第四章新能源汽车动力电池概述课件.pptx
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- 第四 新能源 汽车 动力电池 概述 课件
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1、新能源汽车动力电池技术主讲教师:籍少敏Email: 第四章第四章 新能源汽车动力电池概述新能源汽车动力电池概述4.1 动力电池概述动力电池概述4.2 动力电池类型动力电池类型4.3 电池的性能指标电池的性能指标4.4 电动汽车对动力蓄电池的要求电动汽车对动力蓄电池的要求电动汽车的技术特征电动汽车的技术特征类类 型型蓄电池电动汽车蓄电池电动汽车混合动力电动汽车混合动力电动汽车燃料电池电动汽车燃料电池电动汽车驱动方式驱动方式电动机驱动电动机驱动内燃机驱动内燃机驱动电动机驱动电动机驱动电动机驱动电动机驱动能量系统能量系统蓄电池蓄电池超级电容器超级电容器蓄电池蓄电池超级电容器超级电容器内燃机发电单元内
2、燃机发电单元燃料电池燃料电池能源和基础能源和基础设施设施电网充电设备电网充电设备加油站加油站电网充电设备电网充电设备氢气氢气甲醇或汽油甲醇或汽油乙醇乙醇主要特点主要特点零排放零排放ZEV不依赖原油不依赖原油初期成本高初期成本高已经销售已经销售很低排放很低排放行驶里程长行驶里程长依赖原油依赖原油结构复杂结构复杂已有销售已有销售零排放或超低排放零排放或超低排放能源效率高能源效率高不依赖原油不依赖原油行驶里程长行驶里程长成本高成本高研发中研发中主要问题主要问题蓄电池和管理系统蓄电池和管理系统高的驱动性能高的驱动性能充电设施充电设施多能源管理与优化控制多能源管理与优化控制依赖行驶周期依赖行驶周期蓄电池
3、评估与管理蓄电池评估与管理燃料电池燃料电池燃料处理器燃料处理器燃料系统燃料系统4.1动力电池概述动力电池概述4.1动力汽车概述动力汽车概述4.1动力汽车概述动力汽车概述4.1动力汽车概述动力汽车概述4.1动力汽车概述动力汽车概述4.2 电池电池的类型的类型电池分为化学电池、物理电池和生物电池三大类。电池分为化学电池、物理电池和生物电池三大类。1化学电池化学电池(1)化学)化学电池是利用物质的化学反应发电,按工作性质分为电池是利用物质的化学反应发电,按工作性质分为原电池、蓄电池、燃料电池和储备电池原电池、蓄电池、燃料电池和储备电池。原电池原电池是指电池放电后不能用简单的充电方法使活性物质复原而继
4、是指电池放电后不能用简单的充电方法使活性物质复原而继续使用的电池续使用的电池。蓄电池蓄电池是指电池在放电后可以通过充电的方法使活性物质复原而继是指电池在放电后可以通过充电的方法使活性物质复原而继续使用的电池,这种充放电可以达数十次到上千次循环续使用的电池,这种充放电可以达数十次到上千次循环。燃料电池燃料电池又称连续电池,是指参加反应的活性物质从电池外部连续又称连续电池,是指参加反应的活性物质从电池外部连续不断地输入电池,电池就连续不断地工作而提供电能不断地输入电池,电池就连续不断地工作而提供电能。储备电池储备电池是指电池正负极与电解质在储存期间不直接接触,使用前是指电池正负极与电解质在储存期间
5、不直接接触,使用前注入电解液或者使用其它方法使电解液与正负极接触,此后电池进入注入电解液或者使用其它方法使电解液与正负极接触,此后电池进入待放电状态。待放电状态。(2)化学电池按电解质分为酸性电池、碱性电池、中性电池)化学电池按电解质分为酸性电池、碱性电池、中性电池、有机电解质电池、非水无机电解质电池、固体电解质电池、有机电解质电池、非水无机电解质电池、固体电解质电池等。等。(3)化学)化学电池按电池的特性分为高容量电池、密封电池、高电池按电池的特性分为高容量电池、密封电池、高功率电池、免维护电池、防爆电池等。功率电池、免维护电池、防爆电池等。(4)化学)化学电池按正负极材料分为锌锰电池系列、
