(完整版)新能源汽車概論課件

1、目錄:1.新能源汽車的發(fā)展現(xiàn)狀2.混合動力汽車基礎知識3.混合動力汽車技術4.動力電池技術5.電動汽車技術6.其他能源汽車新能源汽車概論 第一部分：新能源汽車的發(fā)展現(xiàn)狀新能源概念 新能源又稱非常規(guī)能源，是指剛開始開發(fā)利用或正在積極研究、有待推廣的能源。如太陽能、地熱能、風能、海洋能、生物質能和核聚變能等。 聯(lián)合國開發(fā)計劃部署（UNDP）將新能源分為大中型水電、新可再生能源和穿透生物質能三大類。 常規(guī)能源一般指技術上比較成熟且被大規(guī)模利用的能源，因此大中型水電站被看作常規(guī)能源，而核能、太陽能、現(xiàn)代生物質能、海洋能等新能源備受關注。 常見新能源的類型太陽能 太陽能可分為可太陽能光伏和太陽熱能。 光

2、伏板組件是一種在陽光下就會產生直流電的發(fā)電裝置。太陽能利用形式： 主要有三種：光熱轉換、光電轉換以及光化學轉換。目前利用太陽能的主要方法有：太陽能電池，太陽能熱水器。海洋能 海洋能是指蘊藏在海水中的各種可再生能源。例如：波浪能、潮汐能、海流能等。這是一項具有戰(zhàn)略意義的新能源。風能風能蘊藏量大，是水能的10倍，并且分布廣泛，對交通不便，偏遠山區(qū)或島嶼的利用價值更有優(yōu)勢。風能常見利用形式就是風力發(fā)電。核能核能的是通過轉化其質量從原子核中釋放的能量。但核能利用存在反應堆的安全問題和核廢料處理等技術問題。氫能 氫氣無色無味無毒，且熱值高，燃燒產物只有水，因此無污染。氫氣來源廣泛，可以電解水獲取。 目前

3、氫能卻不能廣泛應用的原因是制取成本高；生產、存儲難度大；高壓存儲危險性大等。新能源汽車認知 新能源汽車是指采用非常規(guī)的車用燃料作為動力來源(或使用常規(guī)的車用燃料、采用新型車載動力裝置)，綜合車輛的動力控制和驅動方面的先進技術，形成的技術原理先進、具有新技術、新結構的汽車。 新能源汽車的發(fā)展現(xiàn)狀2015年傳統(tǒng)汽車增長放緩，新能源汽車卻保持高速增長。據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2015年新能源汽車生產340471輛，銷售331092輛，同比分別增長3.3倍和3.4倍。統(tǒng)計顯示，在新能源汽車產業(yè)中，純電動汽車產銷分別完成254633輛和247482輛，插電混合動力汽車產銷分別完成85838輛和83610

4、輛。如圖1-8所示。 2011-2015年中國新能源汽車銷量新能源汽車的主要類型 新能源汽車包括的范圍比較廣，目前主要是指混合動力汽車（PHEV）、純電動汽車（BEV，包括太陽能汽車）、燃料電池電動汽車（FCEV）、氫發(fā)動機汽車、其他新能源（如高效儲能器、二甲醚）汽車等產品。 其中混合動力汽車、純電動汽車、燃料電池汽車統(tǒng)稱為電動汽車。電動汽車雖然目前技術尚不成熟，但前景被廣泛看好。新能源汽車氣體燃料汽車生物燃料汽車 氫燃料汽車電動汽車混合動力汽車（HEV） 混合動力是指采用傳統(tǒng)燃料，同時配以電動機來改善發(fā)動機低速動力輸出和燃油消耗的車型?；旌蟿恿ζ囀箖热紮C工作在低油耗、少污染的最佳工況下工作

5、，因此最大的優(yōu)點就是節(jié)能低排，混合動力汽車一般比傳統(tǒng)燃料汽車燃油消耗降低30%-50%。但混合動力汽車存在的問題是長時間高速行駛并不省油?；旌蟿恿ζ囈卜Q復合動力汽車，一般裝有兩個以上動力源，動力源一般有蓄電池、燃料電池、太陽能電池、內燃機發(fā)電機組。混合動力汽車的類型按照燃料種類的不同，混合動力分為汽油混合動力和柴油混合動力兩種。目前國內市場上，混合動力車輛以汽油混合動力為主，而國際市場以柴油混合動力車型為主。按照推進系統(tǒng)能量流和功率流的配置結構關系，混合動力汽車分為串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)三種結構形式。按照兩種不同能量的搭配比例不同，混合動力汽車可分為輕度混合動力、中度混合動力、重度混合動力和插電

6、式混合動力汽車四種類型。 國產混合動力轎車1、奔騰 采用一汽技術中心自主研發(fā)的純電動乘用車動力平臺，整個平臺由電動機、電池、減速器、整車控制器、電動附件和專用顯示儀表等組成，該動力系統(tǒng)具有啟動電爬行、純電動、再生制動、電子駐車制動、家用充電、快速充電等功能。2、長安“杰勛”混合動力轎車3、奇瑞 混合動力轎車 純電動汽車（BEV）純電動汽車具有本身零排放，能量利用率高，結構簡單，工作噪聲小等優(yōu)點。但就目前來說，市場占有率卻不高，其主要原因是續(xù)駛里程短，一般一百公里左右；充電時間長；蓄電池使用壽命短，且電池成本高等問題，而且電力基礎設施建設也影響了電動汽車產業(yè)化的發(fā)展。但從長遠發(fā)展來看，純電動汽車

7、是推廣發(fā)展方向。國產純電動車1、比亞迪全球首款純電動出租車 2、榮威 純電動轎車 燃料電池汽車（Fuel cell vehicles）燃料電池汽車（Fuel cell vehicles），是電動汽車的一種，燃料電池的電能是通過氫氣和氧氣的化學作用，直接變成電能。燃料電池化學反應產物主要是電能和水，還有極度少的二氧化碳和氮氧化物，因此燃料電池汽車被稱為綠色新型環(huán)保汽車?！皹s威”平臺的上海牌燃料電池轎車 超級電容汽車 超級電容汽車的電池一般安裝在底盤上，公交車進站后，車頂充電設備自動升起，搭到充電站的電纜上，通過200A400A的充電電流完成充電，充電時間一般為2030s。氫燃料汽車氫燃料汽車的動

