電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池

1、第2章 電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池 (一)2.1 概述(i sh)2.2 鉛酸蓄電池2.3 鎳氫電池2.4 鋰離子電池新能源汽車(qch)技術(shù) 第 1 頁共八十三頁2.1 概述(i sh) 電池是電力汽車的動(dòng)力源，是能量的存貯裝置。要使電動(dòng)汽車能與燃油汽車相競爭，關(guān)鍵是開發(fā)住比能量高、比功率大、使用壽命長、成本低的電池。 電動(dòng)汽車使用的動(dòng)力電池可以分為化學(xué)電池、物理(wl)電池和生物電池三大類。新能源汽車技術(shù) 第 2 頁共八十三頁2.1.1 電動(dòng)汽車動(dòng)力電池分類(fn li)1化學(xué)電池 利用物質(zhì)(wzh)的化學(xué)反應(yīng)發(fā)電。 化學(xué)電池按工作性質(zhì)分為原電池、蓄電池、燃料電池和儲(chǔ)備電池。2物理電池 物理電池是

2、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(jí)電容器、飛輪電池等。3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、生物太陽電池等。新能源汽車技術(shù) 第 3 頁共八十三頁2.1.2 電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池的性能指標(biāo) 1電壓 （1）端電壓（2）開路(kil)電壓（3）電動(dòng)勢（4）額定電壓（5）放電電壓（6）終止電壓新能源汽車(qch)技術(shù) 第 4 頁共八十三頁2.1.2 電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池的性能指標(biāo)2容量 （1）理論容量 （2）實(shí)際(shj)容量（3）標(biāo)稱容量（4）額定容量 （5）荷電狀態(tài) 新能源汽車(qch)技術(shù) 第 5 頁共八十三頁2.1.2 電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池

3、的性能指標(biāo)3內(nèi)阻 電流流過電池內(nèi)部受到的阻力，使電池電壓降低(jingd)，此阻力稱為電池內(nèi)阻。由于電池內(nèi)阻作用，電池放電時(shí)端電壓低于電動(dòng)勢和開路電壓。充電時(shí)端電壓高于電動(dòng)勢和開路電壓。4能量 電池的能量是指在一定放電制度下，電池所能輸出的電能，單位是Wh或kWh。它影響電動(dòng)汽車的行駛距離。 新能源汽車(qch)技術(shù) 第 6 頁共八十三頁2.1.2 電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池的性能指標(biāo)（1）理論能量(nngling)（2）實(shí)際能量（3）比能量（4）能量密度 新能源汽車(qch)技術(shù) 第 7 頁共八十三頁2.1.2 電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池的性能指標(biāo)5功率 電池的功率是指電池在一定放電(fng din)制度下

4、，單位時(shí)間內(nèi)所輸出能量的大小，單位為瓦（W）或千瓦（kW）。（1）比功率（2）功率密度 新能源汽車(qch)技術(shù) 第 8 頁共八十三頁2.1.2 電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池的性能指標(biāo)6輸出效率 （1）容量效率 式中， 為電池的容量效率； 為電池放電時(shí)輸出的容量； 為電池充電(chng din)時(shí)輸入的容量。新能源汽車(qch)技術(shù) 第 9 頁共八十三頁2.1.2 電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池的性能指標(biāo)（2）能量效率(xio l) 能量效率也稱電能效率，是指電池放電時(shí)輸出的能量與充電時(shí)輸入的能量之比，即 式中， 為電池的能量效率； 為電池放電時(shí)輸出的能量； 為電池充電時(shí)輸入的能量。 新能源汽車(qch)技術(shù) 第

5、10 頁共八十三頁2.1.2 電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池的性能指標(biāo)7自放電率 自放電率是指電池在存放期間容量的下降率，即電池?zé)o負(fù)荷時(shí)自身放電使容量損失的速度。 自放電率 式中， 為電池存儲(chǔ)前的容量（Ah）； 為電池存儲(chǔ)后的容量（Ah）； 為電池存儲(chǔ)的時(shí)間(shjin)，常用天、月計(jì)算。 新能源汽車(qch)技術(shù) 第 11 頁共八十三頁2.1.2 電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池的性能指標(biāo)8放電速率（放電率） 放電速率一般用電池在放電時(shí)的時(shí)間(shjin)或放電電流與額定電流的比例來表示。 （1）時(shí)率（時(shí)間率） 電池以某種電流強(qiáng)度放電，放完額定容量所經(jīng)過的放電時(shí)間。汽車用電池一般用20h率容量表示。 （2）倍率（電流

