新能源汽車動力電池結(jié)構(gòu)與檢修12新能源汽車和動力電池的發(fā)展趨勢課件

1、1-2 新能源汽車和動力電池的發(fā)展趨勢知識目標(biāo)：1、了解動力電池和電動汽車的發(fā)展歷史；2、了解動力電池和電動汽車的未來發(fā)展趨勢。能力目標(biāo)：能邏輯清晰地闡述動力電池的未來發(fā)展趨勢。素質(zhì)目標(biāo)：1、培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、查找資料、制定計(jì)劃的能力；2、培養(yǎng)學(xué)生具備從事汽車行業(yè)工作的職業(yè)素養(yǎng)。學(xué)習(xí)檢測教學(xué)目標(biāo)主要內(nèi)容學(xué)習(xí)小結(jié)教學(xué)重點(diǎn)：動力電池的發(fā)展歷史和技術(shù)現(xiàn)狀教學(xué)難點(diǎn)：動力電池和電動汽車的發(fā)展趨勢學(xué)習(xí)檢測教學(xué)目標(biāo)主要內(nèi)容學(xué)習(xí)小結(jié)1.電池的發(fā)展歷史2.電機(jī)的發(fā)展歷史3.電動汽車的發(fā)展歷史4.主流新能源汽車技術(shù)及未來發(fā)展解析5.動力電池的現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢學(xué)習(xí)任務(wù)學(xué)習(xí)檢測主要內(nèi)容教學(xué)目標(biāo)學(xué)習(xí)小結(jié)一、電池的發(fā)展

2、歷史 1800年代，亞歷山大 伏特制成了人類歷史上最早的電池，后人稱之為伏特電池。 1830年，威廉姆斯特金解決了伏特電池的弱電流和極化問題，使電池的使用壽命大大延長。 1836年，約翰丹尼爾進(jìn)一步改進(jìn)了伏特電池，提高了伏特電池的穩(wěn)定性，后人稱之為丹尼爾電池。它是第一個可長時間持續(xù)供電的蓄電池。 1859年，法國科學(xué)家普蘭特加斯東(Plant Gaston)最早發(fā)明的一種能夠產(chǎn)生較大電流的可重復(fù)充電的鉛酸電池。 1899年Waldmar Jungner發(fā)明了Cd-Ni電池 ； 1901年愛迪生發(fā)明了Fe-Ni電池； 1984年荷蘭的飛利浦（Philips）公司成功研制出LaNi5儲氫合金，并制

3、備出Ni-MH電池。伏特電池的小故事1799年，伏特把一塊鋅板和一塊銀板浸在鹽水里，發(fā)現(xiàn)連接兩塊金屬的導(dǎo)線中有電流通過。于是，他就把許多鋅片與銀片之間墊上浸透鹽水的絨布或紙片，平疊起來。用手觸摸兩端時，會感到強(qiáng)烈的電流刺激。伏特用這種方法成功的制成了世界上第一個電池“伏特電堆”，成為早期電學(xué)實(shí)驗(yàn)、電報機(jī)的電力來源。伏特（左）向拿破侖（右）展示伏打電堆丹尼爾電池的小故事 1836年，英國的丹尼爾對“伏特電堆”進(jìn)行了改良。他使用稀硫酸作電解液，解決了電池極化問題，制造出第一個不極化，能保持平衡電流的鋅銅電池，又稱“丹尼爾電池”。普蘭特和他發(fā)明的鉛酸電池一、電池的發(fā)展歷史1991年，可充電的鋰離子蓄

