可分為一次電池、二次電池、儲(chǔ)備電池和燃料電池四類。() 一次電池。 一次電池又稱“原電池” 或者“干

37、電池”, 即放電后不能用充電的方法使它復(fù)原的電池。 換言之, 這種電池只能使用一次, 放電后電池只能廢棄。 這類電池不能再充電的原因, 或是電池反應(yīng)本身不可逆, 或是條件限制使可逆反應(yīng)很難進(jìn)行, 如鋅錳干電池、鋅汞電池、銀鋅電池等。() 二次電池。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 動(dòng)力電池的概念及分類二次電池又稱“蓄電池”, 即放電后又可以用充電的方法使活性物復(fù)原而能再次放電, 且可反復(fù)循環(huán)使用的一類電池。 這類電池實(shí)際上是一個(gè)化學(xué)能量?jī)?chǔ)存裝置,用直流電將電池充足, 這時(shí)電能以化學(xué)能的形式儲(chǔ)存在電池中, 放電時(shí), 化學(xué)能再轉(zhuǎn)換為電能, 如鉛酸蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫電池和鋰離子電池等。 迄今已經(jīng)實(shí)用化的車用動(dòng)

38、力電池有傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫電池和鋰離子電池。() 儲(chǔ)備電池。 儲(chǔ)備電池又稱“激活電池”, 是正、負(fù)極活性物質(zhì)和電解液不直接接觸, 使用前臨時(shí)注入電解液或用其他方法使電池激活的一類電池。 上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 動(dòng)力電池的概念及分類這類電池的正、負(fù)極活性物質(zhì)化學(xué)變質(zhì)或者自放電, 因與電解液的隔離而基本上被排除, 從而使電池能長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存,如鎂銀電池、鈣熱電池和鉛高氯酸電池等。() 燃料電池。 燃料電池又稱“連續(xù)電池”, 即只要活性物連續(xù)注入電池, 就能長(zhǎng)期不斷地連續(xù)放電的一類電池。 它的特點(diǎn)是電池自身只是一個(gè)載體, 可以把燃料電池看成一種需要電能時(shí)將反應(yīng)物從外部送入的一種電池, 如氫燃料

39、電池、肼空燃料電池等。必須指出的是, 上述分類方法并不意味著某一種電池體系只能分屬一次電池、二次電池、儲(chǔ)備電池或燃料電池, 恰恰相反, 某一種電池體系可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)成不同類型的電池。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 動(dòng)力電池的概念及分類. 按照電池的反應(yīng)原理分類按電池的反應(yīng)原理, 可以將電池分為化學(xué)電池、物理電池和生物電池三大類。() 化學(xué)電池。 化學(xué)電池利用物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)發(fā)電, 其按照工作性質(zhì), 可分為原電池、蓄電池、燃料電池和儲(chǔ)備電池; 按照電解質(zhì)不同, 可分為酸性電池、堿性電池、中性電池、有機(jī)電解質(zhì)電池、非水無(wú)機(jī)電解質(zhì)電池和固體電解質(zhì)電池等; 按照電池的特性, 可分為高容量電池、密封電池、高功率電池

40、、免維護(hù)電池和防爆電池等。() 物理電池。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 動(dòng)力電池的概念及分類物理電池是利用光、熱、物理吸附等物理能量發(fā)電的電池, 如太陽(yáng)能電池、超級(jí)電容和飛輪電池等。在物理電池領(lǐng)域中, 超級(jí)電容器也應(yīng)用于純電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車中。() 生物電池。 生物電池是利用生物化學(xué)反應(yīng)發(fā)電的電池, 如微生物電池、酶電池和生物太陽(yáng)電池等。 生物燃料電池在車用動(dòng)力中應(yīng)用前景也十分廣闊, 以氫為燃料的燃料電池和氫化物燃料電池的研發(fā)已進(jìn)入重要發(fā)展階段。上一頁(yè)返回. 動(dòng)力電池的原理與結(jié)構(gòu)動(dòng)力電池是由許多單體電池組合而成的, 這些單體電池存儲(chǔ)了可轉(zhuǎn)換為電能的化學(xué)能。 一個(gè)或多個(gè)這樣的電化學(xué)單體電池串聯(lián)起來(lái)