6、率） 電池以某種電流強(qiáng)度放電的數(shù)值為額定容量數(shù)值的倍數(shù)。新能源汽車(qch)技術(shù) 第 12 頁共八十三頁2.1.2 電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池的性能指標(biāo)9使用壽命使用壽命(shumng)是指電池在規(guī)定條件下的有效壽命(shumng)期限。電池發(fā)生內(nèi)部短路或損壞而不能使用，以及容量達(dá)不到規(guī)范要求時(shí)電池使用失效，這時(shí)電池的使用壽命(shumng)終止。電池的使用壽命包括使用期限和使用周期。使用期限是指電池可供使用的時(shí)間，包括電池的存放時(shí)間。使用周期是指電池可供重復(fù)使用的次數(shù)。新能源汽車(qch)技術(shù) 第 13 頁共八十三頁2.1.3 電動(dòng)汽車對(duì)動(dòng)力電池的要求(yoqi)電動(dòng)汽車對(duì)動(dòng)力電池的要求主要有：（1

7、）比能量高（2）比功率大（3）充放電效率高（4）相對(duì)(xingdu)穩(wěn)定性好（5）使用成本低（6）安全性好 ； 新能源汽車技術(shù) 第 14 頁共八十三頁2.2 鉛酸蓄電池 鉛酸蓄電池自1859年發(fā)明以來，其使用和發(fā)展已有100多年的歷史，廣泛用作內(nèi)燃機(jī)汽車的起動(dòng)動(dòng)力源。電動(dòng)汽車用鉛酸蓄電池要用于給電動(dòng)汽車提供動(dòng)力，它的主要發(fā)展方向是提高比能量(nngling)，增大循環(huán)使用壽命。新能源汽車(qch)技術(shù) 第 15 頁共八十三頁2.2.1 鉛酸蓄電池的發(fā)展(fzhn)動(dòng)態(tài)日本GS公司生產(chǎn)的SER60電池比能量為34Wh/kg，能量密度為91Wh/L，比功率為300 W/kg（50%DOD）；日本松

8、下公司生產(chǎn)的動(dòng)力型鉛酸蓄電池循環(huán)壽命已突破1000次（80%DOD。美國BPC公司和Trojon公司開發(fā)的雙極性密封鉛蓄電池，正負(fù)極位于同一片導(dǎo)體的兩側(cè)面，用吸液式纖維隔板貯存(zhcn)電解液組成密封電池。其額定電壓為180V，容量為60Ah，比能量50Wh/kg，峰值比功率700W/kg，循環(huán)壽命1000次，預(yù)計(jì)使用壽命10年。新能源汽車技術(shù) 第 16 頁共八十三頁2.2.1 鉛酸蓄電池的發(fā)展(fzhn)動(dòng)態(tài)國內(nèi)研制開發(fā)的電動(dòng)汽車用水平極板(j bn)鉛酸蓄電池已經(jīng)達(dá)到了以下性能指標(biāo)：3h率比能量45Wh/kg，10min持續(xù)比功率80W/kg，快速充電性能45h100%充電,1520mi

9、n70%充電，80%DOD壽命600次。鉛酸蓄電池作為純電動(dòng)汽車動(dòng)力電源在比能量、深放電循環(huán)壽命、快速充電等方面均比鎳氫電池、鋰離子電池差，不適合于電動(dòng)轎車。但由于其價(jià)格低廉，國內(nèi)外將它的應(yīng)用定位在速度不高、路線固定、充電站設(shè)立容易規(guī)劃的車輛。 新能源汽車技術(shù) 第 17 頁共八十三頁2.2.2 鉛酸蓄電池的分類(fn li)與結(jié)構(gòu)1鉛酸蓄電池的分類（1）免維護(hù)鉛酸蓄電池 免維護(hù)鉛酸蓄電池由于自身結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢，電解液的消耗量非常小，在使用壽命內(nèi)基本(jbn)不需要補(bǔ)充蒸餾水。它具有耐震、耐高溫、體積小、自放電小的特點(diǎn)。使用壽命一般為普通鉛酸蓄電池的兩倍。 新能源汽車技術(shù) 第 18 頁共八十三頁2