4、電池問世，實(shí)驗(yàn)室制成的第一只18650型鋰離子電池容量僅為600mAh；1992年，SONY公司開始大規(guī)模生產(chǎn)民用鋰離子電池。1995年，日本索尼公司首先研制出100Ah鋰離子動力電池并在電動汽車上應(yīng)用，展示了鋰離子電池作為電動汽車用動力電池的優(yōu)越性能，引起了廣泛關(guān)注。二、電動機(jī)的發(fā)明1740年代，第一個電動馬達(dá)是由蘇格蘭僧侶安德魯戈登（Andrew Gordon）創(chuàng)建的簡單的靜電設(shè)備。1821年英國人邁克爾法拉第（Michael Faraday）發(fā)明電動機(jī)實(shí)驗(yàn)室模型，只要有電流通過線路，線路就會繞著一塊永久磁鐵不停地轉(zhuǎn)動，成為電動機(jī)發(fā)展的雛形。二、電動機(jī)的發(fā)明1827年，匈牙利物理學(xué)家安幼思

5、杰德利克（nyosJedlik）開始嘗試用電磁線圈進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，他的設(shè)備已包含今日直流電動機(jī)的三個主要組成部分：定子，轉(zhuǎn)子和換向器.1835年，美國一位鐵匠湯馬斯達(dá)文波特（Thomas Davenport）制作出世界上第一臺能驅(qū)動小電車的應(yīng)用電動機(jī)，并在1837年申請了專利。1870年代初期，世界上最早可商品化的電動機(jī)由比利時電機(jī)工程師Zenobe Theophile Gamme所發(fā)明。1888年，美國著名發(fā)明家尼古拉特斯拉應(yīng)用法拉第的電磁感應(yīng)原理，發(fā)明交流電動機(jī)，即為感應(yīng)電動機(jī)。1902年，瑞典工程師丹尼爾森利用特斯拉感應(yīng)電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場觀念，發(fā)明了同步電動機(jī)。達(dá)文波特及其發(fā)明的電動機(jī)三、電動汽

6、車的發(fā)展歷程第一階段 電動汽車的發(fā)明早在1830年代，蘇格蘭發(fā)明家羅伯特安德森(Robert Anderson)便成功地將電動機(jī)裝在一部馬車上，1842年又與托馬斯戴文波特(Thomas Davenport)合作，打造出世界上第一部以電池為動力的電動汽車，采用不可充電的玻璃封裝蓄電池，開創(chuàng)了電動車輛發(fā)展和應(yīng)用的歷史。1847年，美國人摩西法莫制造了第一輛以蓄電池為動力可乘坐兩人的電動汽車。三、電動汽車的發(fā)展歷程第二階段 電動汽車的發(fā)展1881年11月，法國人古斯塔夫特魯夫在巴黎展出了一臺電動三輪車。加上乘員后總重 量達(dá)到了160千克，時速達(dá)到了12千米。1882年，威廉姆愛德華阿頓和約翰培理也

7、制成了一輛電動三輪車，車上還配備了照明燈。這輛車的總重量提高到了168千克， 時速提高到了14.5千米。隨后的1890年，威廉姆莫瑞遜在美國制造了一輛能行駛13h、車速為14mile/h的電動汽車。1891年，美國人亨利莫瑞斯制成了第一輛電動四輪車，實(shí)現(xiàn)了從三輪向四輪的轉(zhuǎn)變，這是電動車向?qū)嵱没较蜻~出的重要一步。三、電動汽車的發(fā)展歷程1895年，由亨利莫瑞斯（Henry Morris）和皮德羅沙龍（Pedro Salom）制造的Electrobat，安裝了兩臺驅(qū)動電機(jī)，能以20mile/h的速度行駛 25mile三、電動汽車的發(fā)展歷程 1899年5月，一個名叫卡米勒 杰納茨(Camille J

