新能源汽车技术概论课件第2章-新能源汽车动力蓄电池系统.pptx

1、新能源汽车动力蓄电池系统新能源汽车动力蓄电池系统第第2 2章章 2.1汽车动力蓄电池编码规则汽车动力蓄电池编码规则 国家标准GB/T 340142017于2017年12月发布，2018.2.1开始执行。2.1.1 2.1.1 动力蓄电池代码结构动力蓄电池代码结构 2.1.2 2.1.2 代码结构表示方法代码结构表示方法1.1.厂商代码厂商代码 厂商包括生产厂商、梯级利用厂商、进口商，厂商代码由三位英文大写字母、数字09或字母与数字组合表示，由行业管理部门统一分配。2.2.产品类型代码产品类型代码 分别用大写字母P、M、C表示动力蓄电池包、蓄电池模块及单体蓄电池。3.3.电池类型代码电池类型代码

2、以电池材料类别代表电池类型，电池类型代码由一位英文大写字母表示。对于多组分混合材料体系，采用含量最大的材料组分编写代码，存在两种或两种以上相同含量的材料组分，以安全性较差的材料组分编写代码。4.4.规格代码规格代码 规格代码由两位英文大写字母、数字09或字母与数字组合表示，由企业自行定义，指代不同的产品规格型号。企业需对自定义规格代码进行备案说明。5.5.追溯信息代码追溯信息代码 追溯信息代码由七位英文大写字母、数字09或字母与数字组合表示，由企业进行自行定义，对于新的动力蓄电池产品，需加入追溯信息代码，梯级利用动力蓄电池产品，无追溯信息代码。企业需对自定义追溯信息代码进行备案说明，不建议使用

3、容易和数字混淆的字母，如O、I、Q、S、Z等字母。6.6.生产日期代码生产日期代码 生产日期由三位英文大写字母和数字表示。其中第一位表示年份，年份代码按照表2-3规定使用(30年循环一次)；第二位表示月份，以十六进制数值表示；第三位表示自然日，按照表2-4规定使用。7.7.序列号序列号 序列号代码由七位10进制数值表示，数值范围为00000009999999，是在指定生产线生产动力蓄电池包、模块、单体产品的当日顺序号。8.8.梯级利用代码梯级利用代码 梯级利用代码适用于梯级利用产品，由两位大写英文字母表示，见表2-5。非梯级利用产品，不需标识，对于梯级利用动力蓄电池产品需要重新按照编码规则进行

4、编码，原动力蓄电池产品的编码需要保留。2.1.3 2.1.3 举例举例1.101PE052011A117AAOOO01001.101PE052011A117AAOOO0100 -101（厂商代码）：某动力蓄电池包生产厂商的统一分配编码；-P（产品类型代码）：动力蓄电池包；-E（电池类型代码）：动力蓄电池包中电池的正极活性材料主体为三元材料；-05（规格代码）：备案的企业自定义动力蓄电池包规格代码；-2011A11（扩展结构l代码）：备案的企业自定义动力蓄电池包的追溯信息代码；-7AA(生产日期代码)：动力蓄电池包生产日期为2017年10月10日；-OOO0100（序列号）：当日生产的同一规格动

5、力蓄电池包的序列号。2.201MC038800002000RM2.201MC038800002000RM -201(厂商代码)：某动力蓄电池模块梯级利用生产厂商的统一分配编码；-M(产品类型代码)：梯级利用动力蓄电池模块编码；-C(电池类型代码)：梯级利用动力蓄电池模块中电池的正极活性材料主体为锰酸锂材料；-03（规格代码）：备案的企业自定义梯级利用动力蓄电池模块规格代码；-880(生产日期代码)：梯级利用动力蓄电池模块生产日期为2018年8月31日；-0002000（序列号）：当日生产的同一规格梯级利用动力蓄电池模块的序列号；-RM(扩展结构2)：蓄电池模块直接梯级利用。2.2新能源汽车动力

6、蓄电池概述新能源汽车动力蓄电池概述 2.2.1 2.2.1 电池基本知识电池基本知识1 1电池的放电电池的放电 电池放电是将电池内储存的化学能以电能方式释放出来的过程，即电池向外电路输送电流。蓄电池的放电特性主要由放电深度、放电率和连续放电时间等参数来描述。放电深度是指电池当前的放电状态，用实际放电容量与额定容量的百分比来表示。放电率是指放电的速率，常用时率或倍率表示。时率是指一定的放电电流放完额定容量所需的小时数，倍率是指规定时间内放出其额定容量时所输出电流的数值与额定值的倍数。2 2电池的充电电池的充电 电池充电是将外部电源的电能输入蓄电池，在蓄电池内将电能转换为化学能储存起来的过程。蓄电