10、.2.2 鉛酸蓄電池的分類(fn li)與結(jié)構(gòu) 市場上的免維護(hù)鉛酸蓄電池也有兩種： （1）在購買時(shí)一次性加電解液以后使用中不需要添加補(bǔ)充(bchng)液； （2）電池本身出廠時(shí)就已經(jīng)加好電解液并封死，用戶根本就不能加補(bǔ)充液。 新能源汽車技術(shù) 第 19 頁共八十三頁2.2.2 鉛酸蓄電池的分類(fn li)與結(jié)構(gòu)（2）閥控密封式鉛酸蓄電池 閥控密封式鉛酸蓄電池(dinch)在使用期間不用加酸加水維護(hù)，電池(dinch)為密封結(jié)構(gòu)，不會(huì)漏酸，也不會(huì)排酸霧，電池(dinch)蓋子上設(shè)有溢氣閥（也叫安全閥），該閥的作用是當(dāng)電池(dinch)內(nèi)部氣體量超過一定值，即當(dāng)電池(dinch)內(nèi)部氣壓升高到一定

11、值時(shí)，溢氣閥自動(dòng)打開，排出氣體，然后自動(dòng)關(guān)閉，防止空氣進(jìn)入電池(dinch)內(nèi)部。新能源汽車技術(shù) 第 20 頁共八十三頁2.2.2 鉛酸蓄電池的分類(fn li)與結(jié)構(gòu) 閥控密封式鉛酸蓄電池分為AGM和GEL（膠體） 電池兩種： （1）AGM采用吸附式玻璃纖維棉（Absorbed Glass Mat）作隔膜(gm)，電解液吸附在極板和隔膜(gm)中，電池內(nèi)無流動(dòng)的電解液，電池可以立放工作，也可以臥放工作； （2）膠體（GEL）SiO2作凝固劑，電解液吸附在極板和膠體內(nèi)，一般立放工作。無特殊說明，皆指AGM電池。 新能源汽車技術(shù) 第 21 頁共八十三頁2鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)(jigu)2.2.2 鉛

12、酸蓄電池的分類(fn li)與結(jié)構(gòu)新能源汽車技術(shù) 第 22 頁共八十三頁2.2.3 鉛酸蓄電池的特點(diǎn)(tdin) 1鉛酸蓄電池的優(yōu)點(diǎn) （1）除鋰離子電池，鉛酸蓄電池電壓(diny)最高，為2. 0V；（2）價(jià)格低廉；（3）可制成小至lAh大至幾千Ah各種結(jié)構(gòu)蓄電池；（4）高倍率放電性能良好，可用于引擎啟動(dòng)；（5）高低溫性能良好，可在-4060條件下工作；（6）電能效率高達(dá)60%；（7）易于浮充使用，沒有“記憶”效應(yīng)； （8）易于識(shí)別荷電狀態(tài)。新能源汽車技術(shù) 第 23 頁共八十三頁2.2.3 鉛酸蓄電池的特點(diǎn)(tdin)2鉛酸蓄電池的缺點(diǎn)（1）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

13、電行駛里程(lchng)短；（2）使用壽命短，使用成本高；（3）充電時(shí)間長；（4）鉛是重金屬，存在污染 。新能源汽車技術(shù) 第 24 頁共八十三頁2.2.4 鉛酸蓄電池的工作(gngzu)原理 鉛酸蓄電池是酸性蓄電池，其化學(xué)反應(yīng)式為 充電時(shí)，把鉛板分別和直流電源的正、負(fù)極相連(xin lin)，進(jìn)行充電電解，陰極的還原反應(yīng)為 新能源汽車技術(shù) 第 25 頁共八十三頁2.2.4 鉛酸蓄電池的工作(gngzu)原理陽極的氧化反應(yīng)為充電時(shí)的總反應(yīng)為 隨著電流的通過(tnggu)， 在陰極上變成蓬松的金屬鉛，在陽極上變成黑褐色的二氧化鉛，溶液中有 生成。 新能源汽車技術(shù) 第 26 頁共八十三頁2.2.4