8、enatzy)的比利時人駕駛一輛44kW雙電動機(jī)為動力的后輪驅(qū)動的子彈頭型電動汽車，創(chuàng)造了時速68mile (110km)的記錄，并且續(xù)駛里程達(dá)到了約290km。這也是世界上第一輛時速超過100公里的汽車。三、電動汽車的發(fā)展歷程 1900年，BGS公司生產(chǎn)的電動汽車創(chuàng)造了單次充電行駛180mile的最長里程紀(jì)錄，電動汽車在出租車領(lǐng)域得到應(yīng)用。三、電動汽車的發(fā)展歷程第三階段 電動汽車的繁榮19世紀(jì)末到1920年是電動車發(fā)展的一個高峰。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到1890年在全世界4200輛汽車中，有38%為電 動汽車，40%為蒸汽車，22%為內(nèi)燃機(jī)汽車。1900年，美國制造的汽車中，電動汽車為15755輛，蒸汽機(jī)

9、汽車為1684輛，而汽油機(jī)汽車只有936輛。到了 1911年，就已經(jīng)有電動出租汽車在巴黎和倫敦的街頭 上運(yùn)營。美國首先實(shí)現(xiàn)了早期電動車的商業(yè)運(yùn)營，成為發(fā)展最快、 應(yīng)用最廣的國家。三、電動汽車的發(fā)展歷程愛迪生的電動汽車1910年的電動汽車廣告三、電動汽車的發(fā)展歷程第四階段 電動汽車的衰落在美國得克薩斯州發(fā)現(xiàn)了石油，使得汽油價格下跌，大大降低了汽油車的使用成本。在18901920年期間，全世界石油生產(chǎn)量增長了10倍。1911年，查爾斯科特林(Charles Kettering)發(fā)明了內(nèi)燃機(jī)自動啟動技術(shù)；1908年，福特汽車公司推出了T型車，并開始大批量生產(chǎn)，內(nèi)燃機(jī)汽車的成本大幅度下降，1912年電

10、動車售價1750美元，而汽油車只要650美元。1913年，福特(Ford)建立了內(nèi)燃機(jī)汽車裝配流水線，幾乎使裝配速度提高了8倍，最終使每工作日每隔10秒鐘就有一臺T型車駛下生產(chǎn)線。內(nèi)燃機(jī)汽車進(jìn)入了標(biāo)準(zhǔn)化、大批量生產(chǎn)階段。亨利-福特以大批量流水線生產(chǎn)方式生產(chǎn)汽油車使得汽油車價格更加低廉，使其價格從1909年的850美元降到了1925年的260美元。內(nèi)燃機(jī)汽車應(yīng)用方便、價格低廉的優(yōu)點(diǎn)逐步顯現(xiàn)。三、電動汽車的發(fā)展歷程第五階段 電動汽車的復(fù)蘇 二次世界大戰(zhàn)后歐洲和日本的石油供給緊張，電動汽車在局部地區(qū)出現(xiàn)了復(fù)蘇跡象。1943年，僅僅在日本就有3000多輛電動汽車處于注冊狀態(tài)。 20世紀(jì)40年代，電動汽

11、車?yán)m(xù)駛里程只有5060km，最高時速僅為3035kn/h，其性能僅能滿足短途、低速運(yùn)輸?shù)男枰?進(jìn)入20世紀(jì)60年代，內(nèi)燃機(jī)汽車大批量使用導(dǎo)致了嚴(yán)重的空氣污染。不僅如此，更嚴(yán)重的是內(nèi)燃機(jī)汽車對石油的過分依賴，導(dǎo)致一系列的政治問題和國家安全問題。 20世紀(jì)70年代初，世界石油危機(jī)對美國乃至世界經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生了重大影響，而電動汽車由于其良好的環(huán)保性能和能擺脫對石油的依賴性，重新得到社會各界的重視。四、主流新能源汽車技術(shù)及未來發(fā)展解析 地球上石油資源還能供人類用多久？答案無論是數(shù)十年還是百年后，作為非再生資源，總有一天會在地球消失，同時環(huán)保壓力也迫使取代燃料的大勢所趨，因此推廣新能源汽車幾乎成為現(xiàn)在全球矚