8、力系統(tǒng)是在傳統(tǒng)內燃機的基礎上加以改進后制成的。氫燃料汽車以無污染、零排放的優(yōu)勢被業(yè)內普遍認可，但氫燃料汽車也面臨著氫的制取和液態(tài)氫的存儲兩大難題，這兩大技術問題成為制約氫燃料汽車發(fā)展的瓶頸。太陽能汽車太陽能汽車是利用太陽能電池將太陽能轉換為電能，并利用該電能作為能源的汽車，它是電動汽車的一種。太陽能汽車主要由太陽能電池組、自動陽光跟蹤系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)、控制器和機械系統(tǒng)等組成。其他燃料汽車生物燃料又稱生態(tài)燃料，泛指由有機物組成或者制成的燃料。目前我們所說的生物燃料一般是指生物液體燃料，比如燃料乙醇和生物柴油等。巴西是最早利用甘蔗為原料生產燃料乙醇的國家，巴西乙醇汽油標準有兩個：E22(含乙醇22%

9、)和E100（含乙醇93%、水7%的乙醇）。巴西大量汽油車被改裝成乙醇車巴西TAC汽車公司的乙醇燃料小型越野車Stark 4X4德國的奔馳、寶馬、大眾和奧迪等汽車生產廠家生產的汽車均允許使用凈生物柴油，而無需對發(fā)動機加以改裝。 德國大眾2012款Tiguan(柴油版)我國新能源汽車的機遇與挑戰(zhàn)我國新能源乘用車車企2015年新能源汽車的銷售排名：長安的CV9混合動力汽車海馬的H12電動車華普的海域甲醇動力汽車吉利的海尚油電混合動力汽車國內新能源汽車發(fā)展趨勢突破電池技術瓶頸驅動電機多樣化發(fā)展純電動汽車向超微型化發(fā)展發(fā)展混合動力汽車燃料電池汽車成為競爭焦點開發(fā)新一代車用動力系統(tǒng)新能源汽車的發(fā)展規(guī)劃：

10、第一階段：2011-2015年 動力電池、電機、電控等關鍵零部件核心技術實現(xiàn)自主化，純電動汽車和插電式混合動力汽車初步實現(xiàn)產業(yè)化，市場保有量超過50萬輛；混合動力汽車實現(xiàn)大規(guī)模產業(yè)化；具有自動起停功能的微混系統(tǒng)成為乘用車的標準配置，中/重度混合動力乘用車保有量達到100萬輛；基本掌握先進內燃機、自動變速器、汽車電子、輕量化材料等關鍵技術；乘用車新車平均油耗達到5.9L/100km。第二階段：2015年-2020年我國節(jié)能與新能源汽車關鍵零部件技術達到國際先進水平；純電動汽車和插電式混合動力汽車實現(xiàn)產業(yè)化，市場保有量達到500萬輛；充電站網(wǎng)絡支撐純電動汽車實現(xiàn)城際間和區(qū)域化運行；燃料電池技術與國

11、際同步發(fā)展；混合動力汽車實現(xiàn)大規(guī)模普及，中/重度混合動力乘用車年產銷量達300萬輛；具有自主知識產權的先進內燃機、自動變速器、汽車電子輕量化材料廣泛應用；汽車燃油經(jīng)濟性整體水平與國際先進水平接軌，乘用車新車平均油耗達到4.5L/100km。新能源汽車的關鍵技術整車共性技術： 純電動汽車混合動力汽車驅動電機系統(tǒng)動力電池系統(tǒng)電動輔助系統(tǒng)第二部分 混合動力汽車基礎知識 從廣義上講，混合動力指裝備有兩種具有不同特點驅動裝置的汽車。其中一種是主要動力源，另外一種是輔助驅動裝置。目前應用最多的是油電混合動力系統(tǒng)。 國內能買到的有不少國外品牌有：豐田普銳斯、雷克薩斯ES級混動版 、奔馳 S級混動版、凱迪拉克

12、 凱雷德混合動力版等混合動力汽車的發(fā)展現(xiàn)狀 在能源問題的大環(huán)境下，實現(xiàn)汽車動力系統(tǒng)的的新能源化，推動傳統(tǒng)汽車產業(yè)的戰(zhàn)略轉型，已經(jīng)成為全球汽車工業(yè)共同面對的挑戰(zhàn)。目前世界汽車企業(yè)面對混合動力技術一般采用引領、跟進和被動跟進三種策略。國外混合動力汽車的發(fā)展 美國、日本、歐洲等發(fā)達國家和地區(qū)，在混合動力汽車的理論研究和實際生產中都做了大量的工作。豐田是世界公認的混合動力技術的領先者。日本本田是第一家在美國市場上銷售混合動力汽車的廠商。本田的技術特點是以CVT變速器為基礎來研發(fā)插電式混合動力汽車系統(tǒng)。本田1999年在美國推出Insight混合動力雙門汽車2013款雅閣插電式混合動力汽車全新的雅閣Cou

13、pe概念跑車。這款新型跑車搭載一套“雙馬達”的插電式混合動力系統(tǒng)馬自達研發(fā)成功了Premacy氫轉子發(fā)動機混合動力車美國美國在日本加快發(fā)展混合動力汽車技術時期，將生物燃料和燃料電池汽車技術作為中近期和遠期的技術線路。從2006年1月份開始，美國政府通過抵稅的方式，對購買節(jié)能汽車的消費者提供稅收優(yōu)惠政策。通用汽車公司在1998年推出了GM Precept HEV概念車通用汽車公司的混合動力皮卡雪佛蘭Silverado克萊斯勒公司在1998研發(fā)出道奇（Dodge）無畏ESX2串聯(lián)式混合動力汽車福特汽車公司在2001年推出了全球首輛混合動力SUV概念車Escape福特在2010年紐約車展展出的林肯M

14、KZ2011款油電混合動力汽車福特汽車公司在2001年推出了全球首輛混合動力SUV概念車Escape全球首款雙模強油電混合動力SUV歐洲歐洲對混合動力技術的研究主要集中在商用車領域，例如：瑞典、法國、德國、意大利、比利時等國計劃在9個歐洲城市開通混合動力公交車線路。瑞典沃爾沃公司也開發(fā)出FL6貨車的混合動力汽車德國大眾公司開發(fā)出插電式柴油混合動力汽車XL1通用公司開發(fā)了凱迪拉克STS插電式混合動力汽車國內混合動力汽車的發(fā)展狀況我國在新能源汽車的自主研發(fā)過程中，堅持了政府支持，以核心技術、系統(tǒng)集成和關鍵部件為重點的原則，確立了以純電動汽車、混合電動汽車、燃料電池汽車為“三縱”，以電動機驅動系統(tǒng)、