14、鉛酸蓄電池的工作(gngzu)原理放電時(shí)蓄電池陰極的氧化反應(yīng)為由于硫酸的存在， 立即生成難溶解(rngji)的 。陽極的還原反應(yīng)為 同樣，由于硫酸的存在， 也立即生成 。放電時(shí)總的反應(yīng)為新能源汽車技術(shù) 第 27 頁共八十三頁2.2.4 鉛酸蓄電池的工作(gngzu)原理 蓄電池充電的時(shí)候(sh hou)，隨著電池端電壓的升高，水開始被電解，當(dāng)電池電壓達(dá)到約2.39V/單體時(shí)，水的電解不可忽視。水電解時(shí)陽極和陰極的化學(xué)反應(yīng)式為 陽極給出電子，陰極得到電子，從而形成了回路電流。端電壓越高，電解水也越激烈，此時(shí)充入的大部分電荷參加水電解，形成活性物質(zhì)很少。新能源汽車技術(shù) 第 28 頁共八十三頁2.2

15、.5 鉛酸蓄電池的充放電特性(txng)鉛酸蓄電池的放電(fng din)曲線1鉛酸蓄電池的放電特性新能源汽車技術(shù) 第 29 頁共八十三頁2鉛酸蓄電池的充電(chng din)特性鉛酸蓄電池的充電(chng din)曲線2.2.5 鉛酸蓄電池的充放電特性新能源汽車技術(shù) 第 30 頁共八十三頁1蓄電池常規(guī)(chnggu)充電方法 1）恒流充電(chng din)法2.2.6 鉛酸蓄電池的充電方法恒流充電曲線新能源汽車技術(shù) 第 31 頁共八十三頁 2）分段電流(dinli)充電法 二階段(jidun)法充電曲線2.2.6 鉛酸蓄電池的充電方法新能源汽車技術(shù) 第 32 頁共八十三頁3）恒壓充電(ch

16、ng din)法恒壓充電(chng din)法曲線2.2.6 鉛酸蓄電池的充電方法新能源汽車技術(shù) 第 33 頁共八十三頁4）恒壓限流充電法 在充電第一階段，用恒定的電流充電；在電池電壓達(dá)到一定電壓后，維持此電壓恒定不變，轉(zhuǎn)為第二階段的恒壓充電過程，當(dāng)充電電流下降到一定值后，繼續(xù)維持恒壓充電大約(dyu)一小時(shí)即可停止充電。2.2.6 鉛酸蓄電池的充電(chng din)方法新能源汽車技術(shù) 第 34 頁共八十三頁1）蓄電池快速充電的原理 快速充電要想方設(shè)法加快(ji kui)電池的化學(xué)反應(yīng)速度(提高充電電壓或電流等)，使之充電速度得到最大的提高； 快速充電又要保證負(fù)極的吸收能力，使負(fù)極能夠跟得上

17、正極氧氣產(chǎn)生的速度，同時(shí)要盡可能的消除電池的極化現(xiàn)象。2.2.6 鉛酸蓄電池的充電(chng din)方法2. 蓄電池快速充電法新能源汽車技術(shù) 第 35 頁共八十三頁2)幾種(j zhn)蓄電池快速充電方法(1）脈沖(michng)式充電法 脈沖式充電曲線 2.2.6 鉛酸蓄電池的充電方法新能源汽車技術(shù) 第 36 頁共八十三頁(2）變電流間歇(jin xi)充電法 變電流(dinli)間歇充電曲線 2.2.6 鉛酸蓄電池的充電方法新能源汽車技術(shù) 第 37 頁共八十三頁(3）變電壓間歇(jin xi)充電法 2.2.6 鉛酸蓄電池的充電(chng din)方法變電壓間歇充電曲線新能源汽車技術(shù) 第