41、就形成了一塊電池, 把成組的單體電池封裝到一個(gè)箱體中就構(gòu)成了一個(gè)電池模塊。 電池組就是將多個(gè)獨(dú)立的電池模塊并聯(lián)或者串聯(lián)到一起, 從而為功率電子驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供所需的總電壓和能量。 動(dòng)力電池組如圖 所示。電池的基本單元是單體電池, 它的基礎(chǔ)理論包括電解質(zhì)的使用、化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生以及電池的電動(dòng)勢(shì)。 下面以常見(jiàn)的化學(xué)電池( ) 為例來(lái)介紹電池的結(jié)構(gòu)和原理, 使讀者對(duì)電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及發(fā)生的化學(xué)變化有一定的了解。下一頁(yè)返回. 動(dòng)力電池的原理與結(jié)構(gòu).動(dòng)力電池的組成存儲(chǔ)在電池中的能量在電池的化學(xué)部件進(jìn)行充放電時(shí)所含有的自有能量是不同的, 只有當(dāng)單體電池的基本化學(xué)部件工作時(shí), 化學(xué)能才能轉(zhuǎn)化為電能。 這些基本部件就

42、是電池的基本組成部分,包括正極活性材料、負(fù)極活性材料、電解質(zhì)、隔膜、外殼及導(dǎo)電柵、匯流柱、極柱以及安全閥,具體結(jié)構(gòu)如圖 所示。動(dòng)力電池工作時(shí), 在兩電極上會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng), 一端釋放電子而另一端獲得電子。 兩個(gè)電極必須選用導(dǎo)電材料并且中間用隔膜分開(kāi)放置在電池容器中。 電極與外部的連接點(diǎn)通常叫作電極柱( )。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 動(dòng)力電池的原理與結(jié)構(gòu)外部電路保證了電池的化學(xué)能只有在需要使用時(shí)才會(huì)釋放。下面對(duì)動(dòng)力電池中各部件的功能進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。() 正極: 正極的成分是某種氧化物或硫化物以及一些其他混合物, 它在電池放電時(shí)發(fā)生還原反應(yīng)并獲得來(lái)自外電路的電子。 典型的正極材料有二氧化鉛( ) 和氫氧化鎳

43、。正極材料都是以固態(tài)形式存在的。() 負(fù)極: 負(fù)極的成分是某種金屬或合金, 它在電池放電時(shí)發(fā)生氧化反應(yīng)并向外電路釋放出電子。 典型的負(fù)極材料有鉛和鎘。 負(fù)極材料也是以固態(tài)形式放置在電池中的。() 電解質(zhì): 電解質(zhì)是使電池正負(fù)極之間具有離子導(dǎo)電性的介質(zhì)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 動(dòng)力電池的原理與結(jié)構(gòu)電解質(zhì)在電極發(fā)生反應(yīng)時(shí)應(yīng)具有較高的離子導(dǎo)電性, 同時(shí)還必須對(duì)電子絕緣, 以免在電池內(nèi)部發(fā)生自放電。 電解質(zhì)的材料一般是液體、膠體或者固體, 它可以是酸性的也可以是堿性的, 取決于電池的類型。 傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池、鎳鎘電池使用的是液體電解質(zhì)。 以鉛酸蓄電池為例, 它的電解質(zhì)是硫酸溶液( (水)。 電動(dòng)汽車用的先

44、進(jìn)動(dòng)力電池如密封式鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鋰離子電池, 其電解質(zhì)一般是膠體、糊劑或者樹(shù)脂。 而鋰聚合物動(dòng)力電池使用的是固態(tài)電解質(zhì)。() 隔膜: 隔膜是一層具有電絕緣特性的物質(zhì), 它可以把正、負(fù)極分隔開(kāi)來(lái)。 上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 動(dòng)力電池的原理與結(jié)構(gòu)隔膜應(yīng)具有使電解質(zhì)中離子通過(guò)的能力, 還應(yīng)具有存儲(chǔ)和固定電解質(zhì)的功能。 目前所用的隔膜是由高分子聚合物制成的。.動(dòng)力電池的工作原理在電池工作時(shí), 發(fā)生在兩電極上的化學(xué)反應(yīng)只有當(dāng)所產(chǎn)生的電子能夠從連接兩電極的外電路中通過(guò)時(shí)才可以持續(xù)進(jìn)行。 動(dòng)力電池中, 兩電極表面所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生源源不斷的電子, 這個(gè)過(guò)程一般稱為氧化還原反應(yīng), 動(dòng)力電池正是利用正負(fù)極之