15、整車控制系統(tǒng)、動力蓄電池/燃料電池為“三橫”的研發(fā)布局。我國混合動力汽車研發(fā)成果1.形成了擁有自主知識產權的動力系統(tǒng)技術平臺，建立了混合動力汽車技術開發(fā)體系。2.掌握了關鍵零部件核心技術，研發(fā)出系列化產品，關鍵零部件的產業(yè)化全面跟進。3.掌握了電動汽車整車開發(fā)關鍵技術，擁有各類電動汽車的研發(fā)實力。一汽集團一汽集團從1999年開始進行新能源汽車的理論研究和研制工作，并開發(fā)了紅旗混合動力轎車性能樣本?！笆濉逼陂g，一汽集團承擔了國家“863”計劃重大專項中“紅旗牌串聯(lián)方式混合動力轎車研究開發(fā)”任務，正式開始了新能源汽車的研發(fā)工作。奔騰B70混合動力版轎車采用油-電混合方式，動力系統(tǒng)采用雙電機方案上

16、汽集團在新能源汽車的研發(fā)上，上汽明確了以混合動力為重點，燃料電池為方向，同時加快替代產品的研發(fā)。混合動力汽車、燃料電池汽車、代用燃料汽車成為上汽集團新能源戰(zhàn)略的三大重點。東風集團從“十五”計劃開始，東風公司每年投資上億元研發(fā)電動汽車，再加上國家以及省市政府投資，共達6個多億，目前東風在純電動、混合動力、燃料電池等各種電動汽車的研發(fā)方面都獨立掌握了核心技術，不依賴于任何外力，實現(xiàn)自主知識產權。中國長安我國第四大汽車生產商長安汽車公司于2007年12月宣布，開始生產中型混合動力汽車杰勛杰勛混合動力汽車是長安汽車公司開發(fā)的一款純正中國血統(tǒng)的混合動力汽車，從整車到混合動力系統(tǒng)都是有長安公司自主開發(fā)并擁

17、有完全自主知識產權，其鎳氫動力電池等動力零部件水平更是處于國內領先水平。杰勛混合動力汽車奇瑞汽車從2003年開始到2008年，奇瑞主要進行混合與中度混合動力轎車以及節(jié)能環(huán)保系統(tǒng)的開發(fā)，并實現(xiàn)產業(yè)化；從2004年開始，奇瑞主要進行強混合動力轎車的開發(fā)，并實現(xiàn)產業(yè)化。奇瑞混合動力轎車油耗目標達到100公里3升，排放達到歐美法規(guī)。比亞迪汽車比亞迪遵循“自主研發(fā)、自主生產、自主品牌”的發(fā)展路線，和“掌握核心技術、產業(yè)垂直整合”的發(fā)展戰(zhàn)略，以雙模電動車作為過渡、電動車作為終極目標，發(fā)展比亞迪新能源汽車。比亞迪F6DM雙模電動汽車比亞迪F6DM雙模電動汽車，使用的動力電池是名為“ET-POWER”的鐵動力

18、電池，其特點是價格低廉，安全性能穩(wěn)定。該車充電一次行駛430公里，最大功率200KW，最高時速160公里，百公里耗電15度。該車在比亞迪電動汽車充電站快速充電10分鐘可達50的電量，在家使用普通插座慢速充電，充滿電也只需9個小時。比亞迪在新能源汽車領域的優(yōu)勢，已經(jīng)是人所共知的事實。比亞迪秦混動車各方面的表現(xiàn)令人刮目相看，而2015年其以近6.2萬輛的總銷量，成為全球新能源車市場當之無愧的冠軍，也讓人欣喜。 2015款比亞迪秦2016年3月上月底，比亞迪在北京新發(fā)布了兩款純電動車型比亞迪秦EV300（如圖2-32所示）和e5。這兩款新車，最大的亮點在于300公里的超級續(xù)航里程，遠超特斯拉mode

19、l 3。還有車外220V交流放電功能（VTOL）、pm2.5綠凈系統(tǒng)、智能云系統(tǒng)等諸多功能。所有這些，更讓人對比亞迪秦EV300充滿了期待。2016年3月底上市的比亞迪秦EV300混合動力汽車的種類及特點1按照動力系統(tǒng)結構形式（混合動力汽車零部件的種類、數(shù)量和連接關系）劃分，可分為串聯(lián)式混合動力汽車（SHEV）、并聯(lián)式混合動力汽車（PHEV）、混聯(lián)式混合動力汽車（PSHEV）三種。 2.按照電機相對于燃油發(fā)動機的功率比大小分為重度混合型、中度混合型、輕度混合型以及微混合型混合動力汽車。微混合動力系統(tǒng)簡稱BSG系統(tǒng)。這種混合動力系統(tǒng)是在傳統(tǒng)內燃機的起動電機（一般為12V）上加裝皮帶驅動的啟動電機

20、，該電機用來控制發(fā)動機的啟動和停止，取消了發(fā)動機的怠速，從而降低了油耗和排放。微混合動力系統(tǒng)的汽車不屬于真正的混合動力汽車，因為它的電機并沒有為汽車行駛提供持續(xù)的動力。在微混合動力系統(tǒng)里，電機的電壓通常有兩種：12V和42V。其中42V主要用于柴油混合動力系統(tǒng)。代表的車型是PSA的混合動力混合動力版C3和豐田的混合動力版Vitz豐田的混合動力版Vitz輕混合動力系統(tǒng)簡稱ISG系統(tǒng)。該混合動力系統(tǒng)采用了集成啟動電機。與微混合動力系統(tǒng)相比，輕混合動力系統(tǒng)除了能夠實現(xiàn)用發(fā)電機控制發(fā)動機的啟動和停止，還能夠實現(xiàn)： （1）在減速和制動工況下，對部分能量進行吸收；（2）在行駛過程中，發(fā)動機等速運轉，發(fā)動機