18、 38 頁共八十三頁2.2.7 鉛酸蓄電池SOC估計(jì)(gj) 電池剩余容量(rngling)的多少一般用電池荷電狀態(tài)（SOC）來描述。電池荷電狀態(tài)是無量綱量，既可以反映電池剩余電量，也可以反映電池消耗的電量。 目前國內(nèi)外蓄電池常用的荷電狀態(tài)估計(jì)的方法主要有放電實(shí)驗(yàn)法、安時(shí)計(jì)量法、開路電壓法、負(fù)載電壓法、電化學(xué)阻抗頻譜法、內(nèi)阻法、線性模型法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和卡爾曼濾波法等。新能源汽車技術(shù) 第 39 頁共八十三頁2.2.7 鉛酸蓄電池SOC估計(jì)(gj)1放電實(shí)驗(yàn)法 放電實(shí)驗(yàn)法是最可靠(kko)的電池SOC估計(jì)方法，采用恒定電流進(jìn)行連續(xù)放電，放電電流與時(shí)間的乘積即為剩余電量。 放電實(shí)驗(yàn)法在實(shí)驗(yàn)室中經(jīng)常使

19、用，適用于所有電池，但它也存在缺點(diǎn)：一花費(fèi)時(shí)間長，二要必須中斷蓄電池正在進(jìn)行的工作。 新能源汽車技術(shù) 第 40 頁共八十三頁2.2.7 鉛酸蓄電池SOC估計(jì)(gj)2安時(shí)計(jì)量法 安時(shí)（A.h）計(jì)量法是目前最常用的電池(dinch)SOC估計(jì)方法。SOC表示為 式中， 為額定容量； 為電池電流； 為充放電效率。 新能源汽車技術(shù) 第 41 頁共八十三頁2.2.7 鉛酸蓄電池SOC估計(jì)(gj)3開路電壓法 電池的開路電壓在數(shù)值上接近電池電動(dòng)勢。鉛酸蓄電池電動(dòng)勢是電解液濃度(nngd)的函數(shù)，電解液密度隨電池放電成比例降低，用開路電壓可估計(jì)蓄電池SOC。 該方法只適用于電動(dòng)汽車駐車狀態(tài)。在充電初期和末

20、期用開路電壓法估計(jì)電池SOC效果好，一般常與安時(shí)計(jì)量法結(jié)合使用。 新能源汽車技術(shù) 第 42 頁共八十三頁2.2.7 鉛酸蓄電池SOC估計(jì)(gj)4負(fù)載電壓法 電池放電開始瞬間(shn jin)，電壓迅速從開路電壓狀態(tài)進(jìn)入負(fù)載電壓狀態(tài)，在電池負(fù)載電流保持不變時(shí)，負(fù)載電壓隨電池SOC變化的規(guī)律與開路電壓隨電池SOC的變化規(guī)律相似。 負(fù)載電壓法很少應(yīng)用到實(shí)車上，但常用來作為電池充放電截止的判據(jù)。新能源汽車技術(shù) 第 43 頁共八十三頁2.2.7 鉛酸蓄電池SOC估計(jì)(gj)5電化學(xué)阻抗頻譜法 電化學(xué)阻抗表示電池電壓與電流之間的傳遞函數(shù)，通常是一個(gè)復(fù)數(shù)變量(binling)。測量電池阻抗有恒流和恒壓兩種

21、模式。電池阻抗定義為 新能源汽車技術(shù) 第 44 頁共八十三頁2.2.7 鉛酸蓄電池SOC估計(jì)(gj)6內(nèi)阻法 電池內(nèi)阻有交流內(nèi)阻（常稱為交流阻抗）和直流內(nèi)阻之分，它們都與SOC有密切關(guān)系。 電池交流阻抗為電池電壓與電流之間的傳遞函數(shù)，是一個(gè)復(fù)數(shù)變量，表示電池對(duì)交流電的反抗能力(nngl)，用交流阻抗儀來測量。新能源汽車技術(shù) 第 45 頁共八十三頁2.2.7 鉛酸蓄電池SOC估計(jì)(gj)7線性模型法 線性模型法是基于電流、電壓、SOC變化量和上一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的SOC值間的關(guān)系建立的線性方程，方程具體表達(dá)式為 式中， 為當(dāng)前時(shí)刻(shk)的SOC值； 為SOC的變化量； 、 分別為當(dāng)前時(shí)刻(shk)的

