論純電動汽車的發(fā)展瓶頸課件

苑衍靈102080200341純電動汽車的發(fā)展瓶頸苑衍靈純電動汽車的發(fā)展瓶頸1純電動汽車的優(yōu)勢：無排放（或低排放）噪音低（電動汽車去掉了最大的噪音源）能量轉(zhuǎn)化效率比內(nèi)燃機汽車高很多（15%、28%）結構簡單，運行費用低安全性較內(nèi)燃機汽車高純電動汽車的優(yōu)勢：無排放（或低排放）2目前存在的問題：動力蓄電池不理想基礎配套設施不完善價格較高續(xù)駛里程較短動力性能較差核心問題目前存在的問題：動力蓄電池不理想核心問題3一、對電源系統(tǒng)的要求如下:

高的比能量和能量密度；高的比功率和功率密度；快速充電和深度放電的能力；使用壽命長；自放電率小，充電效率高；安全性能良好，且成本低廉；免維修； 對環(huán)境無危害，可回收性好。一、對電源系統(tǒng)的要求如下:

高的比能量和能量密度；41、鉛酸電池鉛酸電池誕生于1860年,距今已有100多年的歷史，廣泛用作內(nèi)燃機汽車的起動動力源，它也是成熟的電動汽車蓄電池。工作原理:它是采用金屬鉛作為負極,二氧化鉛作為正極,用硫酸作為電解液。其化學反應式為:Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O充電放電1、鉛酸電池鉛酸電池誕生于1860年,距今已有100多年51、鉛酸電池總體上說，鉛酸電池具有可靠性好、原材料易得、價格便宜等優(yōu)點，比功率也基本上能滿足電動汽車的動力性要求。但它有兩大缺點；一是比能量低，所占的質(zhì)量和體積太大，且一次充電行駛里程較短；另一個是使用壽命短，使用成本過高。1、鉛酸電池總體上說，鉛酸電池具有可靠性好、原材料易得、價格62、鎳金屬電池鎳氫蓄電池是九十年代涌現(xiàn)出的電池家族中新秀，發(fā)展迅猛。目前在電動汽車上使用的鎳金屬電池主要有鎳氫電池和鎳鎘電池兩種。工作原理:鎳金屬電池正極活性物質(zhì)采用氫氧化鎳,負極活性物質(zhì)為貯氫合金,電解液為氫氧化鉀溶液,電池中的主要反應為:正極Ni(OH)2+OH-=NiOOH+H2O+e-負極M+H2O+e-=MH+OH-總反應式Ni(OH)2+MNiOOH+MH放電充電2、鎳金屬電池鎳氫蓄電池是九十年代涌現(xiàn)出的電池家族中新秀，發(fā)72、鎳金屬電池主要優(yōu)缺點:相對于其他電池,鎳金屬電池的優(yōu)異特性表現(xiàn)在以下幾點：(1)高比能量已與鋰離子電池水平相當;(2)高比功率其性能已高于鋰離子電池;(3)長壽命特性平均壽命300～600次;(4)安全性能高,無污染物,被譽為“綠色電源”。但是目前阻礙其應用的一個重要問題是初始成本的太高,而且還有記憶效應和充電發(fā)熱等問題。充電發(fā)熱會引發(fā)安全問題,因此相應的要求發(fā)展可靠的能量管理系統(tǒng)。2、鎳金屬電池主要優(yōu)缺點:相對于其他電池,鎳金屬電池的優(yōu)異特82、鎳金屬電池發(fā)展現(xiàn)狀:日本從事電動汽車用鎳金屬電池開發(fā)的代表性廠家為松下公司和豐田公司.美國的Ovonic公司和美國USABC(美國先進電池聯(lián)合體)也正在積極開發(fā)研制鎳金屬電池。發(fā)展前景:鎳金屬電池優(yōu)越的性能極具吸引力,除了技術不太成熟外,比其它電池更具發(fā)展?jié)摿?所以很多廠家正在研發(fā)鎳金屬電池,它是電動汽車發(fā)展中期目標的主要能源之一，具有很大的發(fā)展前景。2、鎳金屬電池發(fā)展現(xiàn)狀:日本從事電動汽車用鎳金屬電池開發(fā)的93、鋰離子蓄電池發(fā)展歷史:鋰離子電池出現(xiàn)在90年代初期,是由日本索尼公司首先推向市場的新型高能蓄電池,由于它的獨特性能,在短短十幾年的時間里,鋰離子電池技術得到了空前的發(fā)展。許多國家和一些廠家對鋰離子電池在電動車、航天和儲能方面都表現(xiàn)出濃厚的興趣和關注。工作原理:鋰離子電池使用鋰碳化合物作負極,鋰化過渡金屬氧化物作正極,液體有機溶液或固體聚合物作為電解液。在充放電過程中,鋰離子在電池正極和負極之間往返流動。電化學反應方程式為:

LixC+Li-xMyOz

C+LiMyOz充電放電3、鋰離子蓄電池發(fā)展歷史:鋰離子電池出現(xiàn)在90年代初期,103、鋰離子蓄電池主要優(yōu)缺點:鋰離子電池基本上解決了蓄電池的兩個技術難題,即安全性差和充放電壽命短的問題。同時鋰離子電池具有高的電池單體電壓、高的比能量和能量密度,可以說是當前比能量最高的電池,工作穩(wěn)定。它的性能指標都可以滿足USABC制定的電動車中期目標。缺點是自放電率高,初始成本較高,生產(chǎn)技術上還有待于進一步發(fā)展。發(fā)展前景:良好的性能指標注定鋰離子電池會有廣闊的發(fā)展前景,發(fā)展?jié)摿薮?預計到2010年前后,將成為鋰離子電池的時代。3、鋰離子蓄電池主要優(yōu)缺點:鋰離子電池基本上解決了蓄電池的11電池類型比能量a

(Wh/kg)能量密度a

(Wh/L)比功率b

(W/kg)循環(huán)壽命b預計成本d(US$/kWh)VRLA30~4560~90200~300400~600150Ni-Cd40~6080~110150~350600~1200300Ni-Zn60~65120~130150~300300100~300Ni-MH60~70130~170150~300600~1200200~350Zn/Air230269105NAc90~120Al/Air190~250190~2007~16NAcNANa/S100150200800250~450Na/NiCl2861491501000230~350Li-Polymer155220315600NALi-Ion

90~130140~200250~450800~1200>200USABC2003004001000<1004、各種電池的比較電池類型比能量a

(Wh/kg)能量密度a

(Wh/L)比124、各種電池的比較電池類型主要優(yōu)缺點發(fā)展?jié)摿RLA技術成熟、成本低廉、可實現(xiàn)快速充電、比功率高近期目標比能量低潛力巨大Ni-Cd技術成熟、可實現(xiàn)快速充電、比功率高近期目標成本高、比能量低潛力大Ni-Zn比能量高、比功率高、成本低中期目標循環(huán)壽命短潛力大Ni-MH比能量高、比功率高、可實現(xiàn)快速充電近期目標成本高潛力巨大Zn/Air機械式充電、成本低廉、非常高的比能量中期目標比功率低、不能接受再生制動能量潛力巨大Al/Air機械式充電、成本低、豐常高的比能量中期目標非常低的比功率、不能接受再生制動能量潛力低4、各種電池的比較電池類型主要優(yōu)缺點發(fā)展?jié)摿RLA技術成熟134、各種電池的比較電池類型主要優(yōu)缺點發(fā)展?jié)摿a/S比能量高、比功率高中期目標成本高、安全問題、需要熱管理系統(tǒng)潛力一般Na/NiCl2比能量高中期目標成本高、需要熱管理系統(tǒng)潛力大Li-Polymer非常高的比能量、高的比功率中期目標低溫性能差潛力大Li-Ion非常高的比能量、非常高的比功率中期目標成本高潛力巨大4、各種電池的比較電池類型主要優(yōu)缺點發(fā)展?jié)摿a/S比能量高14