21、產生的能量可以在車輪的驅動需求和發(fā)電機的充電需求之間進行調節(jié)。輕混合動力系統(tǒng)的混合度一般在20以下。代表車型是通用的混合動力皮卡車中混合動力系統(tǒng)該混合動力系統(tǒng)同樣采用了ISG系統(tǒng)。與輕度混合動力系統(tǒng)不同，中混合動力系統(tǒng)采用的是高壓電機。另外，中混合動力系統(tǒng)還增加了一個功能：在汽車處于加速或者大負荷工況時，電動機能夠輔助驅動車輪，從而補充發(fā)動機本身動力輸出的不足，從而更好的提高整車的性能。這種系統(tǒng)的混合程度較高，可以達到30左右，目前技術已經(jīng)成熟，應用廣泛。重度混合動力系統(tǒng)重度混合型混合動力汽車，是指以發(fā)動機或電機為動力源，且電機可以獨立驅動車輛行駛的混合動力汽車。一般情況下，電機的峰值功率占發(fā)

22、動機額定功率的40%以上。與中混合動力系統(tǒng)相比，完全混合動力系統(tǒng)的混合度可以達到甚至超過50。技術的發(fā)展將使得完全混合動力系統(tǒng)逐漸成為混合動力技術的主要發(fā)展方向豐田Prius、 未來Estima屬于完全混合動力系統(tǒng)3.按能否外接電源進行充電按能否外接電源進行充電，分為插電式混合動力(Plug-in Hybrid Electric Vehicle)和非插電式混合動力。不可外接充電型混合動力汽車是指被設計成在正常使用情況下從車載燃料中獲取全部能量的混合動力汽車。插電式混合動力汽車又稱外接充電式混合動力汽車（PHEV），是最新一代混合動力汽車，備受各國政府及汽車廠商關注，并有望在幾年后廣泛使用。 如

23、圖所示，插電式混合動力的特征是可由電能單獨驅動，并配備一個大容量的可外部充電的蓄電池組，顯著的特性是可通過外部電源進行充電，充電后可續(xù)航一定的里程。插電式混合動力汽車從結構上可以分為：串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式三種類型。串聯(lián)插電式混合動力汽車也叫增程插電式混合動力汽車，其結構如圖所示。并聯(lián)插電式混合動力汽車結構圖如圖所示?；炻?lián)插電式混合動力汽車結構如圖所示。4按照與發(fā)動機混合的可再充電能量儲存系統(tǒng)不同可劃分為： 動力蓄電池式混合動力汽車 超級電容器式混合動力汽車 機電飛輪式混合動力汽車 動力蓄電池與超級電容器組合式混合動力汽車。不同類型的混合動力汽車結構及性能比較：項目串聯(lián)式并聯(lián)式混聯(lián)式公路行駛燃

24、油經(jīng)濟性較優(yōu)優(yōu)優(yōu)城市行駛燃油經(jīng)濟性優(yōu)較優(yōu)優(yōu)無路行駛燃油經(jīng)濟性較優(yōu)優(yōu)優(yōu)低排放性能優(yōu)較優(yōu)較優(yōu)成本低較低較低復雜程度簡單較復雜復雜控制難易程度簡單較復雜復雜混合動力汽車技術分析起步：為避免發(fā)動機的怠速及低負荷工況，以減小油耗，故發(fā)動機不工作，僅電機利用其低速大轉矩的特性單獨使車輛起步。 加速：發(fā)動機啟動后以最大效率工作驅動車輛，電機提供部分功率輔助車輛加速。勻速：發(fā)動機按油耗最小的最優(yōu)工作曲線工作，當發(fā)動機輸出功率大于車輛行駛所需功率時，多余功率驅動以發(fā)電狀態(tài)工作的電機發(fā)電而向蓄電池充電。 減速(制動)：發(fā)動機關閉不工作，電機進行再生制動向蓄電池充電。1.串聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式1）啟動/正常

25、行駛/加速模式發(fā)動機通過發(fā)電機和蓄電池一起輸出電能并傳遞給功率轉換器，然后驅動電動機，通過機械傳動裝置驅動車輪，如右圖所示。 圖2-52 啟動/正常行駛/加速模式1.串聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式2)輕載模式 發(fā)動機發(fā)出的功率大于車輛所需功率，多余的能量通過發(fā)電機給蓄電池充電直到SOC達到預定的限值。如右圖所示。 1.串聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式3)減速/制動模式電動機把驅動輪的動能轉化為電能，并通過功率轉換器給蓄電池充電，如右圖所示。 1.串聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式4)蓄電池充電模式 停車時，發(fā)動機可通過發(fā)電機和功率轉換器給蓄電池充電，如右圖所示。 2.并聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式1

26、)啟動/加速模式 車輛啟動或節(jié)氣門全開加速時，發(fā)動機和電動機同時工作，共同分擔驅動車輛所需的動力，如發(fā)動機和電動機分別承擔總功率的80%和20%，如右圖所示。 2.并聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式2）正常行駛模式 車輛正常行駛時，電動機關閉，僅由發(fā)動機工作提供車輛行駛所需動力，如右圖所示。 2.并聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式3）減速/制動模式車輛減速行駛或制動時，電動機工作于發(fā)電機模式進行再生制動，通過功率轉換器給蓄電池充電，如右圖所示。 2.并聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式4）行駛中給蓄電池充電模式 當車輛輕載時，發(fā)動機輸出功率驅動車輛行駛，同時發(fā)動機輸出的多余功率驅動以發(fā)電狀態(tài)工作的電機發(fā)電而

27、向蓄電池充電，如右圖所示。 3.混聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式混聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式有兩種方式，一是發(fā)動機主動型混聯(lián)混合動力電動汽車，車輛運行時主要是發(fā)動機驅動車輛，如尼桑Tin；二是電力主動型混聯(lián)混合動力電動汽車，車輛運行時主要是電動機驅動車輛，如豐田Prius。3.混聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式發(fā)動機主動型1)啟動模式。發(fā)動機關閉，由蓄電池給電動機提供電能驅動車輛，如右圖所示。 3.混聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式發(fā)動機主動型2）加速模式。節(jié)氣門全開車輛加速行駛時，發(fā)動機和電動機同時工作，共同分擔車輛行駛所需的動力，如右圖所示。 3.混聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式發(fā)動機主動型3）正常

28、行駛模式。電動機關閉，發(fā)動機工作，提供車輛所需動力，如右圖所示。 3.混聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式發(fā)動機主動型4）減速/制動模式。電機工作于發(fā)電模式進行再生制動，通過功率轉換器給蓄電池充電，如右圖所示。 3.混聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式發(fā)動機主動型5）行駛中給蓄電池充電模式。發(fā)動機一部分動力用于驅動車輛，另一部分動力由發(fā)電機經(jīng)功率轉換器給蓄電池充電，如右圖所示。 3.混聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式電力主動型1）啟動/輕載模式。發(fā)動機關閉，由蓄電池給電動機提供電能驅動車輛，如右圖所示。 3.混聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式電力主動型2）加速模式。發(fā)動機和電動機一起工作，共同提供車輛所需功率。電