45、間的氧化還原反應(yīng)來(lái)完成充放電的。 具體過(guò)程如下: 當(dāng)無(wú)源電路元件連接到電池極柱上時(shí), 電池負(fù)極釋放電子, 正極獲得電子, 從而使外電路中產(chǎn)生電流。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 動(dòng)力電池的原理與結(jié)構(gòu)在這個(gè)過(guò)程中, 電池放電。 當(dāng)電池放電時(shí), 正極從外部電路獲得電子, 發(fā)生還原反應(yīng); 負(fù)極向外電路釋放電子, 發(fā)生氧化反應(yīng)。 若給動(dòng)力電池提供高于電池端電壓的電源, 使電流能夠反向流入電池中, 就完成了給電池充電的過(guò)程。 當(dāng)電池充電時(shí), 正極向外電路釋放電子, 發(fā)生氧化反應(yīng); 負(fù)極從外電路獲得電子, 發(fā)生還原反應(yīng)。 這就是動(dòng)力電池的工作原理。無(wú)論哪種類型的化學(xué)電池, 電池充放電時(shí)都會(huì)在兩電極之間發(fā)生氧化還原反應(yīng)

46、, 同時(shí)伴隨著電子的釋放與獲得。 我們可以通過(guò)下面的反應(yīng)式來(lái)理解這種氧化還原反應(yīng)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 動(dòng)力電池的原理與結(jié)構(gòu)電池正極的反應(yīng)如式( ) 所示, 當(dāng)電池充電時(shí), 電池正極的物質(zhì) 發(fā)生氧化反應(yīng),生成物質(zhì) 并同時(shí)對(duì)外電路釋放電子, 對(duì)電解質(zhì)釋放出陽(yáng)離子。 放電時(shí)則正好相反, 正極上的材料吸收電子并與離子結(jié)合, 最終生成物質(zhì)。電池負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)如式( ) 所示, 當(dāng)電池充電時(shí), 電池負(fù)極的物質(zhì) 與電介質(zhì)中的陽(yáng)離子連同外電路的電子共同作用產(chǎn)生不帶電的物質(zhì)。 電池放電時(shí)反應(yīng)正好相反。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 動(dòng)力電池的原理與結(jié)構(gòu)在電動(dòng)汽車中, 動(dòng)力電池的工作模式是, 當(dāng)能量從電池供應(yīng)到電機(jī)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力

47、時(shí), 電池放電; 當(dāng)能量從外部電源存儲(chǔ)到電池中時(shí), 電池充電。 下面我們以常見(jiàn)的化學(xué)蓄電池鉛酸蓄電池為例, 具體分析電池在充放電時(shí)所發(fā)生的氧化還原反應(yīng)。 無(wú)論在傳統(tǒng)汽車、純電動(dòng)汽車還是混合動(dòng)力電動(dòng)汽車中, 鉛酸蓄電池仍然是汽車低壓電氣附件電源的最佳選擇。鉛酸蓄電池的正極材料是二氧化鉛(), 負(fù)極材料是海綿狀純鉛, 電解質(zhì)材料為純硫酸() 與蒸餾水按一定比例配制而成的溶液。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 動(dòng)力電池的原理與結(jié)構(gòu)圖 所示為鉛酸蓄電池放電時(shí)的工作情況, 當(dāng)外電路連接無(wú)源電子器件時(shí), 正極的二氧化鉛() 獲得由負(fù)極經(jīng)外電路而來(lái)的電子和離子后被還原變成硫酸鉛。 當(dāng)電池作為電源使用時(shí), 電路方向是由正極

48、流向負(fù)載然后進(jìn)入電池負(fù)極。放電時(shí)正極的反應(yīng)式為(固) (水溶液) (水溶液) (固) (液)此時(shí)負(fù)極材料為固態(tài)鉛, 放電時(shí), 鉛被氧化并向外電路釋放出電子, 其反應(yīng)式為上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 動(dòng)力電池的原理與結(jié)構(gòu)(固) (水溶液) (固) 電池的充電過(guò)程與放電過(guò)程正好相反, 電池的兩端加入外部電源, 電流流入電池并使化學(xué)反應(yīng)反向進(jìn)行, 這時(shí)硫酸鉛被重新轉(zhuǎn)化成鉛和二氧化鉛。 正極釋放電子, 負(fù)極從外部電源獲得電子, 電流從外電源流入正極, 從而將電能輸送到電池中并以化學(xué)能的形式存儲(chǔ)起來(lái)。整個(gè)充電過(guò)程時(shí), 正極發(fā)生的反應(yīng)可以用以下公式表示:(固) (液) (固) (水溶液) (水溶液) 上一頁(yè)下一頁(yè)返