22、電壓與電流。 為利用參考數(shù)據(jù)，可通過最小二乘法得到其值，無物理意義。 新能源汽車技術(shù) 第 46 頁共八十三頁2.2.7 鉛酸蓄電池SOC估計(jì)(gj)8神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法 估計(jì)電池SOC常采用三層典型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，即輸入層、中間層和輸出層。 輸入、輸出層神經(jīng)元個(gè)數(shù)根據(jù)(gnj)實(shí)際問題的需要來確定，一般為線性函數(shù)，常用電壓、電流、累積放出電量、溫度、內(nèi)阻及環(huán)境溫度等作為輸入變量；中間層神經(jīng)元個(gè)數(shù)取決于問題的復(fù)雜程度及分析精度。 新能源汽車技術(shù) 第 47 頁共八十三頁2.2.7 鉛酸蓄電池SOC估計(jì)(gj)9卡爾曼濾波法 利用卡爾曼濾波方法估算電池SOC的研究是在近幾年才開始的，卡爾曼濾波的一個(gè)顯著特點(diǎn)是用狀

23、態(tài)空間的概念來描述(mio sh)其數(shù)學(xué)公式。 卡爾曼濾波另一個(gè)新穎特點(diǎn)是它的解是遞歸計(jì)算的，而且可不加修改地應(yīng)用于平穩(wěn)和非平穩(wěn)環(huán)境。 新能源汽車技術(shù) 第 48 頁共八十三頁2.3 鎳氫電池 鎳氫電池是90年代發(fā)展起來的一種新型電池。它的正極活性物質(zhì)主要由鎳制成，負(fù)極活性物質(zhì)主要由貯氫合金制成，是一種堿性蓄電池。 鎳氫電池具有高比(o b)能量、高功率、適合大電流放電、可循環(huán)充放電、無污染，被譽(yù)為“綠色電源”。 新能源汽車(qch)技術(shù) 第 49 頁共八十三頁2.3.1鎳氫電池的發(fā)展(fzhn)動(dòng)態(tài)三洋電機(jī)株式會(huì)社生產(chǎn)的圓柱型5.5Ah的鎳氫電池組，質(zhì)量比功率1000W/kg。2001年為Es

24、cape配備，后來為本田Accord采用。美國的Cobasys公司開發(fā)了容量為1260Ah的一系列高功率鎳氫電池。質(zhì)量比功率達(dá)到550600W/kg，體積比功率達(dá)到12001400W/l，峰值比功率可達(dá)1000W/kg，比能量在5070Wh/kg，使用溫度在60時(shí)能量效率仍保持在8090%，充電(chng din)功率也超過500W/kg。 新能源汽車技術(shù) 第 50 頁共八十三頁2.3.1鎳氫電池的發(fā)展(fzhn)動(dòng)態(tài)德國Varta公司開發(fā)的超高功率鎳氫電池（HEV-10 UHP cells）功率密度已達(dá)到1000W/kg，但其比能量僅為40Wh/kg。 法國Saft公司的4/5SF型（41m

25、m93mm）高功率鎳氫電池容量為14Ah， 比能量為47Wh/kg，80%充電態(tài)對(duì)應(yīng)(duyng)的比功率為900 W/kg，體積比功率達(dá)2500W/l。 新能源汽車技術(shù) 第 51 頁共八十三頁2.3.1鎳氫電池的發(fā)展(fzhn)動(dòng)態(tài)我國也有很多單位一直從事混合動(dòng)力汽車用鎳氫電池的研究。中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所長期從事鎳氫電池及相關(guān)材料的研究和開發(fā)，北京有色總院、中山電池公司、湖南神舟科技、春蘭集團(tuán)、鞍山三普等單位均從不同角度做過大量積極(jj)有益的工作，取得了很大的進(jìn)展。 新能源汽車技術(shù) 第 52 頁共八十三頁2.3.2 鎳氫電池的分類(fn li)與結(jié)構(gòu) 1鎳氫電池的分類 （1）

26、方形鎳氫電池；（2）圓形鎳氫電池。2鎳氫電池的結(jié)構(gòu) 正極(zhngj)、負(fù)極、極板、隔板、電解液新能源汽車技術(shù) 第 53 頁共八十三頁2.3.3 鎳氫電池的特點(diǎn)(tdin) （1）比功率(gngl)高（2）循環(huán)次數(shù)多（3）無污染（4）耐過充過放（5）無記憶效應(yīng)（6）使用溫度范圍寬（7）安全可靠新能源汽車技術(shù) 第 54 頁共八十三頁2.3.4 鎳氫電池的工作(gngzu)原理 充電時(shí)正、負(fù)極的電化學(xué)反應(yīng)(huxu fnyng)為 放電時(shí)正、負(fù)極的電化學(xué)反應(yīng)為 新能源汽車技術(shù) 第 55 頁共八十三頁2.3.5 鎳氫電池的充放電特性(txng)通常(tngchng)電池在一定電流下進(jìn)行充電和放電時(shí)都

