整套課件教程：純電動汽車動力電池及管理系統(tǒng)設計

1、純電動汽車動力電池及管理系統(tǒng)設計第1 章 緒論. 純電動汽車的基本知識. 電動汽車及動力電池的發(fā)展歷史. 電動汽車動力電池技術的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢下一頁返回第 章 純電動汽車動力電池的基本概念. 動力電池的概念及分類. 動力電池的原理與結構. 動力電池的參數(shù)及性能指標. 電動汽車對動力電池的要求上一頁下一頁返回第 章 純電動汽車常用動力電池. 鉛酸蓄電池. 堿性電池. 鋰離子電池. 燃料電池. 用作動力源的其他電池上一頁下一頁返回第 章 動力電池設計應用. 動力電池一致性設計. 動力電池的熱管理系統(tǒng)設計. 動力電池的性能測試上一頁下一頁返回第 章 動力電池管理系統(tǒng). 概述. 電池管理系統(tǒng)的基本結構

2、及功能. 數(shù)據采集方法. 電量管理系統(tǒng). 均衡管理系統(tǒng). 熱管理系統(tǒng). 數(shù)據通信系統(tǒng). 電池管理系統(tǒng)的故障診斷與分析上一頁下一頁返回第 章 動力電池系統(tǒng)設計. 電動車輛能耗經濟性評價參數(shù). 電池系統(tǒng)與整車的匹配方法. 電池包結構與設計. 動力電池的梯次利用與回收上一頁下一頁返回第 章 電動汽車充電技術. 概述. 充電機. 充電站上一頁返回第1 章 緒論. 純電動汽車的基本知識. 電動汽車及動力電池的發(fā)展歷史. 電動汽車動力電池技術的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢返回. 純電動汽車的基本知識( , )、氫發(fā)動機汽車、其他新能源(如高效儲能器、二甲醚) 汽車等類別。.純電動汽車的定義純電動汽車是指以車載電源為動力

3、, 用電機驅動車輪行駛, 符合道路交通、安全法規(guī)各項要求的車輛, 一般采用高效率充電蓄電池作為動力源。 純電動汽車不需要內燃機, 因此,純電動汽車的電機相當于傳統(tǒng)汽車的發(fā)動機, 蓄電池相當于原來的油箱, 電能是二次能源,來源可以是風能、水能、熱能、太陽能等多種方式。 在汽車污染較為嚴重的今天, 這些能源的突出特點就是排放零污染, 即。下一頁返回. 純電動汽車的基本知識純電動汽車具有兩個重要特點: 一是搭載可拆卸的電化學和機電能源; 二是牽引力僅由電機提供。 圖 所示為純電動汽車的系統(tǒng)框圖, 連接汽車能量源和車輪的部分稱為動力傳動系統(tǒng), 它是機電能源轉換系統(tǒng), 既有電氣元器件, 又有機械部件。儲

4、能裝置如電池組用來存儲所需能量, 并實現(xiàn)能源傳輸。 可用于發(fā)電以驅動車輛的能源很多, 如化石燃料、太陽能等。 作為整個汽車的動力來源, 動力電池在整個純電動汽車系統(tǒng)中起著非常重要的作用。 本課程我們就重點來介紹純電動汽車的儲能裝置動力電池。上一頁下一頁返回. 純電動汽車的基本知識.純電動汽車的基本結構純電動汽車的結構主要由電力驅動控制系統(tǒng)、汽車底盤、車身以及各種輔助裝置等部分組成。 除了電力驅動控制系統(tǒng), 其他部分的功能及結構組成基本與傳統(tǒng)汽車相同, 不過有些部件根據所選的驅動方式不同, 已被簡化或省去了。 因此, 電力驅動控制系統(tǒng)既決定了整個純電動汽車的結構組成及其性能特征, 也是純電動汽車

5、的核心, 它相當于傳統(tǒng)汽車中的發(fā)動機與其他功能以機電一體化方式相結合, 這也是與傳統(tǒng)內燃機汽車最大的不同點。 電力驅動控制系統(tǒng)的組成與工作原理如圖 所示, 它由電力驅動模塊、車載電源模塊和輔助模塊三大部分組成。 這里我們重點介紹一下車載電源模塊。上一頁下一頁返回. 純電動汽車的基本知識習慣了傳統(tǒng)汽車的發(fā)動機、底盤、車身和電氣四大組成部分的人可能在想, 電動汽車的動力電池安裝在哪里呢? 那我們就先來認識一下電動汽車的動力電池。 如圖 所示, 這是北京汽車公司生產的 純電動汽車的動力電池, 它由多個電池包組成一個整體, 位于傳統(tǒng)汽車的底盤位置。 圖 所示為目前大多數(shù)電動汽車動力電池的安裝位置。上一

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

7、原理組裝的一臺電動三輪車。第二階段, 電動汽車的首個全盛時期。 年, 電動汽車的銷量比其他類型的汽車銷量都要好。 實際上, 根據全美人口調查局的調查, 年, 電動汽車生產量占到美國汽車總產量 的份額, 所出售的電動汽車總價值超過了當年汽油汽車和蒸汽汽車的總和。早期電動汽車基本上是一些由電池驅動的無馬馬車, 如圖 所示。 上一頁下一頁返回. 電動汽車及動力電池的發(fā)展歷史與蒸汽汽車或者汽油汽車不同, 電動汽車不會散發(fā)味道, 沒有噪聲和振動, 且操作非常簡單。 燃油汽車必須人工控制起動, 需要駕駛員在駕車過程中變換擋位等。 蒸汽汽車盡管不需要手動變擋, 但是它們的起動得花些時間, 并且續(xù)駛里程沒有電