49、回. 動(dòng)力電池的原理與結(jié)構(gòu)負(fù)極在電池充電時(shí)獲得電子的總化學(xué)反應(yīng)式為(固) (固) (水溶液)綜合以上, 鉛酸蓄電池在充放電時(shí)總的化學(xué)反應(yīng)式為上一頁(yè)返回. 動(dòng)力電池的參數(shù)及性能指標(biāo). 電壓電池的電壓分為電動(dòng)勢(shì)、端電壓、終止電壓、開(kāi)路電壓、工作電壓、額定電壓、充電電壓等, 下面我們來(lái)一一介紹。() 電動(dòng)勢(shì)。 電池的電動(dòng)勢(shì), 又稱電池標(biāo)準(zhǔn)電壓或理論電壓, 為電池?cái)嗦窌r(shí)正負(fù)兩極間的電位差。 電池的電動(dòng)勢(shì)可以從電池體系熱力學(xué)函數(shù)自由能的變化計(jì)算而得。() 端電壓和終止電壓。 電池的端電壓( ) 是指電池接通負(fù)載后兩電極之間的有效電壓, 用 表示。 當(dāng)電池充滿電時(shí), 端電壓達(dá)到最大值, 記為, 然后隨著放

50、電過(guò)程的進(jìn)行, 電池的端電壓不斷下降。 下一頁(yè)返回. 動(dòng)力電池的參數(shù)及性能指標(biāo)電池必須停止放電的電壓值稱為終止電壓(), 記為。 這樣電池的端電壓與放電狀態(tài)( , ) 之間的關(guān)系如圖 所示。() 開(kāi)路電壓。 電池的開(kāi)路電壓是在開(kāi)路狀態(tài)下(即無(wú)負(fù)荷情況下), 電池兩電極之間的內(nèi)電壓。開(kāi)路電壓不等于電池的電動(dòng)勢(shì)。 必須指出, 電池的電動(dòng)勢(shì)是從熱力學(xué)函數(shù)計(jì)算而得到的, 而開(kāi)路電壓則是實(shí)際測(cè)量出來(lái)的。 電池的開(kāi)路電壓取決于電池的荷電狀態(tài)、溫度、以往充放電歷史(記憶效應(yīng)) 以及其他因素。() 工作電壓。 工作電壓是指電池在某負(fù)載下實(shí)際的放電電壓, 通常是指一個(gè)電壓范圍。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 動(dòng)力電池的參數(shù)

51、及性能指標(biāo)() 額定電壓。 額定電壓(或公稱電壓), 是指該電化學(xué)體系的電池工作時(shí)公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)電壓。() 充電電壓。 充電電壓是指外電路直流電壓對(duì)電池充電的電壓。 一般充電電壓要大于電池的開(kāi)路電壓, 且通常在一定的范圍內(nèi)。() 電壓效率。 所謂電壓效率, 是指電池的實(shí)際輸出電壓與電動(dòng)勢(shì)的比值。 由于電動(dòng)勢(shì)只是從熱力學(xué)角度考慮而獲得的一個(gè)理論電壓值, 而電池的實(shí)際輸出電壓涉及反應(yīng)體系的動(dòng)力學(xué)性質(zhì), 因此后者低于前者, 二者的比值小于。 電壓降低的多少由電極反應(yīng)的電化學(xué)極化、濃差極化及體系的歐姆極化所決定。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 動(dòng)力電池的參數(shù)及性能指標(biāo)其中, 歐姆極化包含電池各部件之間的接觸電阻、固相

52、電阻以及電解質(zhì)溶液的液相電阻等引起的極化。 因此, 要獲得較高的電壓效率, 必須選擇具有高電化學(xué)活性的物質(zhì)作為電極活性材料, 并發(fā)展與之適配的具有高電導(dǎo)率特征的電解質(zhì)體系, 同時(shí), 盡量減小體系的固相電阻及接觸電阻。 所謂反應(yīng)效率, 是指實(shí)際電池反應(yīng)能進(jìn)行的最大限度, 也就是活性物質(zhì)的利用率。 導(dǎo)致電極活性物質(zhì)利用率降低的原因主要有各種副反應(yīng)的發(fā)生(如水溶液電池中的置換析氫反應(yīng))、電極表面鈍化以及電極結(jié)構(gòu)粉化等。 因此, 要提高電極材料的反應(yīng)效率, 必須避免和抑制上述現(xiàn)象發(fā)生。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 動(dòng)力電池的參數(shù)及性能指標(biāo). 內(nèi)阻電池的內(nèi)阻是指電流流過(guò)電池內(nèi)部時(shí)所受到的阻力。 充電電池的內(nèi)阻很小