12、目的戰(zhàn)略方針，相對而言，日本汽車企業(yè)的混合動力車開發(fā)技術(shù)和產(chǎn)品水平居世界領(lǐng)先，美國汽車企業(yè)以純電動汽車為主，歐洲汽車企業(yè)則更關(guān)注燃料電池車1、油電混合動力技術(shù)過渡階段新能源最佳解決方案，其技術(shù)特點(diǎn)是：兼具動力性、舒適性與燃油經(jīng)濟(jì)性且技術(shù)成熟?；旌蟿恿χ冈谲囕v動力系統(tǒng)中采用兩種不同動力源的一種技術(shù)，目前更側(cè)重于指油電混合動力。通常降低油耗的方法包括采用小排量發(fā)動機(jī)、減少怠速運(yùn)行時間、進(jìn)行發(fā)動機(jī)工作點(diǎn)優(yōu)化、采用輔助能源或者替代能源以及減少摩擦損失和回收制動能量等，輔助發(fā)動機(jī)的電動馬達(dá)可以在啟動的瞬間產(chǎn)生強(qiáng)大的動力，因此，車主可以享受更強(qiáng)勁的起步、加速，實(shí)現(xiàn)較高水平的燃油經(jīng)濟(jì)性。1、油電混合動力技術(shù)

13、優(yōu)點(diǎn)： （1）和汽油車一樣到加油站加油，不用改變汽車的使用習(xí)慣；政府和企業(yè)推廣這種產(chǎn)品也無須投資新建充電裝置或加氣站。 （2）燃油經(jīng)濟(jì)性能高，而且行駛性能優(yōu)越，混合動力汽車的發(fā)動機(jī)要使用燃油，而且在起步、加速時，由于有電動馬達(dá)的輔助，所以可以降低油耗，可關(guān)停內(nèi)燃機(jī)，由電池單獨(dú)驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)“零”排放。 （3）動力性優(yōu)于同排量的單純內(nèi)燃機(jī)汽車，特別是在起步加速時，電動機(jī)可以有效地彌補(bǔ)內(nèi)燃機(jī)低轉(zhuǎn)速扭矩力不足的弱點(diǎn) （4）減少車內(nèi)的機(jī)械噪音、低速或怠速時采用電動機(jī)工作。1、油電混合動力技術(shù)缺點(diǎn)：（1）產(chǎn)品定價過高，電動機(jī)和內(nèi)燃機(jī)兩套動力系統(tǒng)的造價遠(yuǎn)比一套動力系統(tǒng)的成本高。（2）長時間高速或勻速行駛不省油

14、。因?yàn)榛旌蟿恿嚾加拖纳系膬?yōu)勢主要依靠勢能積蓄電力節(jié)能，換句話說，混合動力車在行駛中越是頻繁制動減速、或頻繁地起步停車就會相對更為節(jié)能。而如果處于長時間勻速行駛，其節(jié)能效果就會相應(yīng)降低。從混動程度分類，主要可以分為輕/微混動、中度混動、全混動三種方式，完全是根據(jù)電力與燃油參與的比重來劃分的，其中全混動模式是重點(diǎn)。2、混動雙模技術(shù) 現(xiàn)階段前景最好的新能源技術(shù)，其技術(shù)特點(diǎn)是：集純電動+油電混動于一身、屬于混動技術(shù)升級版。雙模混動技術(shù)系統(tǒng)，顧名思義，就是將原有的油電混合技術(shù)上增加了可充電功能，形成由電機(jī)和電機(jī)配合發(fā)動機(jī)向車輛輸出動力的兩種驅(qū)動模式，不僅降低了油耗及排放，更極大的提高了動力和操控性能