8、動汽車長。第三階段, 到 年, 電動汽車風光不再。從 世紀末到 世紀初, 這是電動汽車的黃金時期, 電動汽車生產在 年達到頂峰。 當時, 福特生產的燃油汽車價格要比電動汽車價格便宜很多。第四階段, 世紀六七十年代電動汽車市場復蘇。上一頁下一頁返回. 電動汽車及動力電池的發(fā)展歷史 世紀 年代石油危機爆發(fā), 給世界各國政界一次不小的打擊, 因此世界各國開始考慮替代石油的其他能源, 人們開始重新重視電動汽車的技術開發(fā)。 年, 美國頒布了清潔空氣法案, 再加上 年爆發(fā)的第一次石油危機, 激發(fā)了人們開發(fā)燃油汽車替代品的興趣。 到 年, 美國國會采取措施, 通過了純電動汽車和混合動力電動汽車研究開發(fā)和示范

9、法案, 該法案由美國能源部授權, 用于支持和開發(fā)純電動汽車和混合動力電動汽車。 世紀 年代的電動汽車生產市場上, 兩家公司成為領導者, 其中排名第一的是 , 它生產了超過 輛 電動汽車, 這也是美國銷量最高的電動汽車, 直到 年被特斯拉 超越。上一頁下一頁返回. 電動汽車及動力電池的發(fā)展歷史 最高速度達到 英里 / 時, 續(xù)航里程為 英里。 另一家公司是 公司, 其生產的 電動汽車最高速度達到 英里/ 時,續(xù)航里程為 英里, 價格在 美元。第五階段, 電動汽車并非美國獨有, 而是呈現(xiàn)百花齊放的狀態(tài)。寶馬在 年夏季奧林匹克運動會上展示了其首款電動汽車寶馬 (見圖 ), 這款電動汽車由 個鉛酸蓄電

10、池組驅動, 擁有 馬力電動機, 最高速度能夠達到 英里/ 時。 不過, 這款汽車并沒有進入量產。上一頁下一頁返回. 電動汽車及動力電池的發(fā)展歷史在 世紀 年代, 越來越多的電動汽車出現(xiàn)了, 但是大多銷量一般, 主要受限于時速、續(xù)航里程和外形設計。 進入 世紀 年代后, 電動汽車受歡迎度逐漸減弱。第六階段, 世紀 年代, 廢氣排放量監(jiān)管促使汽車生產商將目標投向電動汽車, 電動汽車的發(fā)展進入鼎盛時期。美國 年頒布的清潔空氣法修正案 和 年頒布的能源政策法案 促使市場對電動汽車再次進行投資。 美國加州空氣資源委員會甚至還通過一項新的法規(guī), 要求汽車生產商需生產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。上一頁下一頁返回. 電動汽車及動力電池的發(fā)展歷史從此各大汽車廠商紛紛投入對電動汽車的研發(fā)和生產, 自此各種車型的電動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 年開始, 通用汽車公司共生產了 輛 電動汽車(見圖 ), 不過這款汽車僅在美國幾個州使用, 并且不能賣, 只能租。 據悉這款電動汽車續(xù)航里程能夠達到 英里, 從 加速到 英里/ 時只需要 。 由于 并不盈利, 通用在租賃期到后, 全部召回了這些電動汽車, 并銷毀了其中的大部分, 只留下 輛捐贈給博物館或者其他組織。日本豐田公司也在 年生產了第一批豐田 電動汽車, 如圖 所示。上一頁下一頁返回. 電動汽車及

12、動力電池的發(fā)展歷史 年開始進入全球市場, 它也是第一批規(guī)?；a的混合動力電動汽車。 在全球推出一年時間里, 這款電動汽車共賣出 萬輛, 到 年 月, 這家公司已經賣出超過萬輛混合動力電動汽車, 其中超過 萬輛為。 年, 特斯拉宣布計劃推出續(xù)航里程達到 英里的電動汽車, 這條消息轟動整個電動汽車市場。 到 年, 特斯拉擁有了其第一款電動汽車, 如圖 所示, 其續(xù)航里程超過 英里, 售價超過 萬美元。 盡管特斯拉已經擁有 轎車和 , 但在很大程度上講, 它們還屬于小眾化產品。上一頁下一頁返回. 電動汽車及動力電池的發(fā)展歷史特斯拉計劃在 年規(guī)?；a其面向大眾市場的電動汽車 , 這款汽車續(xù)航里程超

13、過 英里, 售價在. 萬美元左右。 年, 尼桑在美國開始交付其電動汽車, 如圖 所示。 尼桑 續(xù)航里程為 英里, 價格在 萬美元左右, 這款電動汽車目前仍然是全球銷量最好的電動汽車。 截至 年 月, 尼桑共賣出 多萬輛, 單在美國就賣出. 萬輛。隨著電動汽車的飛速發(fā)展和市場保有量的不斷增加, 傳統(tǒng)汽車生產廠商也開始研發(fā)電動汽車的新技術, 在未來幾年內, 我們將陸續(xù)看到來自各大品牌汽車生產商的電動汽車。上一頁下一頁返回. 電動汽車及動力電池的發(fā)展歷史如今, 混合動力電動汽車以及純電動汽車又開始流行起來, 而幾乎所有的汽車廠商也都看準了這一市場。 的確, 由于環(huán)境惡化、油價上漲及能源消耗等諸多問題