53、, 需要用專門(mén)的儀器才能測(cè)量到比較準(zhǔn)確的結(jié)果。 一般所說(shuō)的內(nèi)阻是指充電態(tài)內(nèi)阻及電池充滿電時(shí)的內(nèi)阻。 電池的內(nèi)阻越大, 電池自身消耗的能量越多, 電池的使用效率就越低。 蓄電池的內(nèi)阻包括正負(fù)極板的電阻、電解液的電阻、隔板的電阻和連接體的電阻等。() 正負(fù)極板電阻。 目前普遍使用的鉛酸蓄電池正、負(fù)極板為涂膏式, 由鉛銻合金或鉛鈣合金板柵架和活性物質(zhì)兩部分構(gòu)成。 因此, 極板電阻也由板柵電阻和活性物質(zhì)電阻組成。 上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 動(dòng)力電池的參數(shù)及性能指標(biāo)板柵在活性物質(zhì)內(nèi)層, 充放電時(shí), 不會(huì)發(fā)生化學(xué)變化, 所以它的電阻是板柵的固有電阻。 活性物質(zhì)的電阻是隨著電池充放電狀態(tài)的不同而變化的。 當(dāng)電池放

54、電時(shí), 極板的活性物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩徙U(), 硫酸鉛含量越大, 其電阻越大。 而電池充電時(shí)將硫酸鉛還原為鉛(), 硫酸鉛含量越小, 其電阻越小。() 電解液電阻。 電解液的電阻視其濃度不同而異, 在規(guī)定的濃度范圍內(nèi), 一旦選定某一濃度, 電解液電阻將隨充放電程度而變。 電池充電時(shí), 在極板活性物質(zhì)還原的同時(shí)電解液濃度增加, 其電阻下降; 電池放電時(shí), 在極板活性物質(zhì)硫酸化的同時(shí)電解液濃度下降, 其電阻增加。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 動(dòng)力電池的參數(shù)及性能指標(biāo)() 隔板電阻。 隔板的電阻視其孔率而異, 新電池的隔板電阻趨于一個(gè)固定值, 但隨電池運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng), 其電阻有所增加。 因?yàn)殡姵卦谶\(yùn)行過(guò)程中有些鉛渣

55、和其他沉積物在隔板上, 使隔板孔率有所下降而增加了電阻。() 連接體電阻。 連接體電阻包括單體電池串聯(lián)時(shí)連接條等金屬的固有電阻、電池極板間的連接電阻, 以及正、負(fù)極板組成極群的連接體的金屬電阻, 若焊接和連接接觸良好,連接體電阻可視為一固定電阻。每只電池所呈現(xiàn)的內(nèi)阻就是上述物體電阻的總和, 電池內(nèi)阻 與電動(dòng)勢(shì)、端電壓及放電電流 的關(guān)系如下:上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 動(dòng)力電池的參數(shù)及性能指標(biāo)電池的內(nèi)阻在放電過(guò)程中會(huì)逐漸增加, 而在充電過(guò)程中則逐漸減小。 所以, 電池在充放電過(guò)程中, 端電壓也會(huì)因其內(nèi)阻的變化而變動(dòng)。 故端電壓在放電時(shí)低于電池的電動(dòng)勢(shì), 充電時(shí)又高于電池的電動(dòng)勢(shì)。. 容量和比容量() 容

56、量。 電池完全放電的過(guò)程中, 電極的通電材料所能釋放出的電荷數(shù)量稱為電池容量( ), 用符號(hào) 表示, 其單位為安時(shí)()。 電池的容量與放電電流的大小有關(guān), 與充電放電截止電壓也有關(guān)系。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 動(dòng)力電池的參數(shù)及性能指標(biāo)表征電池容量特性的專用術(shù)語(yǔ)有三個(gè), 即理論容量、額定容量和實(shí)際容量。 理論容量。 理論容量指根據(jù)參加電化學(xué)反應(yīng)的活性物質(zhì)電化學(xué)當(dāng)量數(shù)計(jì)算得到的電量, 是根據(jù)法拉第定律計(jì)算得到的最高理論值。 額定容量。 額定容量又稱保證容量, 是指在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)電池時(shí), 按照國(guó)家或者相關(guān)部門(mén)頒布的標(biāo)準(zhǔn), 保證電池在指定放電條件下電池應(yīng)該放出的最低限度的電量。 實(shí)際容量。 實(shí)際容量指在一定的