27、是使用曲線來表示電池的端電壓和溫度隨時(shí)間的變化，把這些曲線稱為電池的特性曲線。一般充放電電流的大小常用充放電倍率來表示，即充放電倍率=充放電電流/額定容量。例如，額定容量為100Ah的電池用20A放電池時(shí)，其放電倍率為0.2C。 新能源汽車技術(shù) 第 56 頁共八十三頁1鎳氫電池的充電(chng din)特性 電池常溫5C充電(chng din)曲線曲線15C充電8.4Ah；曲線2常溫0.5C放電至1.0V2.3.5 鎳氫電池的充放電特性電壓/V充放電容量/Ah新能源汽車技術(shù) 第 57 頁共八十三頁電池高溫(45)充電(chng din)曲線曲線1高溫（45）1C充電9.24Ah；曲線2常溫0.

28、5C放電至1.0V 電壓(diny)/V充放電容量/Ah2.3.5 鎳氫電池的充放電特性新能源汽車技術(shù) 第 58 頁共八十三頁2鎳氫電池的放電(fng din)特性 電池常溫下不同倍率(bi l)放電曲線電壓/V放電率/%2.3.5 鎳氫電池的充放電特性新能源汽車技術(shù) 第 59 頁共八十三頁電池低溫(-18)放電曲線(qxin)曲線1常溫0.5C充電9.24Ah；曲線2低溫(-18)1C放電至0.9V電壓(diny)/V2.3.5 鎳氫電池的充放電特性充放電容量/Ah新能源汽車技術(shù) 第 60 頁共八十三頁2.3.6 鎳氫電池SOC估計(jì)(gj)電池(dinch)SOC的估計(jì)模型新能源汽車技術(shù) 第

29、 61 頁共八十三頁1電池SOC估計(jì)(gj)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 采用三層徑向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，輸入層只是(zhsh)傳遞輸入信號(hào)到隱層，隱層采用高斯核函數(shù)，輸出層采用的是純線性函數(shù)。確定電池端電壓V、電池溫度 、電池放電或充電的安培秒為三個(gè)輸入變量，輸出變量為電池的SOC值。2.3.6 鎳氫電池SOC估計(jì)新能源汽車技術(shù) 第 62 頁共八十三頁2.卡爾曼濾波器的信號(hào)模型(mxng)與輸出方程的確定由SOC的定義(dngy)可知 聯(lián)立上述三個(gè)方程得2.3.6 鎳氫電池SOC估計(jì)新能源汽車技術(shù) 第 63 頁共八十三頁令 在等式兩邊對(duì)時(shí)間 求導(dǎo)得 令 并考慮系統(tǒng)噪聲(zoshng)，即由于模型的不確定性而產(chǎn)生的模

30、型噪聲(zoshng)，得系統(tǒng)方程為 輸出方程為 式中 ， 為系統(tǒng)噪聲； 為測量噪聲。 2.3.6 鎳氫電池SOC估計(jì)(gj)新能源汽車技術(shù) 第 64 頁共八十三頁對(duì)以上(yshng)兩個(gè)方程進(jìn)行采用零階保持采樣離散化得 式中，假定 與 是均值為零、互不相關(guān)的高斯白噪聲。 2.3.6 鎳氫電池SOC估計(jì)(gj)新能源汽車技術(shù) 第 65 頁共八十三頁 其中 和 可以在實(shí)驗(yàn)中獲得，這樣就可以根據(jù)控制信號(hào)(xnho) 和測量輸出 估計(jì)狀態(tài)變量 ，即電池的SOC值。 2.3.6 鎳氫電池SOC估計(jì)(gj)新能源汽車技術(shù) 第 66 頁共八十三頁2.4 鋰離子電池(dinch) 鋰離子電池是1990年由日