14、的出現(xiàn), 人們都或多或少開始關注這些新能源汽車。 也許在不久的將來, 電動汽車又能回到 年那樣一個“全盛時期”, 并且是達到一個新高度的全盛時期。.動力電池的發(fā)展歷史. 動力電池的使用特點() 高能量( 用電池) 和高功率( 用電池)。() 高能量密度。上一頁下一頁返回. 電動汽車及動力電池的發(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, 要求 年。() 安全可靠。. 動力電池的發(fā)展史目前世界上各汽車生產廠家紛紛開發(fā)并推廣使用電動汽車, 電動汽車有著廣闊的發(fā)展前景。 電動汽車的蓬勃發(fā)展, 促進了動力電池技術的發(fā)展, 世界各大汽車公

15、司紛紛投巨資并采取結盟的方式研究各種類型的電動車用動力電池。 上一頁下一頁返回. 電動汽車及動力電池的發(fā)展歷史以下就電動車用動力電池及燃料動力電池的技術發(fā)展動態(tài)作一概述。 根據動力電池的使用特點、要求和應用領域不同, 國內外動力電池的研發(fā)大致經歷了以下幾個發(fā)展階段。第一代動力電池鉛酸蓄電池。 圖 所示為主要的閥控式鉛酸蓄電池()。 它最大的優(yōu)點是大電流放電性能良好, 價格低廉, 資源豐富, 電池的回收率較高, 在電動自行車、電動摩托車上應用廣泛; 缺點是質量比能量低, 主要原材料鉛有污染。鉛酸蓄電池的應用歷史最長, 它也是最成熟、成本和售價最低廉的動力電池。上一頁下一頁返回. 電動汽車及動力電

16、池的發(fā)展歷史當前存在的主要問題是一次充電的行程短, 一般在 ; 就是快速充電也要 , 且質量比能量只有 / 。 為此人們一直探索改進鉛酸蓄電池性能的方法, 開發(fā)能量效率更高、穩(wěn)定性更好、電荷容量更大的新動力電池。在改進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。 為使鉛酸蓄電池更可靠, 人們開發(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, 構成了膠體電解質。上一頁下一頁返回. 電動汽車及動力電池的發(fā)展歷史膠體的狀況會隨著溫度和電場的作用而變化。 當 蓄電池放電時, 膠體的凝聚性會更

17、明顯; 溫度降低, 膠體內部溶液擴散遷移及傳導性變差, 內電阻增加。 在溫度升到 以上, 外施單格電壓超過. 時, 要產生充電氣泡; 充電時間過長, 溫度過高, 特別是單格電壓超過. , 膠體常常會發(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)。 如及時停止充電, 降低溫度, 去掉外電壓, 膠體還可恢復。 蓄電池的性能、價格與普通鉛酸蓄電池相似, 只是由于其膠體電解質具有不易滲漏性, 故能保證電源使用的可靠性。 即使 蓄電池殼體產生了裂紋也可繼續(xù)使用, 不會對車輛產生腐蝕作用。上一頁下一頁返回. 電動汽車及動力電池的發(fā)展歷史因此其適用于道路狀況差(如鄉(xiāng)間土路) 和用電負荷變

18、化大的車輛, 如在我國中西部地區(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。 由于電解質中有 存在, 在極板硫化過程中, 會同時產生硫酸鉛、硫酸鈉結晶, 從而防止極板生成粗大的硫酸鉛結晶體, 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。上一頁下一頁返回. 電動汽車及動力電池的發(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, 且工作性能相當穩(wěn)定, 相比普通鉛酸蓄電池, 性能有了大幅度提高。 估計 蓄電池

19、會比普通鉛酸蓄電池多存在一段時間, 但 蓄電池畢竟是鉛酸蓄電池, 隨著人們對環(huán)保要求的深入, 含鉛的重金屬產品將會隨著世界禁鉛運動的深入而逐漸被淘汰。 盡管 蓄電池有許多優(yōu)點, 但終歸要退出歷史舞臺。第二代動力電池堿性電池, 如鎳鎘( ) 電池、鎳氫( ) 電池。上一頁下一頁返回. 電動汽車及動力電池的發(fā)展歷史鎳鎘電池由于鎘的污染性, 歐盟各國已禁止用于動力電池, 而鎳鋅電池的價格明顯高于鉛酸蓄電池, 目前是 的主要動力電池。 日本松下能源公司已為 提供 萬只以上的鎳鋅電池, 應用于電動自行車, 但是由于價格問題, 這種電池在市場上缺乏競爭力。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品, 當然也是取代鉛酸蓄電池的產品。 鎳氫電池的生產過程中, 存在著燒結體技術和發(fā)泡體技術兩種技術。 一般的生產廠家都經歷了一個從發(fā)泡體技術向燒結體技術發(fā)展的過程。上一頁下一頁返回. 電動汽車及動力電池的發(fā)展歷史采用燒結體技術對鎳氫電池正極進行處理, 蓄電池的內阻會大幅度減少, 具有放電電壓穩(wěn)定和能進行大電流放電的特性。 燒結體鎳氫電池還具有蓄電池不易老化, 不需要預充電,以及低溫放電特性比較好等優(yōu)點。 經燒結處理的正極, 其鎳化合物粒子會轉換成活性的鎳化合物, 能確保蓄電池有平衡的輸出電壓, 且具有長時間的性能穩(wěn)定性、長壽命和蓄電池不老化。 以發(fā)泡鎳技術生產的蓄電池在放置