57、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。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 動(dòng)力電池的參數(shù)及性能指標(biāo)它等于放電電流和放電時(shí)間的乘積, 對(duì)于實(shí)用中的化學(xué)電池, 其實(shí)際容量總是低于理論容量而通常比額定容量大 。 電池容量的大小, 與正、負(fù)極上活性物質(zhì)的數(shù)量和活性有關(guān), 也與電池的結(jié)構(gòu)、制造工藝和電池的放電條件(電流、溫度) 有關(guān)。 影響電池容量因素的綜合指標(biāo)是活性物質(zhì)的利用率。 換言之, 活性物質(zhì)利用得越充分, 電池給出的容量也就越高。() 比容量。 為了比較不同系列的電池, 常用比容量的概念。 比容量是指單位質(zhì)量或單位體積的電池所能給出的電量, 相應(yīng)地也稱為質(zhì)量比容量或體積比

58、容量。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 動(dòng)力電池的參數(shù)及性能指標(biāo)電池在工作時(shí)通過(guò)正極和負(fù)極的電量總是相等的。 但是, 在實(shí)際電池的設(shè)計(jì)和制造中,正、負(fù)極的容量一般不相等, 電池的容量受容量較小的電極的限制。 實(shí)際電池中多為正極容量限制整個(gè)電池的容量, 而負(fù)極容量過(guò)剩。. 能量電池的能量是指電池在一定放電條件下, 對(duì)外做功所能輸出的電能, 通常用瓦時(shí)()表示, 它等于電池的放電容量和電池平均工作電壓的乘積。 電池的能量反映了電池做功能力的大小, 也是電池放電過(guò)程中能量轉(zhuǎn)換的量度, 它影響電動(dòng)汽車的行駛距離。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 動(dòng)力電池的參數(shù)及性能指標(biāo)衡量電池能量的標(biāo)準(zhǔn)有兩個(gè), 即理論能量和實(shí)際能量。 電池在放

59、電過(guò)程中始終處于平衡狀態(tài), 其放電電壓保持電動(dòng)勢(shì)的數(shù)值, 而且活性物質(zhì)的利用率為, 即放電容量等于理論容量, 在此條件下電池所輸出的能量為理論能量, 也就是電池在恒溫、恒壓下理論上所能做的最大功。 而實(shí)際能量是電池放電時(shí)實(shí)際輸出的能量, 它在數(shù)值上等于電池實(shí)際容量和電池平均工作電壓的乘積。 由于活性物質(zhì)不可能完全被利用, 而且工作電壓總是小于電池的電動(dòng)勢(shì), 所以電池的實(shí)際能量總是小于理論能量。電池的比能量分為質(zhì)量比能量和體積比能量, 即分別指單位質(zhì)量和單位體積的電池所能輸出的能量。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 動(dòng)力電池的參數(shù)及性能指標(biāo)質(zhì)量比能量的單位為/ ; 體積比能量也稱為能量密度, 單位常用/ 。

60、通常我們用體積比能量, 即能量密度來(lái)比較不同系列電池的性能。電池的比能量是一個(gè)綜合性指標(biāo), 它反映了電池的質(zhì)量水平。 電池的比能量直接影響電動(dòng)汽車的整車質(zhì)量和續(xù)航里程, 是評(píng)價(jià)電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池是否滿足預(yù)定的續(xù)航里程的重要指標(biāo)。. 效率動(dòng)力電池作為能量?jī)?chǔ)存器, 充電時(shí)把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái), 放電時(shí)把電能釋放出來(lái)。 在這個(gè)可逆的電化學(xué)轉(zhuǎn)換過(guò)程中, 有一定的能量損耗。上一頁(yè)下一頁(yè)返回. 動(dòng)力電池的參數(shù)及性能指標(biāo)通常用電池的容量效率和能量效率來(lái)表示電池的效率。 對(duì)于電動(dòng)汽車, 續(xù)駛里程是最重要的指標(biāo)之一, 在電池組電量和輸出阻抗一定的前提下, 根據(jù)能量守恒定律, 電池組輸出的能量轉(zhuǎn)化為兩部分,