29、動機所需電能由蓄電池和發(fā)電機共同提供。通常用行星齒輪機構分流發(fā)動機的輸出功率，一部分用于驅動車輛，一部分用來驅動發(fā)電機，如右圖所示。 3.混聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式電力主動型3）正常行駛模式。發(fā)動機和電動機一起工作，共同提供車輛所需功率。電動機所需電能僅由發(fā)動機驅動發(fā)電機提供，如右圖所示。 3.混聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式電力主動型4）減速/制動模式。電動機工作于發(fā)電機模式進行再生制動，通過功率轉換器給蓄電池充電，如右圖所示。 3.混聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式電力主動型5）行駛中給蓄電池充電模式。發(fā)動機一部分動力用于驅動車輛，另一部分動力由發(fā)電機經(jīng)功率轉換器給蓄電池充電，如右圖所示。

30、3.混聯(lián)混合動力電動汽車的工作模式電力主動型6）蓄電池充電模式。當停車時，發(fā)動機可通過發(fā)電機給蓄電池充電，如右圖所示。 第三部分 混合動力汽車技術混合動力汽車是汽車、電力拖動、化學電源、自動控制等工程技術中最新成果的及集成產物，混合動力汽車的開發(fā)和產業(yè)化需解決諸多關鍵技術。混合動力汽車的關鍵技術由：電池及電池管理系統(tǒng)、電機及電機控制系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)控制、動力總成關鍵零部件技術、測試技術及系統(tǒng)優(yōu)化等。豐田普銳斯混合動力汽車技術普銳斯Prius于1997年10月底問世，是世界上最早實現(xiàn)批量生產的混合動力汽車。在人們日益關注環(huán)保的今天，普銳斯Prius因革命性地降低了車輛燃耗和尾氣排放，其劃時代之意義

31、與先進性得到了全世界的高度評價。1997 到2001 這段時間里，第一代prius 在日本已經(jīng)賣出了37,000 輛，現(xiàn)在這輛車的銷售在全球已經(jīng)過 10 萬輛，是世界上第一輛產業(yè)化的混合動力汽車(Hybrid Electric Vehicle) 。Prius是第一輛混聯(lián)型的HEV，它的動力系統(tǒng)叫做 Toyota Hybrid Sy stem (THS) ，結合了串連和并聯(lián)兩種方式的特點。 Toyota Hybrid Sy stem (THS)由發(fā)動機(ICE)，發(fā)電機(Generator )，電動機(Motor)，行星齒輪，逆變器(Inverter/C on-verter)和動力蓄電池組組成。

32、其中，發(fā)電機和電動機都可以做電動機，也可以做發(fā)電機，叫做MG1，MG2。行星齒輪將兩個電機，發(fā)動機有機的聯(lián)系起來，豐田普銳斯混合動力系統(tǒng)結構普銳斯混聯(lián)式混合動力由HV蓄電池、INZ-FXF發(fā)動機、1號電動發(fā)電機、2號電動發(fā)電機、變頻器總成、行星齒輪組等組成。 普銳斯混合動力系統(tǒng)的元件在車上的布置圖普銳斯混聯(lián)式混合動力的組成1.NiMH電池系統(tǒng) 安裝在普銳斯油電混合動力系統(tǒng)上的高輸出鎳氫蓄電池，無需利用外界電源進行充電，也無需定期交換。安裝在Prius普銳斯上的電池單元實現(xiàn)了約540W/kg的輸入輸出密度，居世界最高水平。 使用車輛加速時的放電、減速時的再生制動器、以及用發(fā)動機行駛時產生的剩余能

33、量來進行充電，從而累積充電放電電流，使充電狀態(tài)保持穩(wěn)定。不會出現(xiàn)放電過多或多余充電等現(xiàn)象，使用壽命非常長。電池系統(tǒng)的組成電池系統(tǒng)由電流傳感器、保險絲、服務插銷（service plug）、系統(tǒng)主繼電器、電池控制模塊 ECU、電池通風溫控系統(tǒng)構成2. 12V蓄電池 12V蓄電池提供給ECU和輔助設備的電源，如音響等。蓄電池安裝位置如圖所示。3.混合動力傳動橋混合動力傳動橋主要由組合齒輪單元、主減速器、差速器、兩個電機（MG1、MG2）、動力分配行星齒輪、駐車機構等組成。1）高輸出功率電動機Prius普銳斯油電混合動力系統(tǒng)的電動機中采用了交流同步原動機。該裝置一直到高旋轉帶都可高效地產生高扭矩，同

34、時可任意控制轉數(shù)和產生的扭矩。另外它還擁有小型、輕量、高效等特點，具有優(yōu)秀的動力性能，可進行順暢的啟動、加速等各種操作。Prius普銳斯油電混合動力系統(tǒng)的電動機MG 1、MG 2的結構如圖所示。MG1的作用：通過調節(jié) MG1的轉速來實現(xiàn)發(fā)動機在某個高效功率點運行； 發(fā)動機運行在高效率點時，隨車速的變化，調節(jié)MG1的轉速，實現(xiàn)行星齒輪無級變速的功能； 作為電動機，起動發(fā)動機，把發(fā)動機從靜止拖動到1000 轉左右，然后發(fā)動機噴油點火；在發(fā)動機有軸功輸出時，MG1正轉，作發(fā)電機，對電池充電和對MG2供電；MG1反轉時，則作為電動機，消耗電能。若SOC 低時，MG2則為發(fā)電機，對電池充電和對MG1供電

35、，這種模式一般發(fā)生在等速巡航時； MG2的作用：EV模式運行時，作電動機，獨立驅動汽車； 汽車加速和需要輔助功率時，作電動機； 汽車中等速度巡航時，發(fā)動機輸出功率較低，MG1反轉，MG2作發(fā)電機，對電池充電和對 MG1供電； 制動時發(fā)電； 倒車時，反轉驅動汽車。2）組合齒輪單元結構：作用： 在動力分配行星排中，行星架與發(fā)動機相連，太陽輪與MG1相連，齒圈通過過渡齒輪與主減速器相連。發(fā)動機輸出的動力被分成用于驅動MG1發(fā)電的動力(電動力)和用于直接驅動車輪的動力(機械動力)兩個部分。組合齒輪單元結構組合齒輪單元的工作原理：4.動力控制單元變壓器：變壓器的作用：變壓器將HV蓄電池的直流電流轉換成電