21、一段時間后, 要有 左右的電荷量流失, 將這樣的蓄電池裝車后會發(fā)現(xiàn)與裝新蓄電池的差距很大, 也說明其老化現(xiàn)象十分明顯。上一頁下一頁返回. 電動汽車及動力電池的發(fā)展歷史為避免發(fā)泡鎳蓄電池的老化所造成的內阻增高, 發(fā)泡鎳蓄電池在出廠時必須進行預充電, 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, 不能進行長時間存放和流通, 這也給銷售和用戶造成了很大負擔。第三代動力電池鋰電池。 年以后, 日本開發(fā)成功的鎳氫電池得到了人們的高度重視, 應用量急速增加。 但自 年日本新力蓄電池公司推出鋰離子電池后, 人們又開始認

22、同鋰電池, 一些鎳氫電池企業(yè)紛紛轉產生產鋰電池。圖 所示為鋰電池的一種鋰離子電池。上一頁下一頁返回. 電動汽車及動力電池的發(fā)展歷史一時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、質量能和質量功率高、電壓高、安全性(固態(tài)) 高、無污染、環(huán)保性好等優(yōu)點。 鋰電池的能量密度(體積能和質量能) 是鎳鎘電池的. . 倍, 也就是說, 在同樣大小能量的情況下, 鋰電池的體積和質量可減小 / 左右。 單元蓄電池的平均電壓為. , 相當于 個鎳鎘或鎳氫電池串接起來的電壓值。 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, 也就是說大大延長了蓄電池組合體的壽命。上一頁下一頁返回. 電動汽車及動力電池的發(fā)展歷史相對于鎳鎘電池和鎳氫電池, 鋰電池充電時不用先進行放電(因鋰電池無記憶性), 給使用者帶來了極大的便利, 同時也節(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, 在非使用狀態(tài)下儲存, 內部幾乎不發(fā)生化學反應, 相當穩(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, 在未來一段時間內將是較具競爭力的動力電池?？傊? 鋰電池日益完善, 在電動車上大有取代鉛酸蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫電池之勢, 它將隨著電動車的普及發(fā)展而成長壯大, 并將與燃料電池一并成為

24、世紀電動車的主要蓄電池。上一頁下一頁返回. 電動汽車及動力電池的發(fā)展歷史第四代動力電池燃料電池。 燃料電池是人們努力開發(fā)的一種蓄電池, 目前各公司都致力于開發(fā)甲醇改質氫燃料電池、汽油改質氫和純氫燃料電池, 并將其裝車進行試驗。燃料電池的典型代表有質子交換膜燃料電池(, 見圖 )、直接甲醛燃料電池() 和鋅空氣蓄電池(亦稱鋅氧蓄電池), 其特點是無污染, 放電產物為 , 是真正的電化學發(fā)電裝置。 目前以此類燃料生產的燃料電池的能量轉換效率還比較低, 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。 此類燃料電池經改進后, 還可直接使

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

26、.目前常用的電池類型及應用車型目前市場上電池的種類有很多, 現(xiàn)在運用較成熟的有鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鋰離子電池、燃料電池、太陽能電池等。. 鉛酸蓄電池蓄電池是一種電化學儲能體系, 其能量儲存和釋放是通過兩個電極的電化學反應實現(xiàn)的, 伴隨著化學能與電能的相互轉換。 鉛酸蓄電池是由法國物理學家 于 年發(fā)明的, 是第一種商業(yè)化應用的可充電電池。 現(xiàn)在, 鉛酸蓄電池被廣泛用于汽車、機車、通信后備電源和不間斷電源() 系統(tǒng)等。下一頁返回. 電動汽車動力電池技術的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢鉛酸蓄電池的應用歷史最長, 最成熟, 成本也最低, 已實現(xiàn)批量生產, 但是比能量低,所占體積和質量大, 且一次充電行駛里程較短,

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

28、發(fā)展起來的一種新型綠色電池, 具有高能量、長壽命、無污染等特點。 鎳氫電池的優(yōu)點有很多, 如比功率高、循環(huán)功率次數(shù)多、無污染、耐過充過放、無記憶效應、使用溫度范圍寬、安全可靠等。上一頁下一頁返回. 電動汽車動力電池技術的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢同時也伴隨著相應的缺點,如自放電率較高, 在滿電常溫下存儲自放電率為 , 高溫性能差, 過充和過放時會排出氣體等。目前, 國內外鎳氫電池生產廠商及電池特點如表 所示。日本豐田公司的豐田 純電動汽車是世界上首款搭載鎳氫電池的量產型電動汽車。目前使用鎳氫電池作為動力源的純電動汽車有通用汽車的 、本田的 、福特汽車的 , 采用鎳氫電池作為動力源的混合動力電動汽車有福特汽

29、車的 、雪佛蘭的 、本田的 等。上一頁下一頁返回. 電動汽車動力電池技術的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢. 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、無記憶效應、無污染、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, 已成為未來電動汽車較為理想的動力電源。 但是目前鋰離子電池成本較高, 使用時必須有特殊的保護電路, 以防止過充。鋰離子電池是目前國內外主流的混合動力電動汽車及純電動汽車的儲能設備。 目前主流的采用鋰動力電池的情況如表 所示。上一頁下一頁返回. 電動汽車動力電池技術的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢在以上的產品中, 插電式電動汽車豐田 最值得關注, 這是豐田的第一款插電式混合