31、本索尼公司首先推向市場的新型高能蓄電池，是目前世界最新一代的充電電池。 鋰離子電池具有(jyu)電壓高、比能量高、充放電壽命長、無記憶效應(yīng)、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(diǎn)。 新能源汽車技術(shù) 第 67 頁共八十三頁2.4.1 鋰離子電池的發(fā)展(fzhn)動(dòng)態(tài) 2006年1月，江森控制在全球開始研發(fā)和制造用于混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車的鋰離子電池。三洋電機(jī)2008年5月28日宣布，向德國大眾集團(tuán)供應(yīng)混合動(dòng)力汽車用鋰離子充電電池系統(tǒng)。 我國在鋰離子電池方面(fngmin)的研究水平，有多項(xiàng)指標(biāo)超過了USABC提出的長期目標(biāo)所規(guī)定的指標(biāo)，目前已經(jīng)把鋰離子電池作為電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池

32、的重要發(fā)展目標(biāo)。 新能源汽車技術(shù) 第 68 頁共八十三頁2.4.2 鋰離子電池的分類(fn li)與構(gòu)造1鋰離子電池的分類 按照(nzho)鋰離子電池外形形狀：（1）方形鋰離子電池；（2）圓柱形鋰離子電池。 按照鋰離子電池正極的材料不同：（1）錳酸鋰離子電池；（2）磷酸鐵鋰離子電池；（3）鎳鈷鋰離子電池或鎳鈷錳鋰離子電池。 新能源汽車技術(shù) 第 69 頁共八十三頁2鋰離子電池(dinch)的結(jié)構(gòu) 1絕緣體；2墊圈(din qun)；3PTC元件；4正極端子；5排氣孔；6防爆閥；7正極；8隔板；9負(fù)極；10負(fù)極引線；11正極；12外殼圓柱形鋰離子電池結(jié)構(gòu)示意圖2.4.2 鋰離子電池的分類與構(gòu)造新能

33、源汽車技術(shù) 第 70 頁共八十三頁我國自主(zzh)開發(fā)的電動(dòng)汽車用鋰離子電池2.4.2 鋰離子電池的分類(fn li)與構(gòu)造新能源汽車技術(shù) 第 71 頁共八十三頁2.4.3 鋰離子電池(dinch)的特點(diǎn)鋰離子電池有許多顯著特點(diǎn)，它的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)為：（1）工作電壓高（2）比能量高（3）循環(huán)壽命長（4）自放電率低（5）無記憶性（6）對(duì)環(huán)境(hunjng)無污染（7）能夠制造成任意形狀新能源汽車技術(shù) 第 72 頁共八十三頁2.4.3 鋰離子電池(dinch)的特點(diǎn)鋰離子電池也有一些不足，主要表現(xiàn)在：（1）成本高：主要是正極(zhngj)材料LiCoO2的價(jià)格高，但按單位瓦時(shí)的價(jià)格來計(jì)算，已經(jīng)低于

34、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(hù)電路，以防止過充。新能源汽車技術(shù) 第 73 頁共八十三頁2.4.4 鋰離子電池(dinch)的工作原理 電池(dinch)在充電時(shí)，鋰離子從正極材料的晶格中脫出，通過電解質(zhì)溶液和隔膜，嵌入到負(fù)極中； 放電時(shí)，鋰離子從負(fù)極脫出，通過電解質(zhì)溶液和隔膜，嵌入到正極材料晶格中。在整個(gè)充放電過程中，鋰離子往返于正負(fù)極之間。 新能源汽車技術(shù) 第 74 頁共八十三頁2.4.4 鋰離子電池的工作(gngzu)原理 鋰離子電池(dinch)工作原理圖正極負(fù)極電解質(zhì)充電放電鋰離子鋰離子新能源汽車技術(shù) 第 75 頁共八十三頁2.4.4 鋰離子電池(dinch)的工作原理正、負(fù)極(fj)的電化學(xué)反應(yīng)為總反應(yīng)為新能源汽車技術(shù) 第 76 頁共八十三頁2.4.5 鋰離子電池(dinch)的充放電特性充電電流方面，鋰電池的充電率（充電電流）應(yīng)根據(jù)電池生產(chǎn)廠的建議選用。雖然某些(mu xi)電池充電率可達(dá)2C，但常用的充電率為0.51C。放電方面，鋰離子電池的最大放電電流一般被限制在23C左右。鋰電池的充電溫度一般應(yīng)該