15、，既可充電，又可加油的多種能源補(bǔ)充方式，實(shí)現(xiàn)了真正意義的雙動力混合系統(tǒng)，成為現(xiàn)階段最有前景的新能源技術(shù)，至少相比單純的油電混動系統(tǒng)，在短途中完全可實(shí)現(xiàn)純電動行駛，實(shí)現(xiàn)零污染零排放。2、混動雙模技術(shù)在售代表車型：比亞迪秦、雪佛蘭Volt、插電式普銳斯。比亞迪秦，市場售價：18.98萬-20.98萬（最高補(bǔ)貼7萬元）。2、混動雙模技術(shù)優(yōu)點(diǎn)： 在油電混合動力的前提下，增加插電式功能，短途中完全可實(shí)現(xiàn)純電動零污染零排放行駛，相比普通混動車型，可享受國家3.5萬的新能源補(bǔ)貼政策，部分地區(qū)最高可達(dá)7萬元。缺點(diǎn)： 目前技術(shù)并不完善，充電設(shè)施少，實(shí)際使用還是以內(nèi)燃機(jī)為主，同時進(jìn)口車型價格昂貴，自主品牌價格有優(yōu)

16、勢但品牌影響力不足。比亞迪秦和雪佛蘭Volt兩個代表，在應(yīng)用中并不相同，特別是在電池能量耗盡的情況下，秦更多的依賴燃油發(fā)動機(jī)去行駛，而Volt發(fā)動機(jī)更多扮演的是充電增程的作用，多數(shù)情況下發(fā)動機(jī)并不參與行駛工作，而不是像其他派系的產(chǎn)品那樣，直接變成燃油車。3、純電動技術(shù) 門檻較低，新能源方案/電池續(xù)航?jīng)Q定發(fā)展，其技術(shù)特點(diǎn)是：噪聲低、無污染、結(jié)構(gòu)簡單、扭矩大、成本低但續(xù)航是難題。在售代表車型：特斯拉MODEL S、比亞迪E6、北汽E150ev。 目前人們所說的電動汽車多是指純電動汽車，是一種采用蓄電池作為動力源的汽車。它利用蓄電池作為儲能動力源，通過電池向電機(jī)提供電能，驅(qū)動電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而推動汽車

17、前進(jìn)。從外形看，電動汽車與日常汽車并沒有什么區(qū)別，區(qū)別主要在于動力源及其驅(qū)動系統(tǒng)，即純電動汽車的電動機(jī)相當(dāng)于傳統(tǒng)汽車的發(fā)動機(jī)，蓄電池相當(dāng)于原來的油箱。3、純電動技術(shù)代表車型解析：特斯拉Model s，市場售價：73.4萬-85.25萬。特斯拉Model S單次充電可持續(xù)行駛480公里，最高時速超過200公里，百公里加速4.4秒。3、純電動技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：零排放，在行駛中無廢氣排出，不污染環(huán)境，比燃油機(jī)機(jī)驅(qū)動汽車的能源利用率要高，扭矩性能遠(yuǎn)超燃油機(jī)，同時省去了發(fā)動機(jī)、變速器、油箱、冷卻和排氣系統(tǒng)，所以結(jié)構(gòu)較簡單，行駛中并沒有噪音，政府補(bǔ)貼支持。缺點(diǎn)：電池技術(shù)瓶頸，巡航里程較短，電池存在壽命問題，充電地

18、點(diǎn)稀少且充電時間較長。新能源汽車經(jīng)歷了幾年的純電動熱之后，當(dāng)前進(jìn)入一個迷茫期，純電動的續(xù)航里程、價格、充電時間等幾座大山依舊是技術(shù)難點(diǎn)，令消費(fèi)者很難接受現(xiàn)在的技術(shù)狀態(tài)，長途行駛無法滿足正常應(yīng)用，同時燃油價格下降使消費(fèi)者降低購買熱情。但不可否認(rèn)，但各國對環(huán)境的保護(hù)政策成為眾多汽車廠商發(fā)展的動力。4、氫燃料電池技術(shù) 未來或可成為新能源最終發(fā)展趨勢，其技術(shù)特點(diǎn)是：保養(yǎng)費(fèi)用低/使用低成本/可靠性高/無污染/加注快。 相比充電續(xù)航困難的純電動汽車，燃料技術(shù)在汽車中的應(yīng)用具有十分廣闊的前景，或?qū)⒊蔀樾履茉雌嚨挠忠话l(fā)展方向。目前我們可看到的基本上以天然氣為主，采用內(nèi)燃技術(shù)，盡管節(jié)油且環(huán)保，但始終效率不高且