30、動力量產車, 是基于第三代 車身來構建的。 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)動機和電動機共同驅動車輛行駛, 必要的時候發(fā)動機可以熄火以更好地降低功耗; 第二種模式為純電動零排放模式, 電池組充滿電之后可以行駛大約 , 而最高車速可以達到 / ; 第三種模式則是吸收了前兩種模式的優(yōu)點, 在汽油發(fā)動機起動之前盡量使用電池組中的電力供應電機來驅動車輛, 二擋車輛減速以及剎車的時候可以為電池組充電。上一頁下一頁返回. 電動汽車動力電池技術的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢. 燃料電池目前在電動汽車的動力電池領域, 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、代表了電動汽車未來的發(fā)展方向, 也是各國重點研發(fā)的領域之一。燃料電池具有以下特點:優(yōu)點:() 節(jié)能、轉換效率高。() 配方基本達到零污染。() 無振動和噪聲, 壽命長。() 結構簡單, 運行平穩(wěn)。上一頁下一頁返回. 電動汽車動力電池技術的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢缺點:() 采用金屬鉑作為催化劑, 燃料種類單一。() 存儲和運輸成本高。() 加氫站等配套設施不完善。目前, 采用燃料電池的典型代表是現(xiàn)代汽車公司生產的現(xiàn)代 電動汽車, 它采用氫燃料電池。 現(xiàn)代汽車生產的 燃料電池車 年的注冊量為 輛, 主要針對公共領域或集團客戶。 現(xiàn)代 和所有氫動力汽車一樣, 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 / , 百公里加速僅用. 。上一頁下一頁返回. 電動汽車動力電池技術的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢其驅動過程為: 將電量儲存在 的鋰電池組, 然后用電機驅動車輛, 續(xù)航里程可達 。 與傳統(tǒng)意義上的電動汽車不同的是, 氫燃料電池車(見圖 ) 加氫只需要幾分鐘的時間, 而且加氫站的建設要比電動汽車充電站更為環(huán)保、便宜。. 太陽能電池太陽能是一種儲量極其豐富的清潔能源, 是解決世界范圍內能源危機和環(huán)境問題的一條重要途徑, 目前太陽能電池電動車也是世界各國都在重點研究和關注的。上一頁下一頁返回. 電動汽車動力電池技術的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢典型的太陽能電池車有福特公司生產的 太陽能電池車, 它包含 公司.

33、 的 太陽能電池組, 容量為 。同時它還擁有太陽能集中裝置和太陽跟蹤技術, 二者共同為高效的 太陽能電池組服務。 原理近似于放大鏡, 整個系統(tǒng)由東向西追蹤太陽軌跡, 從而獲取盡可能多的太陽能, 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力情況下行駛 英里(約合 公里), 而純電驅動則為 英里(約合 公里)。 通過利用可再生能源, 每年可降低 的溫室氣體排放量。上一頁下一頁返回. 電動汽車動力電池技術的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢.目前動力電池存在的問題() 電池的安全性有待進一步提高。() 在電池容量上, 目前車用電池的容量有限, 一直未能實現(xiàn)突破。() 續(xù)航里程短。() 電池

34、循環(huán)壽命短。 () 電池質量和尺寸制約。 () 電池價格昂貴。 () 對環(huán)境污染嚴重。 上一頁下一頁返回. 電動汽車動力電池技術的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢.我國動力電池的發(fā)展現(xiàn)狀第一, 從技術層面看, 我國已經基本掌握車用動力電池的關鍵技術。 第二, 從產品層面來看, 磷酸鐵鋰電池已經趨于成熟。第三, 我國建立了比較完善的產業(yè)體系, 關鍵材料、單體電池、電池系統(tǒng)和電池裝備、檢測儀器等都有一定的生產能力。上一頁返回圖 純電動汽車的系統(tǒng)框圖返回圖 電力驅動控制系統(tǒng)的組成與工作原理返回圖 北汽 純電動汽車動力電池返回圖 動力電池安裝位置返回圖 早期的電動汽車返回圖 寶馬 電動汽車返回圖 通用 電動汽車返回圖

35、豐田 電動汽車返回圖特斯拉 電動汽車返回圖 尼桑 電動汽車返回圖 閥控式鉛酸蓄電池返回圖 鋰離子電池返回圖 典型的質子交換膜燃料電池返回圖 鉛酸蓄電池結構返回表 目前常用鉛酸蓄電池及其特點返回圖 雷丁 電動汽車返回表 目前國內外鎳氫電池生產廠商及電池特點返回表 目前主流鋰動力電池的使用情況返回圖 現(xiàn)代 氫燃料電池車返回第 章 純電動汽車動力電池的基本概念. 動力電池的概念及分類. 動力電池的原理與結構. 動力電池的參數(shù)及性能指標. 電動汽車對動力電池的要求返回. 動力電池的概念及分類.動力電池的概念對于動力電池, 目前尚無統(tǒng)一的定義。 動力電池的名稱來源于動力機械應用領域(如潛艇等), 并一直

36、沿襲下來, 但全球電動汽車行業(yè)基本約定: 為電動汽車提供驅動動力的電池統(tǒng)稱為動力電池, 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、筆記本電腦等消費類電子產品使用的鋰電池一般統(tǒng)稱為鋰電池, 以區(qū)別于電動汽車用鋰電池動力鋰電池。 動力電池是電動汽車發(fā)展最關鍵的技術。在/ 2004 中, 動力電池( ) 的定義為: 為電動汽車動力系統(tǒng)提供能量的蓄電池。下一頁返回. 動力電池的概念及分類.動力電池的分類. 按照電池的工作性質及使用特征分類按電池的工作性質及使用特征分類, 動力電池一般可分為一次電池、二次電池、儲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, 或是電池反應本身不可逆, 或是條件限制使可逆反應很難進行, 如鋅錳干電池、鋅汞電池、銀鋅電池等。() 二次電池。上一頁下一頁返回. 動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原而能再次放電, 且可反復循環(huán)使用的一類電池。 這類電池實際上是一個化學能量儲存裝置,用直流電將電池充足, 這時電能以化學能的形式儲存在電池中, 放電時, 化學能再轉換為電能, 如鉛酸蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫電池和鋰離子電池等。 迄今已經實用化的車用動