36、動機和發(fā)電機使用的交流電流。另外也將發(fā)電機和電動機發(fā)出的交流電流轉換成可供HV蓄電池充電的直流電流?？勺冸妷合到y(tǒng)：可變電壓系統(tǒng)根據(jù)需要將電動機和發(fā)電機的電源電壓進行無級升壓，由一般情況下的DC201.6V最大升至DC650VDC/DC轉換器DC/DC轉換器將HV蓄電池和發(fā)電機發(fā)出的244.8/201.6V直流電流減壓至12V，以供車輛的輔助設備、電子部件ECU作為電源使用。MG ECU作用： 根據(jù)從動力管理控制ECU(HV CPU)的信號控制變頻器和增壓轉換器。電子控制系統(tǒng)電子控制系統(tǒng)是集中控制車輛中各種系統(tǒng)的電子裝置，可稱為汽車的大腦。為了實現(xiàn)安全、舒適、高效率行駛，油電混合動力系統(tǒng)采用EU

37、C實時監(jiān)控汽車各系統(tǒng)的運轉情況和能量消耗情況，進行精密且高速的綜合控制。電子控制系統(tǒng)控制原理：5.汽油發(fā)動機Pruis普銳斯中配備的INZ-FXE具有以下特點：高膨脹比循環(huán)高懸轉化采用VVT-i豐田普銳斯混合動力系統(tǒng)的特點與工作原理1.工作特點：豐田Prius普銳斯特點是低油耗、低尾氣排放量、良好的加速、運行安靜的傳動系統(tǒng)。TOYOTA油電混合動力系統(tǒng)是綜合了電動機和發(fā)動機兩大動力優(yōu)點的新一代動力系統(tǒng)。它高水平地滿足了現(xiàn)代汽車對低油耗、低尾氣排放量的要求，加速良好，運行安靜。1）低油耗的工作原理啟動時充分利用電動機啟動時的低速扭矩1）低油耗的工作原理低速、中速行駛時由高效利用能量的電動機驅動行

38、駛1）低油耗的工作原理一般行駛時低油耗的駕駛、使用發(fā)動機作為主要動力源1）低油耗的工作原理一般行駛時/剩余能量充電1）低油耗的工作原理全速行駛時利用雙動力來獲得更高一級的加速1）低油耗的工作原理減速/能量再生時將減速時的能量回收到HV蓄電池中1）低油耗的工作原理停車時動力系統(tǒng)全部停止2）低尾氣排放工作原理 降低油耗，控制尾氣排放。采用了三元催化劑和VVT-i，并改良了空燃比補償裝置、點火時間控制裝置、燃料蒸發(fā)排放物控制裝置及其它各種設備，從而有效地控制了有害氣體的產生，并增強了尾氣凈化性能。油電混合動力系統(tǒng)在以卓越的低油耗來減少燃料消耗，控制尾氣排放的同時，利用高效燃燒來抑制其它物質的產生，同

39、時還安裝各種尾氣凈化裝置，實現(xiàn)了低尾氣凈化排放。3）駕駛方便、動力強勁的工作原理駕駛方便： 動力強勁：（1）靈活控制電動機和發(fā)動機 （1）理想的動力系統(tǒng)控制（2）驅動輔助 （2）扭矩分配系統(tǒng)控制（3）電動機TRC（4）爬坡動力輔助（5）坡道啟動控制4）超群的靜謐性工作原理：EV驅動模式：僅利用電動機來進行低、中速行駛，并且徹底采取了各種吸音、隔音措施。油電混合動力系統(tǒng)使駕駛者在低速至中速段行駛時僅利用電動機的驅動力，利用電力帶動的電動機是非常安靜的驅動力，其行駛時的靜謐性遠遠超過發(fā)動機。Prius的靜謐性技術：Prius普銳斯在“EV駕駛模式”功能的基礎上，還采用了各種技術來降低發(fā)動機噪音以及

40、從發(fā)動機、車胎發(fā)出的透射聲，以保證車內和車外超群的靜謐性。其他混合動力汽車車型介紹別克君越eAssist混合動力車別克君越eAssist混動車的動力系統(tǒng)由發(fā)動機、電池組、電動機和控制器等組成。eAssist混動車的電池及能量管理系統(tǒng)別克君越eAssist屬于弱混系統(tǒng)，電機不但要負責發(fā)動機的啟動，同時還要完成自動啟停、能量回收、加速和起步助力等功能。奧迪Q5 hybrid奧迪Q5 Hybrid采用2.0TFSI發(fā)動機，為車輛提供了211馬力（155千瓦）的動力，電動機也能為車輛提供54馬力（40千瓦）的動力。在需要時，它們最大功率可達到245馬力（180千瓦），最大扭矩480牛米，比汽油版2.0

41、T車型提升了不少；油耗方面，7.4L/100km也較汽油版2.0T車型的9.6L/100km節(jié)省了很多。奧迪Q5 Hybrid混合動力系統(tǒng)的組成第四部分 動力電池技術動力電池系統(tǒng)是整車的能量源，為整車提供驅動電能。電池系統(tǒng)的體積、形狀和技術參數(shù)會影響電動汽車的行駛性能，是純電動汽車最重要的子系統(tǒng)之一。純電動汽車要求電動電池具有以下性能特點：1.能量密度高，以提高運行效率和續(xù)航里程。2.輸出功率密度高，以滿足駕駛性能要求。3.工作溫度范圍寬廣，以滿足夏季高溫和冬季低溫的運行需要。4.循環(huán)壽命長，保證電池的使用年限和行駛總里程。5.無記憶效應，以滿足車輛在使用時常處于非完全放電狀態(tài)下的充電需要。6

42、.自放電率小，滿足車輛較長時間的擱置需求。7.安全性好，可靠性高以及可循環(huán)利用。動力電池的概況汽車行業(yè)的發(fā)展是整個上下游產業(yè)鏈的發(fā)展，對于新能源汽車的崛起，動力電池的核心地位越來越突出。動力電池的關鍵技術，包括材料種類、安全性、電池標準、壽命、價格成本等。動力電池的發(fā)展決定著電動汽車的發(fā)展進程。國內動力電池發(fā)展中國2020年的基本的發(fā)展目標是，高比能量電池達到300瓦時每公斤，壽命1500次，成本8毛錢。在邁向高比能量鋰離子電池的過程中，機遇挑戰(zhàn)并存，安全問題將變得更加突出。能量比越高，挑戰(zhàn)越大。“中國必須進一步重視安全性，在安全性、耐久性、動力性三個問題中，最核心的是安全性問題”。動力電池的

