《新能源汽車結構與原理》課件 項目二 任務一 動力蓄電池概述

《新能源汽車結構與原理》

項目二動力蓄電池系統(tǒng)02項目二動力蓄電池系統(tǒng)

動力蓄電池系統(tǒng)任務一動力蓄電池概述任務二動力蓄電池組系統(tǒng)任務三電池管理系統(tǒng)BMS任務一動力蓄電池概述學習目標

1.了解動力蓄電池的定義、分類及技術參數(shù)。2.掌握動力蓄電池結構與原理。一、動力蓄電池的定義、分類及技術參數(shù)

（一）動力蓄電池的定義在國家標準GB/T19596-2017《電動汽車術語》中動力蓄電池(tractionbattery)的定義為：為電動汽車動力系統(tǒng)提供能量的蓄電池。分為化學電池、物理電池、生物電池。任務一動力蓄電池概述一、動力蓄電池的定義、分類及技術參數(shù)

（二）動力蓄電池的分類1.化學電池：是利用物質(zhì)的化學反應產(chǎn)生電能的電池，如鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池等。（1）按工作性質(zhì)：原電池、蓄電池、燃料電池、儲備電池；（2）按電解質(zhì)分類：酸性電池、堿性電池、干性電池、有機電解質(zhì)電池、固體電解質(zhì)電池；（3）按正負極材料分類：鋅錳電池、鎳鎘鎳氫電池、鉛酸電池、鋰電池。任務一動力蓄電池概述一、動力蓄電池的定義、分類及技術參數(shù)1）鉛酸電池鉛酸電池是一種電極主要由鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的蓄電池。鉛酸電池成本低且技術成熟，目前大約95％的四輪低速電動車都在使用鉛酸電池。2）鎳氫電池鎳氫電池是20世紀90年代發(fā)展起來的一種新型蓄電池。它的正極活性物質(zhì)主要由鎳制成，負極活性物質(zhì)主要由儲氫合金制成，是一種堿性蓄電池。任務一動力蓄電池概述一、動力蓄電池的定義、分類及技術參數(shù)3）鋰電池鋰離子電池一般是使用鋰合金金屬氧化物為正極材料、石墨為負極材料、使用非水電解質(zhì)的電池。鋰離子蓄電池具有工作電壓高、比能量高、循環(huán)使用壽命長等優(yōu)點，廣泛應用在電動汽車中。鋰離子蓄電池的負極是儲鋰材料，電解質(zhì)是鋰鹽的有機溶液或聚合物，正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料等。目前，車用鋰電池正極主要選用磷酸鐵鋰和三元兩種材料。任務一動力蓄電池概述一、動力蓄電池的定義、分類及技術參數(shù)4）磷酸鐵鋰電池磷酸鐵鋰電池是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池，具有循環(huán)壽命（100%DOD）達到800次以上、使用安全、可大電流快速放電、熱穩(wěn)定性好、金屬資源豐富、無記憶效應等特點。“鐵電池”曾經(jīng)是比亞迪新能源汽車的一大標簽。磷酸鐵鋰電池曾靠著更長的充放壽命和更好的安全性成功占領了市場的主流。但是磷酸鐵鋰電池有一個致命的缺點：能量密度低。比亞迪表示，從2018年起乘用車都將使用三元鋰電池。任務一動力蓄電池概述一、動力蓄電池的定義、分類及技術參數(shù)5）三元鋰電池三元鋰電池正極使用鎳鈷錳酸鋰三元材料，具有能量密度大、單體電壓高、循環(huán)使用壽命（100%DOD）高、熱穩(wěn)定性好等特點。6）燃料電池燃料電池是一種將燃料與氧化劑的化學能通過電化學反應直接轉換成電能的發(fā)電裝置。燃料電池具有以下特點：理論熱效率100%、電化學反應清潔、比能量高、噪聲低。氫燃料電池基本原理：把氫和氧分別供給陰極和陽極，氫通過陰極向外擴散和電解質(zhì)（鉑）發(fā)生反應后，放出的電子通過外部負載到達陽極。燃料的化學能直接轉換為電能，不需要進行燃燒，能量轉換率可達60%～80%。任務一動力蓄電池概述一、動力蓄電池的定義、分類及技術參數(shù)2.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。保時捷911GT3及保時捷918Spyder混合動力跑車均在兩前輪處安裝有飛輪電池，用于制動能量回收再利用。當飛輪轉速上升時電池為儲能狀態(tài)，轉速下降時，電池為功能狀態(tài)。任務一動力蓄電池概述一、動力蓄電池的定義、分類及技術參數(shù)3.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、生物太陽電池等。SONY公司在2011年年底于東京舉行的環(huán)保用品展上拿出了一種新的電池樣品，利用纖維素酶使紙中的纖維素轉換為葡萄糖，然后再使葡萄糖氧化發(fā)電。該電池所產(chǎn)生的動力可供一臺小風扇使用。