7、池的充电参数主要有充电特性、完全充电和充电率。充电特性是指充电时蓄电池的电流、电压和时间之间的关系。3 3电池的极化电池的极化 极化是电池在静止状态（对外电路的电流I=O）时，出现的电池电压、电极电位变化的现象。电压与电流的乘积等于功率，再乘以电池运行时间即为输出电能，所以极化现象反映了在静止状态能量损失的大小，极化损失越小越好。4 4记忆效应记忆效应 记忆效应是指电池在没有完全放电之前就重新充电，电池会储存这一放电平台并在下次循环中将其作为放电的终点，尽管电池本身的容量可以使电池放电到更低的平台上，但在以后的放电过程中，电池将只记得这一容量。5 5电池的组合电池的组合 动力蓄电池作为汽车的动

8、力源，一般要求有较高的电压和电流，所以需要将若干单体电池通过串联、并联与复联的方式组合成电池组使用。电池组合中对单体电池性能有严格的要求，在同一组电池中必须选择同一系列、同一规格、性能尽可能一致的单体电池。2.2.2 2.2.2 电池的分类电池的分类1 1按照工作原理分类按照工作原理分类 按工作原理划分，主要可分为生物电池、物理电池和化学电池三大类。生物电池是利用生物（如生物酶、微生物或叶绿素等）分解反应过程中表现出来的带电现象所进行的能量转换，有酶电池、微生物电池和生物太阳电池等。物理电池是指利用物理原理制成的电池，其特点是能在一定条件下实现直接的能量转换，主要有太阳能电池、飞轮电池、核能电

9、池和温差电池。化学电池是将化学反应产生的能量直接转换为电能的装置，也称为化学电源，此外还有超级电容器，它是一种介于传统电解质电容器和电化学电池之间的新型储能元件。2.2.电解液种类分类电解液种类分类 碱性电池：电解质主要以氢氧化钾水溶液为主的电池，如碱性锌锰电池（俗称碱锰电池或碱性电池）、镉镍电池、氢镍电池等。酸性电池：主要以硫酸水溶液为介质的电池，如铅酸电池。中性电池：以盐溶液为介质的电池，如锌锰干电池、海水激活电池等。有机电解液电池：主要以有机溶液为介质的电池，如锂离子电池等。3.3.按工作性质和储存方式分类按工作性质和储存方式分类 一次电池，又称原电池，即不能再充电使用的电池，如锌锰干电

10、池、锂原电池等。二次电池，即可充电电池，如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池等。燃料电池，活性材料在电池工作时才连续不断地从外部加入电池，如氢氧燃料电池、金属燃料电池等。储备电池，储备电池储存时电极板不直接接触电解液，直到电池使用日才如入电解液，如镁一氯化银电池，又称海水激活电池。4.4.按电池所用正、负极材料分类按电池所用正、负极材料分类 锌系列电池，如锌锰电池、锌银电池等。镍系列电池，如镍镉电池、镍氢电池等。铅系列电池，如铅酸电池。锂系列电池，如锂离子电池、锂聚合物电池和锂硫电池等。二氧化锰系列电池，如锌锰电池、碱锰电池等。空气（氧气）系列电池，如锌空气电池、铝空气电池等。2.2.3

11、 2.2.3 新能源汽车动力蓄电池的性能指标新能源汽车动力蓄电池的性能指标 1.1.端电压端电压和电动势和电动势 端电压：动力蓄电池正极和负极之间的电位差。动力蓄电池在没有负载情况下的端电压叫开路电压。电动势(E)：电池上两个电极的平衡电极电位之差。2.2.容量容量 容量是指电池在一定的放电条件下所能放出的电量，用符号C示，单位常用Ah或mAh表示。理论容量：假定电池中的活性物质全部参加电池的成流反应所能提供的电量。理论容量：电池容量的最大极限值，电池实际放出的容量只是理论容量的一部分。额定容量：也叫标称容量，是指按国家或有关部门规定的标准，保证电池在一定的放电条件（如温度、放电率、终止电压等

12、）下应该放出的最低限度的容量。实际容量(C)：电池在实际应用工作情况下放出的电量。充满电的电池在一定条件下所能输出的电量，等于放电电流与放电时间的积分。3.3.内阻内阻 电流通过电池内部时受到阻力，使电池的工作电压降低，该阻力称为电池内阻。电池内阻包括欧姆内阻和极化内阻两部分。欧姆内阻主要由电极材料、电解液、隔膜的内阻及各部分零件的接触电阻组成。极化内阻是指化学电源的正极与负极在电化学反应进行时由于极化所引起的内阻，它是电化学极化和浓差极化所引起的电阻之和。5.5.功率与功率密度功率与功率密度 功率是指在一定的放电制度下，单位时间内电池输出的能量，单位为W或kW。功率密度又称比功率，是单位质量