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。() 儲備電池。 儲備電池又稱“激活電池”, 是正、負極活性物質和電解液不直接接觸, 使用前臨時注入電解液或用其他方法使電池激活的一類電池。 上一頁下一頁返回. 動力電池的概念及分類這類電池的正、負極活性物質化學變質或者自放電, 因與電解液的隔離而基本上被排除, 從而使電池能長時間儲存,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, 就能長期不斷地連續(xù)放電的一類電池。 它的特點是電池自身只是一個載體, 可以把燃料電池看成一種需要電能時將反應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、儲備電池或燃料電池, 恰恰相反, 某一種電池體系可以根據需要設計成不同類型的電池。上一頁下一頁返回. 動力電池的概念及分類. 按照電池的反應原理分類按電池的反應原理, 可以將電池分為化學電池、物理電池和生物電池三大類。() 化學電池。 化學電池利用物質的化學反應發(fā)電, 其按照工作性質, 可分為原電池、蓄電池、燃料電池和儲備電池; 按照電解質不同, 可分為酸性電池、堿性電池、中性電池、有機電解質電池、非水無機電解質電池和固體電解質電池等; 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、、免維護電池和防爆電池等。() 物理電池。上一頁下一頁返回. 動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, 如太陽能電池、超級電容和飛輪電池等。在物理電池領域中, 超級電容器也應用于純電動汽車和混合動力電動汽車中。() 生物電池。 生物電池是利用生物化學反應發(fā)電的電池, 如微生物電池、酶電池和生物太陽電池等。 生物燃料電池在車用動力中應用前景也十分廣闊, 以氫為燃料的燃料電池和氫化物燃料電池的研發(fā)已進入重要發(fā)展階段。上一頁返回. 動力電池的原理與結構動力電池是由許多單體電池組合而成的, 這些單體電池存儲了可轉換為電能的化學能。 一個或多個這樣的電化學單體電池串聯(lián)起來

41、就形成了一塊電池, 把成組的單體電池封裝到一個箱體中就構成了一個電池模塊。 電池組就是將多個獨立的電池模塊并聯(lián)或者串聯(lián)到一起, 從而為功率電子驅動系統(tǒng)提供所需的總電壓和能量。 動力電池組如圖 所示。電池的基本單元是單體電池, 它的基礎理論包括電解質的使用、化學反應的發(fā)生以及電池的電動勢。 下面以常見的化學電池( ) 為例來介紹電池的結構和原理, 使讀者對電池的內部結構及發(fā)生的化學變化有一定的了解。下一頁返回. 動力電池的原理與結構.動力電池的組成存儲在電池中的能量在電池的化學部件進行充放電時所含有的自有能量是不同的, 只有當單體電池的基本化學部件工作時, 化學能才能轉化為電能。 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、負極活性材料、電解質、隔膜、外殼及導電柵、匯流柱、極柱以及安全閥,具體結構如圖 所示。動力電池工作時, 在兩電極上會發(fā)生化學反應, 一端釋放電子而另一端獲得電子。 兩個電極必須選用導電材料并且中間用隔膜分開放置在電池容器中。 電極與外部的連接點通常叫作電極柱( )。上一頁下一頁返回. 動力電池的原理與結構外部電路保證了電池的化學能只有在需要使用時才會釋放。下面對動力電池中各部件的功能進行簡單介紹。() 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, 它在電池放電時發(fā)生還原反應并獲得來自外電路的電子。 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。() 負極: 負極的成分是某種金屬或合金, 它在電池放電時發(fā)生氧化反應并向外電路釋放出電子。 典型的負極材料有鉛和鎘。 負極材料也是以固態(tài)形式放置在電池中的。() 電解質: 電解質是使電池正負極之間具有離子導電性的介質。上一頁下一頁返回. 動力電池的原理與結構電解質在電極發(fā)生反應時應具有較高的離子導電性, 同時還必須對電子絕緣, 以免在電池內部發(fā)生自放電。 電解質的材料一般是液體、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。 以鉛酸蓄電池為例, 它的電解質是硫酸溶液( (水)。 電動汽車用的先

44、進動力電池如密封式鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鋰離子電池, 其電解質一般是膠體、糊劑或者樹脂。 而鋰聚合物動力電池使用的是固態(tài)電解質。() 隔膜: 隔膜是一層具有電絕緣特性的物質, 它可以把正、負極分隔開來。 上一頁下一頁返回. 動力電池的原理與結構隔膜應具有使電解質中離子通過的能力, 還應具有存儲和固定電解質的功能。 目前所用的隔膜是由高分子聚合物制成的。.動力電池的工作原理在電池工作時, 發(fā)生在兩電極上的化學反應只有當所產生的電子能夠從連接兩電極的外電路中通過時才可以持續(xù)進行。 動力電池中, 兩電極表面所發(fā)生的化學反應產生源源不斷的電子, 這個過程一般稱為氧化還原反應, 動力電池正是利用正負極之