43、常用類型：目前，電動汽車、混合動力電動汽車上應用最廣泛的電源是鉛酸蓄電池，正在發(fā)展的電源主要有鎳氫電池、鋰離子電池、飛輪電池及超級電容器等儲能裝置： 儲存能量、向外傳送能量和從外部吸收能量的裝置稱為儲能裝置。一般情況下，混合動力汽車或電動汽車的儲能裝置為動力電池。 電動汽車使用的動力電池可以分為化學電池、物理電池和生物電池三大類。1.化學電池將化學能直接轉變?yōu)殡娔艿难b置。主要部分是電解質溶液、浸在溶液中的正、負電極和連接電極的導線?；瘜W電池按工作性質分為原電池、蓄電池、燃料電池和儲備電池。1）原電池原電池是利用兩個電極之間金屬性的不同，產生電勢差，從而使電子的流動，產生電流。如圖4-1所示。又

44、稱非蓄電池，是電化電池的一種，其電化反應不能逆轉，即是只能將化學能轉換為電能，簡單說就即是不能重新儲存電力，與蓄電池相對。如鋅二氧化錳干電池 、鋰錳電池、鋅空氣電池、一次鋅銀電池等。2）蓄電池蓄電池又稱二次電池，是指電池在放電后可通過充電的方法使活性物質復原而繼續(xù)使用的電池，而這種充放電可以達數(shù)十次到上千次循環(huán)。如鉛酸蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池等。3）燃料電池電池(Fuel Cell)是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學能直接轉化為電能的發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進燃料電池，電就被生產出來。它從外表上看有正負極和電解質等，像一個蓄電池，但實質上它不能“儲電”而是一個“發(fā)電廠”。4）儲

45、備電池儲備電池是指電池正負極與電解質在儲存期間不直接接觸，使用前注入電解液或者使用其它方法使電液與正負極接觸，此后電池進入待放電狀態(tài)，如鎂電池、熱電池等。化學電池的其他分類方法：化學電池按電解質分為酸性電池、堿性電池、中性電池、有機電解質電池、非水無機電解質電池、固體電解質電池等。 化學電池按電池的特性分為高容量電池、密封電池、高功率電池、免維護電池、防爆電池等。 化學電池按正負極材料分為鋅錳電池系列、鎳鎘鎳氫系列、鉛酸系列、鋰電池系列等。2.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。 太陽能電池太陽能電池又稱為“太陽能芯片”或“光電池

46、”通過光電效應或者光化學效應直接把光能轉化成電能的裝置。3.生物電池生物電池（bio-fuel cells），是指將生物質能直接轉化為電能的裝置（生物質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化而來的）。生物質能能夠直接轉化為電能主要是因為生物體內存在與能量代謝關系密切的氧化還原反應。這些氧化還原反應彼此影響，互相依存，形成網(wǎng)絡，進行生物的能量代謝。如微生物電池、酶電池、生物太陽電池等。1）微生物電池微生物電池由陽極室和陰極室組成。有一個質子交換膜將兩極室分開?；痉磻愋头譃樗牟剑?) 在微生物的作用下，燃料發(fā)生氧化反應，同時釋放出電子。2)介體捕獲電子并將其運送至

47、陽極。3) 電子經(jīng)外電路抵達陰極，質子通過質子交換膜由陽極室進入陰極室。4)氧氣在陽極接收電子，發(fā)生氧化還原反應。陽極反應：C6H12O6+6H2O6CO2+24H+24e陰極反應：6O2+24H+24e-12H2O2）酶電池酶電池通常使用葡萄糖作為反應原料。反應原理如下：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：葡萄糖葡萄糖酸+2H+2e-陰極反應：H2O2+2H+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機構而制成的，線粒體是以葡萄糖為燃料的

48、酶電池的理想模型。動力電池的性能指標電動勢：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。 額定電壓： 開路電壓：電壓： 工作電壓： 終止電壓： 充電電壓：動力電池的性能指標 理論容量：容量： 額定容量： 實際容量：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，它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。比能量：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。它的比較電池性能優(yōu)劣的重要指標。動力電池的性能指標貯存性能：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。自放電：電

49、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。壽命：電池的真正壽命是指電池實際使用的時間長短。各種類型電池性能比較：電池類型比能量/(KW.h/kg)比功率/(W/kg)能量密度/(KW.h/L)功率密度/(W/L)循環(huán)壽命/次鉛酸蓄電池3513090500400-600鎳鎘蓄電池5517094278500以上鎳氫蓄電池802251434701000以上鋰離子蓄電池1002002157781200以上燃料電池50060-飛輪電池14800-25年各種動力電池性能介紹：1.鉛酸蓄電池:鉛酸蓄電池特性: 鉛酸蓄電池主要由正極極群、負極極群、電解液和容

50、器組成。它的正極是PbO2，負極是金屬Pb，正負極板放在硫酸的水溶液。鉛酸蓄電池單體工作電壓2V，工作電壓范圍為1.72.2V,最佳放電電流為2C。鉛酸蓄電池的組成： 蓄電池主要由正極板、負極板、隔板、蓄電池槽、蓄電池蓋、電解液、引出端子線、限壓閥等組成。部件名稱材 料作 用正極正極為鉛-銻-鈣合金欄板，內含氧化鉛為活性物質保證足夠的容量；使用中保持蓄電池容量，減小自放電長時間。負極負極為鉛-銻-鈣合金欄板，內含海綿狀纖維活性物質保證足夠的容量；使用中保持蓄電池容量，減小自放電長時間。隔板先進的多微孔AGM隔板保持電解液，防止正極與負極短路。隔板采用無紡超細玻璃纖維，在硫酸中化學性能穩(wěn)定。多孔