6、镍镉镍氢系电池按正负极材料分为锌锰电池系列、镍镉镍氢系列、铅酸系列、锂电池系列等。列、铅酸系列、锂电池系列等。4.2 电池电池的类型的类型2物理电池物理电池物理电池是利用光、热、物理吸附等物理能量发电的电池,物理电池是利用光、热、物理吸附等物理能量发电的电池,如太阳能电池、超级电容器、飞轮电池等。如太阳能电池、超级电容器、飞轮电池等。3生物电池生物电池生物电池是利用生物化学反应发电的电池,如微生物电池、生物电池是利用生物化学反应发电的电池,如微生物电池、酶电池、生物太阳电池等。酶电池、生物太阳电池等。迄今已经实用化的车用动力蓄电池有传统的铅酸蓄电池、镍迄今已经实用化的车用动力蓄电池有传统的铅酸
7、蓄电池、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池。在物理电池领域中,超级镉电池、镍氢电池和锂离子电池。在物理电池领域中,超级电容器也应用于电动汽车中。生物燃料电池在车用动力中应电容器也应用于电动汽车中。生物燃料电池在车用动力中应用前景也十分广阔,以氢为燃料的燃料电池和氧化物燃料电用前景也十分广阔,以氢为燃料的燃料电池和氧化物燃料电池的研发已进入重要发展阶段。池的研发已进入重要发展阶段。4.2 电池电池的类型的类型4.3电池电池的性能指标的性能指标电池的性能指标主要有电压、容量、内阻、能量、功率、输出效率、自放电率电池的性能指标主要有电压、容量、内阻、能量、功率、输出效率、自放电率、使用寿命等,根据电池种
8、类不同,其性能指标也有差异。、使用寿命等,根据电池种类不同,其性能指标也有差异。1电压电压电动势电动势又称电池标准电压或理论电压,为组成电池的两个电极的平衡电位之差又称电池标准电压或理论电压,为组成电池的两个电极的平衡电位之差电池电池的端电压的端电压是指电池正极与负极之间的电位差是指电池正极与负极之间的电位差;开路电压开路电压是指电池在没有负载情况下的是指电池在没有负载情况下的端电压,开路电压不等于电池的电动势,电端电压,开路电压不等于电池的电动势,电动势是从热力学函数计算得到的,开路电压是实际测量出来的;动势是从热力学函数计算得到的,开路电压是实际测量出来的;工作电压工作电压是电池在某负载下
9、的实际放电电压,通常是指一个电压范围;例如铅酸蓄是电池在某负载下的实际放电电压,通常是指一个电压范围;例如铅酸蓄电池工作电压是电池工作电压是1.82V,镍氢电池是,镍氢电池是1.11.5V,锂电池是,锂电池是2.753.6V.额定电压额定电压是电池在标准规定条件下工作时应达到的电压是电池在标准规定条件下工作时应达到的电压;充电电压充电电压是外电路对电池充电的电压,一般充电电压要大于电池的开路电压。是外电路对电池充电的电压,一般充电电压要大于电池的开路电压。充电终止电压充电终止电压是蓄电池是蓄电池充足电时,极板上的活性物质已达到饱和状态,再继续充电充足电时,极板上的活性物质已达到饱和状态,再继续
10、充电,电池的电压也不会上升,此时的电压称为充电终止电压,电池的电压也不会上升,此时的电压称为充电终止电压;放电放电终止电压终止电压是指是指电池放电终止时的电压值,视负载和使用要求不同而异。以铅酸电池放电终止时的电压值,视负载和使用要求不同而异。以铅酸蓄电池为例:电动势蓄电池为例:电动势2.1V,额定电压,额定电压2V,开路电压接近,开路电压接近2.1V,工作电压,工作电压1.82V,放电终止电压放电终止电压1.51.8V.电压效率电压效率指电池的工作电压与电池的电动势的比值指电池的工作电压与电池的电动势的比值4.3 电池的性能指标电池的性能指标2容量容量电池在一定的放电条件下所能放出的电量称为
11、电池的容量。常用单位为安培电池在一定的放电条件下所能放出的电量称为电池的容量。常用单位为安培小时,它等于放电电流与放电时间的乘积小时,它等于放电电流与放电时间的乘积。电池的容量可以分为理论容量、实际容量、标称容量和额定容量等。电池的容量可以分为理论容量、实际容量、标称容量和额定容量等。理论容量是把活性物质的质量按法拉第定律计算而得到的最高理论值。理论容量是把活性物质的质量按法拉第定律计算而得到的最高理论值。额定容量也叫保证容量,是按国家或有关部门颁布的标准,保证电流在一额定容量也叫保证容量,是按国家或有关部门颁布的标准,保证电流在一定的放电条件下应该放出的最低限度的容量。定的放电条件下应该放出