45、間的氧化還原反應來完成充放電的。 具體過程如下: 當無源電路元件連接到電池極柱上時, 電池負極釋放電子, 正極獲得電子, 從而使外電路中產生電流。上一頁下一頁返回. 動力電池的原理與結構在這個過程中, 電池放電。 當電池放電時, 正極從外部電路獲得電子, 發(fā)生還原反應; 負極向外電路釋放電子, 發(fā)生氧化反應。 若給動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程。 當電池充電時, 正極向外電路釋放電子, 發(fā)生氧化反應; 負極從外電路獲得電子, 發(fā)生還原反應。 這就是動力電池的工作原理。無論哪種類型的化學電池, 電池充放電時都會在兩電極之間發(fā)生氧化還原反應

46、, 同時伴隨著電子的釋放與獲得。 我們可以通過下面的反應式來理解這種氧化還原反應。上一頁下一頁返回. 動力電池的原理與結構電池正極的反應如式( ) 所示, 當電池充電時, 電池正極的物質 發(fā)生氧化反應,生成物質 并同時對外電路釋放電子, 對電解質釋放出陽離子。 放電時則正好相反, 正極上的材料吸收電子并與離子結合, 最終生成物質。電池負極發(fā)生的反應如式( ) 所示, 當電池充電時, 電池負極的物質 與電介質中的陽離子連同外電路的電子共同作用產生不帶電的物質。 電池放電時反應正好相反。上一頁下一頁返回. 動力電池的原理與結構在電動汽車中, 動力電池的工作模式是, 當能量從電池供應到電機產生驅動力

47、時, 電池放電; 當能量從外部電源存儲到電池中時, 電池充電。 下面我們以常見的化學蓄電池鉛酸蓄電池為例, 具體分析電池在充放電時所發(fā)生的氧化還原反應。 無論在傳統(tǒng)汽車、純電動汽車還是混合動力電動汽車中, 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(), 負極材料是海綿狀純鉛, 電解質材料為純硫酸() 與蒸餾水按一定比例配制而成的溶液。上一頁下一頁返回. 動力電池的原理與結構圖 所示為鉛酸蓄電池放電時的工作情況, 當外電路連接無源電子器件時, 正極的二氧化鉛() 獲得由負極經外電路而來的電子和離子后被還原變成硫酸鉛。 當電池作為電源使用時, 電路方向是由正極

48、流向負載然后進入電池負極。放電時正極的反應式為(固) (水溶液) (水溶液) (固) (液)此時負極材料為固態(tài)鉛, 放電時, 鉛被氧化并向外電路釋放出電子, 其反應式為上一頁下一頁返回. 動力電池的原理與結構(固) (水溶液) (固) 電池的充電過程與放電過程正好相反, 電池的兩端加入外部電源, 電流流入電池并使化學反應反向進行, 這時硫酸鉛被重新轉化成鉛和二氧化鉛。 正極釋放電子, 負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能的形式存儲起來。整個充電過程時, 正極發(fā)生的反應可以用以下公式表示:(固) (液) (固) (水溶液) (水溶液) 上一頁下一頁返

49、回. 動力電池的原理與結構負極在電池充電時獲得電子的總化學反應式為(固) (固) (水溶液)綜合以上, 鉛酸蓄電池在充放電時總的化學反應式為上一頁返回. 動力電池的參數(shù)及性能指標. 電壓電池的電壓分為電動勢、端電壓、終止電壓、開路電壓、工作電壓、額定電壓、充電電壓等, 下面我們來一一介紹。() 電動勢。 電池的電動勢, 又稱電池標準電壓或理論電壓, 為電池斷路時正負兩極間的電位差。 電池的電動勢可以從電池體系熱力學函數(shù)自由能的變化計算而得。() 端電壓和終止電壓。 電池的端電壓( ) 是指電池接通負載后兩電極之間的有效電壓, 用 表示。 當電池充滿電時, 端電壓達到最大值, 記為, 然后隨著放

50、電過程的進行, 電池的端電壓不斷下降。 下一頁返回. 動力電池的參數(shù)及性能指標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)( , ) 之間的關系如圖 所示。() 開路電壓。 電池的開路電壓是在開路狀態(tài)下(即無負荷情況下), 電池兩電極之間的內電壓。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函數(shù)計算而得到的, 而開路電壓則是實際測量出來的。 電池的開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) 以及其他因素。() 工作電壓。 工作電壓是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。上一頁下一頁返回. 動力電池的參數(shù)

51、及性能指標() 額定電壓。 額定電壓(或公稱電壓), 是指該電化學體系的電池工作時公認的標準電壓。() 充電電壓。 充電電壓是指外電路直流電壓對電池充電的電壓。 一般充電電壓要大于電池的開路電壓, 且通常在一定的范圍內。() 電壓效率。 所謂電壓效率, 是指電池的實際輸出電壓與電動勢的比值。 由于電動勢只是從熱力學角度考慮而獲得的一個理論電壓值, 而電池的實際輸出電壓涉及反應體系的動力學性質, 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的電化學極化、濃差極化及體系的歐姆極化所決定。上一頁下一頁返回. 動力電池的參數(shù)及性能指標其中, 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活性的物質作為電極活性材料, 并發(fā)展與之適配的具有高電導率特征的電解質體系, 同時, 盡量減小體系的固相電阻及接觸電阻。 所謂反應效率, 是指實際電池反應能進行的最大限度, 也就是活性物質的利用率。 導致電極活性物質利用率降低的原因主要有各種副反應的發(fā)生(如水溶液電池中的置換析氫反應)、電極表面鈍化以及電極結構粉化等。 因此, 要提高電極材料的反應效率, 必須避免和抑制上述現(xiàn)象發(fā)生。上一頁下一頁返回. 動力電池的參數(shù)及性能指標. 內阻電池的內阻是指電流流過電池內部時所受到的阻力。 充電電池的內阻很小