4、結論1)鉛酸動力電池最安全,成本最低,當然是電動汽車的可選動力電源,但比能量、比功率都較低。(2)鎳氫動力電池和鋰離子動力電池在比功率和比能量方面都比鉛酸動力電池有所提高,但是成本高,還存在安全問題,為提高安全性需要使用電池管理系統(tǒng)。

4、結論1)鉛酸動力電池最安全,成本最低,當然是電動汽車15

二、電池管理系統(tǒng)（舉例）(1)采集7個單體電池電壓，精度為0．05V；(2)電池組環(huán)境溫度檢測，精度要求：0．5℃；(3)充放電檢測控制，電流檢測精度：0．01A：(4)體積不超過130rnrnx120mmx20mm；(5)系統(tǒng)響應速度不超過ls：(6)系統(tǒng)工作溫度范圍：-30℃～+70℃；(7)單體電壓過高(>4．25V)、單體電壓過低(<3．0V)、電池環(huán)境溫度過高(>55℃)以及充電完畢時，開啟聲光報警信號。鋰離子電池組連接方式

二、電池管理系統(tǒng)（舉例）(1)采集7個單體電池電壓，精度為16二、電池管理系統(tǒng)（舉例）顯示界面可以清楚地顯示每一節(jié)電池的電壓值、電池箱中的溫度值、電池的SOC值及故障代碼等信息，在運行過程中，如果發(fā)生過充、過放等故障，可以通過顯示界面清楚地看到，管理系統(tǒng)也會做出相應的動作，管理系統(tǒng)還具有數(shù)據(jù)自動存儲功能，可以利用電腦存儲實驗數(shù)據(jù)，有利于在試驗階段進行數(shù)據(jù)分析。目前，該系統(tǒng)已獲得應用，運行良好，可靠性、抗干擾能力等都達到了較高的要求。電池管理系統(tǒng)原理二、電池管理系統(tǒng)（舉例）顯示界面可以清楚地顯示每一節(jié)電池的電17三、配套設施1、是政府應該先建立配套的充電站等設施，還是企業(yè)應該先量產(chǎn)電動汽車？新能源汽車示范推廣政策有助于打破這一僵局。通過政府財政補貼的形式，讓企業(yè)首先量產(chǎn)新能源汽車。2、配套設施建設還面臨一些問題，設施建設太少，難以滿足使用者的需求；建設過多，又需要大量資金。目前該項目仍然進展緩慢。三、配套設施1、是政府應該先建立配套的充電站等設施，還是企業(yè)18三、配套設施1、企業(yè)提升自身實力政府大力扶持電動汽車要實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，首先要解決電池這一技術瓶頸應適當放低對生產(chǎn)商進入的要求，同時出臺一些優(yōu)惠政策2、營造良好氛圍改變消費觀念政府加大宣傳，提高人民的環(huán)保節(jié)能意識宣傳電動車的相關知識三、配套設施1、企業(yè)提升自身實力政府大力扶持19三、配套設施3、加強基礎設施建設提高電池維修保養(yǎng)措施充電站給汽車充電一般分為三種方式：普通充電、快速充電、電池更換。普通充電多為交流充電，可以使用220V或380V的電壓?？焖俪潆姸酁橹绷鞒潆?。充電站主要設備包括充電機、充電樁、有源濾波裝臵、電能監(jiān)控系統(tǒng)。三、配套設施3、加強基礎設施建設提高電池維修保養(yǎng)措施充電站20苑衍靈102080200341純電動汽車的發(fā)展瓶頸苑衍靈純電動汽車的發(fā)展瓶頸21純電動汽車的優(yōu)勢：無排放（或低排放）噪音低（電動汽車去掉了最大的噪音源）能量轉(zhuǎn)化效率比內(nèi)燃機汽車高很多（15%、28%）結構簡單，運行費用低安全性較內(nèi)燃機汽車高純電動汽車的優(yōu)勢：無排放（或低排放）22目前存在的問題：動力蓄電池不理想基礎配套設施不完善價格較高續(xù)駛里程較短動力性能較差核心問題目前存在的問題：動力蓄電池不理想核心問題23一、對電源系統(tǒng)的要求如下:

高的比能量和能量密度；高的比功率和功率密度；快速充電和深度放電的能力；使用壽命長；自放電率小，充電效率高；安全性能良好，且成本低廉；免維修； 對環(huán)境無危害，可回收性好。一、對電源系統(tǒng)的要求如下:

高的比能量和能量密度；241、鉛酸電池鉛酸電池誕生于1860年,距今已有100多年的歷史，廣泛用作內(nèi)燃機汽車的起動動力源，它也是成熟的電動汽車蓄電池。工作原理:它是采用金屬鉛作為負極,二氧化鉛作為正極,用硫酸作為電解液。其化學反應式為:Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O充電放電1、鉛酸電池鉛酸電池誕生于1860年,距今已有100多年251、鉛酸電池總體上說，鉛酸電池具有可靠性好、原材料易得、價格便宜等優(yōu)點，比功率也基本上能滿足電動汽車的動力性要求。但它有兩大缺點；一是比能量低，所占的質(zhì)量和體積太大，且一次充電行駛里程較短；另一個是使用壽命短，使用成本過高。1、鉛酸電池總體上說，鉛酸電池具有可靠性好、原材料易得、價格262、鎳金屬電池鎳氫蓄電池是九十年代涌現(xiàn)出的電池家族中新秀，發(fā)展迅猛。目前在電動汽車上使用的鎳金屬電池主要有鎳氫電池和鎳鎘電池兩種。工作原理:鎳金屬電池正極活性物質(zhì)采用氫氧化鎳,負極活性物質(zhì)為貯氫合金,電解液為氫氧化鉀溶液,電池中的主要反應為:正極Ni(OH)2+OH-=NiOOH+H2O+e-負極M+H2O+e-=MH+OH-總反應式Ni(OH)2+MNiOOH+MH放電充電2、鎳金屬電池鎳氫蓄電池是九十年代涌現(xiàn)出的電池家族中新秀，發(fā)272、鎳金屬電池主要優(yōu)缺點:相對于其他電池,鎳金屬電池的優(yōu)異特性表現(xiàn)在以下幾點：(1)高比能量已與鋰離子電池水平相當;(2)高比功率其性能已高于鋰離子電池;(3)長壽命特性平均壽命300～600次;(4)安全性能高,無污染物,被譽為“綠色電源”。但是目前阻礙其應用的一個重要問題是初始成本的太高,而且還有記憶效應和充電發(fā)熱等問題。充電發(fā)熱會引發(fā)安全問題,因此相應的要求發(fā)展可靠的能量管理系統(tǒng)。2、鎳金屬電池主要優(yōu)缺點:相對于其他電池,鎳金屬電池的優(yōu)異特282、鎳金屬電池發(fā)展現(xiàn)狀:日本從事電動汽車用鎳金屬電池開發(fā)的代表性廠家為松下公司和豐田公司.美國的Ovonic公司和美國USABC(美國先進電池聯(lián)合體)也正在積極開發(fā)研制鎳金屬電池。發(fā)展前景:鎳金屬電池優(yōu)越的性能極具吸引力,除了技術不太成熟外,比其它電池更具發(fā)展?jié)摿?所以很多廠家正在研發(fā)鎳金屬電池,它是電動汽車發(fā)展中期目標的主要能源之一，具有很大的發(fā)展前景。2、鎳金屬電池發(fā)展現(xiàn)狀:日本從事電動汽車用鎳金屬電池開發(fā)的293、鋰離子蓄電池發(fā)展歷史:鋰離子電池出現(xiàn)在90年代初期,是由日本索尼公司首先推向市場的新型高能蓄電池,由于它的獨特性能,在短短十幾年的時間里,鋰離子電池技術得到了空前的發(fā)展。許多國家和一些廠家對鋰離子電池在電動車、航天和儲能方面都表現(xiàn)出濃厚的興趣和關注。工作原理:鋰離子電池使用鋰碳化合物作負極,鋰化過渡金屬氧化物作正極,液體有機溶液或固體聚合物作為電解液。在充放電過程中,鋰離子在電池正極和負極之間往返流動。電化學反應方程式為:

LixC+Li-xMyOz

C+LiMyOz充電放電3、鋰離子蓄電池發(fā)展歷史:鋰離子電池出現(xiàn)在90年代初期,303、鋰離子蓄電池主要優(yōu)缺點:鋰離子電池基本上解決了蓄電池的兩個技術難題,即安全性差和充放電壽命短的問題。同時鋰離子電池具有高的電池單體電壓、高的比能量和能量密度,可以說是當前比能量最高的電池,工作穩(wěn)定。它的性能指標都可以滿足USABC制定的電動車中期目標。缺點是自放電率高,初始成本較高,生產(chǎn)技術上還有待于進一步發(fā)展。發(fā)展前景:良好的性能指標注定鋰離子電池會有廣闊的發(fā)展前景,發(fā)展?jié)摿薮?預計到2010年前后,將成為鋰離子電池的時代。3、鋰離子蓄電池主要優(yōu)缺點:鋰離子電池基本上解決了蓄電池的31電池類型比能量a

(Wh/kg)能量密度a

(Wh/L)比功率b

(W/kg)循環(huán)壽命b預計成本d(US$/kWh)VRLA30~4560~90200~300400~600150Ni-Cd40~6080~110150~350600~1200300Ni-Zn60~65120~130150~300300100~300Ni-MH60~70130~170150~300600~1200200~350Zn/Air230269105NAc90~120Al/Air190~250190~2007~16NAcNANa/S100150200800250~450Na/NiCl2861491501000230~350Li-Polymer155220315600NALi-Ion

90~130140~200250~450800~1200>200USABC2003004001000<1004、各種電池的比較電池類型比能量a

(Wh/kg)能量密度a

(Wh/L)比324、各種電池的比較電池類型主要優(yōu)缺點發(fā)展?jié)摿RLA技術成熟、成本低廉、可實現(xiàn)快速充電、比功率高近期目標比能量低潛力巨大Ni-Cd技術成熟、可實現(xiàn)快速充電、比功率高近期目標成本高、比能量低潛力大Ni-Zn比能量高、比功率高、成本低中期目標循環(huán)壽命短潛力大Ni-MH比能量高、比功率高、可實現(xiàn)快速充電近期目標成本高潛力巨大Zn/Air機械式充電、成本低廉、非常高的比能量中期目標比功率低、不能接受再生制動能量潛力巨大Al/Air機械式充電、成本低、豐常高的比能量中期目標非常低的比功率、不能接受再生制動能量潛力低4、各種電池的比較電池類型主要優(yōu)缺點發(fā)展?jié)摿RLA技術成熟334、各種電池的比較電池類型主要優(yōu)缺點發(fā)展?jié)摿a/S比能量高、比功率高中期目標成本高、安全問題、需要熱管理系統(tǒng)潛力一般Na/NiCl2比能量高中期目標成本高、需要熱管理系統(tǒng)潛力大Li-Polymer非常高的比能量、高的比功率中期目標低溫性能差潛力大Li-Ion非常高的比能量、非常高的比功率中期目標成本高潛力巨大4、各種電池的比較電池類型主要優(yōu)缺點發(fā)展?jié)摿a/S比能量高34

4、結論1)鉛酸動力電池最安全,成本最低,當然是電動汽車的可選動力電源,但比能量、比功率都較低。(2)鎳氫動力電池和鋰離子動力電池在比功率和比能量方面都比鉛酸動力電池有所提高,但是成本高,還存在安全問題,為提高安全性需要使用電池管理系統(tǒng)。

4、結論1)鉛酸動力電池最安全,成本最低,當然是電動汽車35

二、電池管理系統(tǒng)（舉例）(1)采集7個單體電池電壓，精度為0．05V；(2)電池組環(huán)境溫度檢測，精度要求：0．5℃；(3)充放電檢測控制，電流檢測精度：0．01A：(4)體積不超過130rnrnx120mmx20mm；(5)系統(tǒng)響應速度不超過ls：(6)系統(tǒng)工作溫