51、結構有助于保持活性物質反應所需的電解液防止正負極短路；保持電解液；防止活性物質從電極表面脫落。電解液在電池的電化學反應中，硫酸作為電解液傳導離子使電子能在電池正負極活性物質間轉移。外殼和蓋子在沒有特別說明下，外殼和蓋子為ABS樹脂提供電池正負極組合欄板放置的空間；具有足夠的機械強度可承受電池內部壓力。安全閥材質為具有優(yōu)質耐酸和抗老化的合成橡膠。帽狀閥中有氯丁二烯橡膠制成的單通道排氣閥電池內壓高于正常壓力時釋放氣體，保持壓力正常； 阻止氧氣進入。端子根據(jù)電池的不同，正負極端子可為連接片、棒狀、螺柱或引出線。端子的密封為可靠的粘結劑密封。 密封件的顏色：紅色為正極，黑色為負極密封端子有助于大電流放

52、電和長的使用壽命。鉛酸電池工作原理：放電過程：PbO2 + 2H2SO4 + Pb PbSO4 + 4H2O + PbSO4 (放電) 正極 電解液 負極 正極 電解液 負極充電過程： 充電過程是放電過程的逆反應，充電的生成物就是放電的反應物。 鉛酸蓄電池在充電后期和過充電時，會發(fā)生電解水的副反應，在電極上產生一定量的氣體。正極: 2H2O O2 + 4H+ + 4e負極:2H+ +2e H2工作過程如圖所示鉛酸蓄電池的優(yōu)點1）價格低廉。原材料容易得到而且價格便宜；技術成熟；生產方便；產品一致性好。2）比功率高。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

53、命長。其在25C下浮充狀態(tài)使用可達20年。4）使用安全。鉛酸蓄電池易于識別電池荷電狀態(tài)，可在較寬的溫度內使用，而且電性能穩(wěn)定可靠。5）再生率高。 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生。4）供電不穩(wěn)定。供電強弱隨溫度而變化,冬天只能釋放一半的電量5）使用壽命短，因具有記憶效應,在電池存有殘余電量時進行充電。6）污染嚴重。2鎳鎘、鎳氫電池 鎳鎘電池雖然具有大電流放電能力強、比能量高、維護簡單等特性,但存在記憶效應嚴重、使用壽命較短以及過度充電易發(fā)生爆炸等致命的缺點。此外,鎘是有毒的物質,一旦泄漏會污染生態(tài)環(huán)境。鎳鎘蓄電池的組

54、成：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。鎳鎘蓄電池工作原理：放電過程：負極反應：負極上的鎘失去兩個電子后變成二價鎘離子Cd2+，然后立即與溶液中的兩個氫氧根離子OH-結合生成氫氧化鎘Cd(OH)2，沉積到負極板上。 正極反應：正極板上的活性物質是氫氧化鎳（NiOOH）晶體。鎳為正三價離子（Ni3+），晶格中每兩個鎳離子可從外電路獲得負極轉移出的兩個電子，生成兩個二價離子2Ni2+。與此同時，溶液中每兩個水分子電離出的兩個氫離子進入正極板，與晶格上的兩個氧負離子結合，生成兩個氫氧根離子，然后與晶格上原有的兩個氫氧根

55、離子一起，與兩個二價鎳離子生成兩個氫氧化亞鎳晶體。 鎳鎘蓄電池工作原理：充電過程：負極反應：充電時負極板上的氫氧化鎘，先電離成鎘離子和氫氧根離子，然后鎘離子從外電路獲得電子，生成鎘原子附著在極板上，而氫氧根離子進入溶液參與正極反應。 正極反應：在外電源的作用下，正極板上的氫氧化亞鎳晶格中，兩個二價鎳離子各失去一個電子生成三價鎳離子，同時，晶格中兩個氫氧根離子各釋放出一個氫離子，將氧負離子留在晶格上，釋出的氫離子與溶液中的氫氧根離子結合，生成水分子。然后，兩個三價鎳離子與兩個氧負離子和剩下的二個氫氧根離子結合，生成兩個氫氧化鎳晶體。 鎳鎘電池的優(yōu)點(1)其內部抵抗力小，既內阻很小，可提供大電流，

56、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)與其它類型的電池比較，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原來的特性,。(3)由于單元電池采用金屬容器,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500次以上的充放電，非常的經(jīng)濟鎳鎘電池的缺點(1)鎳鎘電池有記憶效應,記憶效應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,一旦泄漏會污染生態(tài)環(huán)境。鎳氫電池鎳氫電池是二十世紀九十年代發(fā)展起來的一種新型綠色電池，具有高能量、長壽命、

57、無污染等特點，因而成為世界各國競相發(fā)展的高科技產品之一。鎳氫（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”，批量生產的成本約為鉛酸電池的四倍。鎳氫電池（Ni-MH）的材料構成Ni-MH 電池工作原理充電時正極反應：Ni(OH)2 + OH- NiOOH + H2O + e- 負極反應：M + H2O + e- MH + OH- 總反應：M + Ni(OH)2 MH + NiOOHNi-MH 電池工作原理放電時正極：NiOOH + H2O + e- Ni(OH)2 + OH- 負極：MH + OH- M + H2O + e- 總反應：

58、MH + NiOOH M + Ni(OH)2 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。3. 鋰離子電池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：充電池時，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質嵌入負極，負極處于富鋰狀態(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。鋰離子電池的結構組成鋰離子電池內部主要由正極、負極、電解質及隔膜組成，正負極及電解質材料的不同和工藝的差異使電池具有不同的性能，目前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

59、三元材料鎳鈷酸鋰，磷酸鐵鋰材料是目前最新研制的鋰離子電池正極材料；鋰離子電池負極主要是碳材料，新的負極材料有錫基、硅基、合金基材料（鈦酸鋰）等。鋰離子電池工作原理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。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。鋰離子電池具有優(yōu)越的性能(1)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。(2)質量比能量高達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。(3)體積比能量高達到400Wh/L，因此體積是相同能量鉛酸電池的二

60、分之一到三分之一。4)循環(huán)壽命長，循環(huán)次數(shù)可達10002000次。（5）自放電率低，每月不到10%。(6)無記憶效應，可以隨時隨地的進行充電。電池深度充放電，對電池的壽命影響不大。鋰離子電池的缺陷：(1)成本高主要是正極材料LiCoO2的價格高，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；(2)必須有特殊的保護電路，以防止過充。4.飛輪儲能器飛輪電池是90年代才提出的新概念電池，它突破了化學電池的局限，用物理方法實現(xiàn)儲能。眾所周知，當飛輪以一定角速度旋轉時，它就具有一定的動能，飛輪電池正是以其動能轉換成電能的。飛輪電池的結構與原理 飛輪電池系統(tǒng)由飛輪、電動機、