53、, 需要用專門的儀器才能測量到比較準確的結果。 一般所說的內阻是指充電態(tài)內阻及電池充滿電時的內阻。 電池的內阻越大, 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。() 正負極板電阻。 目前普遍使用的鉛酸蓄電池正、負極板為涂膏式, 由鉛銻合金或鉛鈣合金板柵架和活性物質兩部分構成。 因此, 極板電阻也由板柵電阻和活性物質電阻組成。 上一頁下一頁返回. 動力電池的參數(shù)及性能指標板柵在活性物質內層, 充放電時, 不會發(fā)生化學變化, 所以它的電阻是板柵的固有電阻。 活性物質的電阻是隨著電池充放電狀態(tài)的不同而變化的。 當電池放

54、電時, 極板的活性物質轉變?yōu)榱蛩徙U(), 硫酸鉛含量越大, 其電阻越大。 而電池充電時將硫酸鉛還原為鉛(), 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, 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, 在極板活性物質還原的同時電解液濃度增加, 其電阻下降; 電池放電時, 在極板活性物質硫酸化的同時電解液濃度下降, 其電阻增加。上一頁下一頁返回. 動力電池的參數(shù)及性能指標() 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固定值, 但隨電池運行時間的延長, 其電阻有所增加。 因為電池在運行過程中有些鉛渣

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)的內阻就是上述物體電阻的總和, 電池內阻 與電動勢、端電壓及放電電流 的關系如下:上一頁下一頁返回. 動力電池的參數(shù)及性能指標電池的內阻在放電過程中會逐漸增加, 而在充電過程中則逐漸減小。 所以, 電池在充放電過程中, 端電壓也會因其內阻的變化而變動。 故端電壓在放電時低于電池的電動勢, 充電時又高于電池的電動勢。. 容量和比容量() 容

56、量。 電池完全放電的過程中, 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 表示, 其單位為安時()。 電池的容量與放電電流的大小有關, 與充電放電截止電壓也有關系。上一頁下一頁返回. 動力電池的參數(shù)及性能指標表征電池容量特性的專用術語有三個, 即理論容量、額定容量和實際容量。 理論容量。 理論容量指根據參加電化學反應的活性物質電化學當量數(shù)計算得到的電量, 是根據法拉第定律計算得到的最高理論值。 額定容量。 額定容量又稱保證容量, 是指在設計和生產電池時, 按照國家或者相關部門頒布的標準, 保證電池在指定放電條件下電池應該放出的最低限度的電量。 實際容量。 實際容量指在一定的

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。上一頁下一頁返回. 動力電池的參數(shù)及性能指標它等于放電電流和放電時間的乘積, 對于實用中的化學電池, 其實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、負極上活性物質的數(shù)量和活性有關, 也與電池的結構、制造工藝和電池的放電條件(電流、溫度) 有關。 影響電池容量因素的綜合指標是活性物質的利用率。 換言之, 活性物質利用得越充分, 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。 比容量是指單位質量或單位體積的電池所能給出的電量, 相應地也稱為質量比容量或體積比

58、容量。上一頁下一頁返回. 動力電池的參數(shù)及性能指標電池在工作時通過正極和負極的電量總是相等的。 但是, 在實際電池的設計和制造中,正、負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。 實際電池中多為正極容量限制整個電池的容量, 而負極容量過剩。. 能量電池的能量是指電池在一定放電條件下, 對外做功所能輸出的電能, 通常用瓦時()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, 也是電池放電過程中能量轉換的量度, 它影響電動汽車的行駛距離。上一頁下一頁返回. 動力電池的參數(shù)及性能指標衡量電池能量的標準有兩個, 即理論能量和實際能量。 電池在放

59、電過程中始終處于平衡狀態(tài), 其放電電壓保持電動勢的數(shù)值, 而且活性物質的利用率為, 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。 而實際能量是電池放電時實際輸出的能量, 它在數(shù)值上等于電池實際容量和電池平均工作電壓的乘積。 由于活性物質不可能完全被利用, 而且工作電壓總是小于電池的電動勢, 所以電池的實際能量總是小于理論能量。電池的比能量分為質量比能量和體積比能量, 即分別指單位質量和單位體積的電池所能輸出的能量。上一頁下一頁返回. 動力電池的參數(shù)及性能指標質量比能量的單位為/ ; 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, 即能量密度來比較不同系列電池的性能。電池的比能量是一個綜合性指標, 它反映了電池的質量水平。 電池的比能量直接影響電動汽車的整車質量和續(xù)航里程, 是評價電動汽車的動力電池是否滿足預定的續(xù)航里程的重要指標。. 效率動力電池作為能量儲存器, 充電時把電能轉化為化學能儲存起來, 放電時把電能釋放出來。 在這個可逆的電化學轉換過程中, 有一定的能量損耗。上一頁下一頁返回. 動力電池的參數(shù)及性能指標通常用電池的容量效率和能量效率來表示電池的效率。 對于電動汽車, 續(xù)駛里程是最重要的指標之一, 在電池組電量和輸出阻抗一定的前提下, 根據能量守恒定律, 電池組輸出的能量轉化為兩部分,