由于技術條件的制約，生物燃料電池的研究和使用還處于不成熟階段,電池的輸出功率小、使用壽命短，遠沒有達到全面推廣的時期。任務一動力蓄電池概述一、動力蓄電池的定義、分類及技術參數(shù)（三）動力蓄電池的技術參數(shù)動力蓄電池的技術參數(shù)包括：電池電壓、電池容量、電池荷電狀態(tài)、放電制度、能量、功率。任務一動力蓄電池概述一、動力蓄電池的定義、分類及技術參數(shù)（三）動力蓄電池的技術參數(shù)1.電池電壓電池兩個電極之間的電位差，稱為電池的電壓。電池電壓：（1）理論電壓:蓄電池的額定電壓。（2）開路電壓：蓄電池在開路條件下的端電壓。（3）標稱電壓：由廠家指定的用以標識電池的適宜的電壓近似值。（4）放電終止電壓：蓄電池正常放電時允許達到的最高電圧。任務一動力蓄電池概述一、動力蓄電池的定義、分類及技術參數(shù)2.電池容量電池的容量是指電池在一定放電條件下所能放出的電量，常以符號C來表示，常用單位為安培·小時（A·h）電池容量：（1）理論容量：在活性物質(zhì)完全被利用的情況下，蓄電池可以釋放的容量值。（2）標稱容量：由廠家指定的用以標識電池的適宜的容量近似值。（3）額定容量：在規(guī)定條件下測得的并由制造商標明的電池容量值。（4）初始容量：新出廠的動力蓄電池，在室溫下，完全充電后，以1小時放電電流放電至企業(yè)規(guī)定的放電終止條件時所放出的容量。任務一動力蓄電池概述一、動力蓄電池的定義、分類及技術參數(shù)3.電池荷電狀態(tài)電池荷電狀態(tài)(StateofCharge,SOC)是蓄電池放電后剩余容量與電池額定容量的百分比。任務一動力蓄電池概述一、動力蓄電池的定義、分類及技術參數(shù)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，通常用瓦時（W·h）表示。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。對于電動汽車來說，電池的能量大小直接影響電動汽車的行駛距離。電池能量：（1）理論能量：指電池在一定標準規(guī)定的放電條件下，電池所輸出的能量，是電池的理論容量與額定電壓的乘積。（2）實際能量：指電池放電時實際的輸出能量。（3）比能量：指單位質(zhì)量或單位體積的電池所放出的能量。任務一動力蓄電池概述一、動力蓄電池的定義、分類及技術參數(shù)5.功率在一定放電制度下，單位時間內(nèi)電池輸出的能量，稱為電池的功率，單位為W或KW。單位質(zhì)量或單位體積電池輸出的功率，稱為比功率，單位為W/kg或W/L。比功率的大小表征電池所承受的工作電流的大小，是體現(xiàn)電池性能的一項重要指標。比能量高的動力蓄電池就像龜兔賽跑里的烏龜，耐力好，可以長時間工作，續(xù)航里程長。而比功率高的動力蓄電池就像兔子，速度快，可以提供很高的瞬間電流，以保證加速性能。任務一動力蓄電池概述二、動力蓄電池的結構與原理（一）鋰電池分類1.按正極材料：鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元鋰2.按電解質(zhì)：聚合物、液態(tài)電解質(zhì)3.按電池形狀：方形、圓柱形、軟包4.按封裝外殼：塑料、金屬任務一動力蓄電池概述二、動力蓄電池的結構與原理（二）鋰電池的基本結構任務一動力蓄電池概述二、動力蓄電池的結構與原理（二）鋰電池的基本結構1.正極：正極基體材料為鋁箔。2.負極：負極基體材料為銅箔。3.電解液：含鋰鹽的有機溶液。4.隔膜：微孔聚丙烯和微孔聚乙烯。5.安全閥：防爆半球面鋁膜。任務一動力蓄電池概述二、動力蓄電池的結構與原理（三）鋰電池的工作原理無論何種類型的鋰離子電池，其基本工作原理是一樣的，鋰離子電池實際上是一種“濃差電池”。任務一動力蓄電池概述二、動力蓄電池的結構與原理（三）鋰電池的工作原理1.充電過程充電時，Li+從正極脫嵌經(jīng)過電解質(zhì)嵌入到負極，負極處于富鋰態(tài)，正極處于貧鋰態(tài)，同時電子的補償電荷從外電路供給到碳負極，保持負極的電平衡。任務一動力蓄電池概述正極LiCoO2→Li1-xCoO2+xLi++xe-負極6C+xLi++xe-→LixC6總反應LiCoO2+6C→Li1-xCoO2+LixC6二、動力蓄電池的結構與原理（三）鋰電池的工作原理2.放電過程放電時，Li+從負極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入到正極，正極處于富鋰態(tài)，負極處于貧鋰態(tài)。任務一動力蓄電池概述正極LixC6→6C+xLi++xe-負極Li1-xCoO2+xLi++xe-→LicoO2總反應li1-xCoO2+LixC6→LicoO2+6C任