19、攜帶容量并不大，無法滿足長途需求，此時氫燃料電池誕生，燃料電池?zé)o需燃燒即可從氫中提取化學(xué)能源，其原理類似于電解的反向作用：通過電化處理將兩種氣體合成水，并產(chǎn)生電流，在這個過程中，燃料電池釋放出水蒸汽和熱量。4、氫燃料電池技術(shù)代表車型：豐田宣布旗下首款氫燃料電池車Mirai于2014年12月15日上市。4、氫燃料電池技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：無污染、無噪音、高效率且加注快缺點(diǎn)：氫氣的儲存和采集技術(shù)無法一時普及，制作成本較高本質(zhì)上講，燃料電池動力車并沒有內(nèi)燃機(jī)的參與，算是一種全新電動車，配有一個可充氫氣的燃料箱，沒有笨重的電池，且功率比內(nèi)燃機(jī)高3到4倍，它解決了長期困擾電池動力車的兩大難題：續(xù)航里程有限和充電時間

20、過長。最新數(shù)字顯示，一箱氫氣可供燃料電池動力車行駛480公里，而充滿一箱氫氣只需5分鐘。和電池動力車一樣，它被歸為“零排放汽車”。五、動力電池的現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢1、電動汽車上使用的主流動力電池：電池類型鉛酸蓄電池鎳鎘電池鎳氫電池鋰電池比能量/(Wh/kg)35電動汽車上使用的主流動力電池556070120比功率/（W/kg）1301701701000以上循環(huán)壽命/次400600500以上1000以上1000以上優(yōu)點(diǎn)技術(shù)成熟、廉價、可靠性高比能量較高、壽命長、耐過充放性好比能量高、壽命長比能量高、壽命長缺點(diǎn)比能量低、耐過充放性差鎘有毒、有記憶效應(yīng)、價格較高、高溫充電性差價格高、高溫充電性差價高

21、、存在一定安全性問題2、鋰動力電池未來的發(fā)展趨勢 在車用動力源方面，主要有四種技術(shù)路線：鋰離子電池、氫燃料電池、超級電容和鋁空氣電池。其中鋰離子電池、超級電容和氫燃料電池都已得到了應(yīng)用，而鋁空氣電池尚處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。能源補(bǔ)給方面，鋰離子電池、超級電容適用于純電動汽車，但是需要外部充電，而氫燃料電池汽車則需要外部氫氣加注，鋁空氣電池則需要補(bǔ)充鋁板和電解液。就目前來看，鋰離子電池在未來相當(dāng)長的一段時間內(nèi)還是要占據(jù)主要發(fā)展空間的。2、鋰動力電池未來的發(fā)展趨勢技術(shù)路線優(yōu)勢劣勢應(yīng)用氫燃料電池比能量高，功率密度高環(huán)保無污染系統(tǒng)復(fù)雜，氫基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)落后氫燃料電池環(huán)保性能高，適合于客車和重載卡車等商用車，且具有行駛里程長的特點(diǎn)鋰電池比能量高，循環(huán)性能，無記憶效應(yīng)，環(huán)保無污染初期購置成本高，充電時間長用于300公里以內(nèi)的短途純電動汽車超級電容功率密度高，充電時間短，使用壽命長能量密度太低續(xù)航里程太短，不能作為電動汽車的主電源，大多作為輔助電源，用于快速啟動裝置和制動能量回收裝置鋁空氣電池價格便宜，能量密度高，質(zhì)量輕，體積小存在空氣電極極化和氫氧化鋁沉降等問題，