12、的最低限度的容量。实际容量是指电池在一定条件下所能输出的电量,它等于放电电流与放电实际容量是指电池在一定条件下所能输出的电量,它等于放电电流与放电时间的乘积,单位为时间的乘积,单位为Ah,对于实用中的化学电源,其值小于理论容量而通常,对于实用中的化学电源,其值小于理论容量而通常比额定容量大比额定容量大1020%标称容量是用来鉴别电池标称容量是用来鉴别电池适当适当的近似值。在指定放电条件时,一般指的近似值。在指定放电条件时,一般指0.2C放电时的放电容量。放电时的放电容量。为了比较不同系列的电池,常用比容量的概念,即单位体积或单位质量电为了比较不同系列的电池,常用比容量的概念,即单位体积或单位质
13、量电池所能给出的理论电量,池所能给出的理论电量,相应的称为相应的称为体积比容量和质量比容量,单位为体积比容量和质量比容量,单位为Ah/kg(mAh/g)或或Ah/L(mAh/cm3)。3. 内阻内阻 电流电流通过电池内部时受到阻力,使电池的电压降低,此阻力通过电池内部时受到阻力,使电池的电压降低,此阻力称为电池的内阻。称为电池的内阻。 电池的内阻不是常数,在放电过程中随时间不断变化,因为电池的内阻不是常数,在放电过程中随时间不断变化,因为活性物质的组成、电解液浓度和温度都在不断地改变。活性物质的组成、电解液浓度和温度都在不断地改变。 电池内阻包括欧姆内阻和极化内阻,极化内阻又包括电化学电池内阻
14、包括欧姆内阻和极化内阻,极化内阻又包括电化学极化与浓差极化。内阻的存在,使电池放电时的端电压低于极化与浓差极化。内阻的存在,使电池放电时的端电压低于电池电动势和开路电压,充电时端电压高于电动势和开路电电池电动势和开路电压,充电时端电压高于电动势和开路电压。压。 欧姆电阻遵守欧姆定律;极化电阻随电流密度增加而增大,欧姆电阻遵守欧姆定律;极化电阻随电流密度增加而增大,但不是线性关系,常随电流密度的对数增大而线性增大但不是线性关系,常随电流密度的对数增大而线性增大。 通俗讲蓄电池的内阻包括正负极板的电阻、电解液的电阻通俗讲蓄电池的内阻包括正负极板的电阻、电解液的电阻、隔板的电阻和连接体的电阻、隔板的
15、电阻和连接体的电阻4.3 电池的性能指标电池的性能指标4能量能量电池的能量是指在一定放电制度下,电池所能输出的电能,电池的能量是指在一定放电制度下,电池所能输出的电能,单位是单位是Wh或或kWh。它影响电动汽车的行驶距离。能量分为理。它影响电动汽车的行驶距离。能量分为理论能量、实际能量、比能量和能量密度。论能量、实际能量、比能量和能量密度。理论能量是电池的理论容量与额定电压的乘积,指一定标准理论能量是电池的理论容量与额定电压的乘积,指一定标准所规定的放电条件下,电池所输出的能量所规定的放电条件下,电池所输出的能量;实际实际能量是电池实际容量与平均工作电压的乘积,表示在一能量是电池实际容量与平均
16、工作电压的乘积,表示在一定条件下电池所能输出的能量定条件下电池所能输出的能量;比能量比能量也称质量比能量,是指电池单位质量所能输出的电能也称质量比能量,是指电池单位质量所能输出的电能,单位是,单位是Wh/kg,常用比能量来比较不同的电池系统;能量,常用比能量来比较不同的电池系统;能量密度也称体积比能量,是指电池单位体积所能输出的电能,密度也称体积比能量,是指电池单位体积所能输出的电能,单位是单位是Wh/L。4.3 电池的性能指标电池的性能指标能量密度能量密度(Energy density) 一般在相同体积下,锂离子电池的能量密度是镍镉电池的2.5倍,是镍氢电池的1.8倍,因此在电池容量相等的情
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