13、或单位体积电池输出的功率，单位为W/kg或W/L。比功率是评价电池及电池包是否满足电动汽车加速和爬坡能力的重要指标。6.6.荷电状态荷电状态 荷电状态(State of Charge，SOC)描述了电池的剩余电量，其值为电池在一定放电倍率下，剩余电量与相同条件下额定容量的比值。荷电状态值是个相对量，一般用百分比的方式来表示，SOC的取值为：0SOC100%。9.9.自放电率自放电率 自放电率是指电池在存放时间内，在没有负荷的条件下自身放电，使得电池容量损失的速度，用单位时间（月或年）内电池容量下降的百分数来表示。10.10.输出效率输出效率 电池的输出效率通常用容量效率和能量效率来表示。电池的

14、容量效率指电池放电时输出的容量与充电时输入容量之比，电池的能量效率指电池放电时输出的能量与充电时输入的能量之比。11.11.抗滥用能力抗滥用能力 抗滥用能力指电池对短路、过充电、过放电、机械振动、撞击、挤压以及遭受高温和着火等非正常使用情况的容忍程度。12.12.成本成本 电池的成本与电池的技术含量、材料、制作方法和生产规模有关，目前新开发的高比能量、高比功率电池，如锂离子电池，成本较高，使得电动汽车的造价也高。13.13.放电制度放电制度放电制度是电池放电时所规定的各种条件，主要包括放电速率（电流）、终止电压和温度等。放电电流：放电电流是指电池放电时电流的大小。时率是以放电时间(h)表示的放

15、电速率，即以一定的放电电流放完额定容量所需要的时间(h)，常用C/n,来表示，其中，C为额定容量，n为一定的放电电流。放电率所表示的时间越短，所用的放电电流越大；放电率所表示的时间越长，所用的放电电流越小。倍率实际上是指电池在规定的时间内放出其额定容量所输出的电流值。它在数值上等于额定容量的倍数。例如，3倍率(3C)放电，其表示放电电流的数值是额定容量数值的3倍。若电池的容量为15Ah，那么放电电流应为315=45Ah。放电终止电压：电池放电时，电压下降到不宜再继续放电的最低工作电压称为终止电压，其值与电池材料直接相关，并受到电池结构、放电率、环境温度等多种因素影响。2.2.4 2.2.4 新

16、能源汽车对动力蓄电池的要求新能源汽车对动力蓄电池的要求 电动汽车对动力蓄电池的要求主要有：1 1比能量高比能量高 为了提高电动汽车的续驶里程，要求电动汽车上的动力蓄电池尽可储存多的能量，但电动汽车又不能太重，其安装电池的空间也有限，这就要求电池具有高的比能量。2 2比功率大比功率大 为了能使电动汽车在加速行驶、爬坡能力好负载行驶等方面能与燃油汽车相竞争，就要求电池具有高的比功率。3 3循环寿命长循环寿命长 循环寿命越长，则电池在正常使用周期内支撑电动弃车行驶的里数就越多，有助于降低车辆使用期内的运行成本。4 4均匀一致性好均匀一致性好 对于电动汽车而言，电池组的工作电压大多均应达到数百伏，这就

17、要求至少有几十到上百只电池的串联。为达到设计容量要求，有时甚至需要更多的单体并联。5 5高低温性能好、环境适应性强高低温性能好、环境适应性强 电动汽车作为一种交通工具，要求电池既要在北方冬天极冷的气温下，又要在南方夏天炎热环境中长期稳定地工作。在最恶劣的气候条件下，电池的工作温度可能要从-40变到60，甚至80。6 6安全性好安全性好 能够有效避免因泄漏、短路、撞击、颠簸等引起的起火或爆炸等危险事故发生，确保汽车在正常行驶或非正常行驶过程中的安全。7.7.价格低廉价格低廉 包括材料来源丰富，电池制造成本低，以降低整车价格，提高电动汽车的市场竞争力。8 8绿色、环保绿色、环保 要求电池制作的材料

18、与环境友好、无二次污染，并可再生利用。2010年工信部颁发了先进动力蓄电池系统规格和等级：工作温度：-2055；储存和运输温度：-4080；比能量90Whkg（以电池包总体计）；最大放电倍率5C；最大充电倍率3C；循环寿命2000次（单体），1200次（系统）。2.2.5 2.2.5 各种动力蓄电池性能比较各种动力蓄电池性能比较 新能源汽车对动力电源的要求主要有以下几点：比功率大（在大电流工况下可平稳放电，提高加速、爬坡性能）；比能量大（延长续驶里程）；循环寿命长；安全可靠；成本低；对使用环境温度要求低；能量转换效率高；对环境污染小等。2.3动力铅酸蓄电池动力铅酸蓄电池 2.3.1 2.3.1

19、 动力铅酸蓄电池特点与种类动力铅酸蓄电池特点与种类1.1.动力铅酸蓄电池的特点动力铅酸蓄电池的特点（1 1）铅酸蓄电池的优点）铅酸蓄电池的优点1）除锂离子电池外，在常用蓄电池中，铅酸蓄电池的电压最高，为2.OV；2）价格低廉；3）可制成小至1Ah大至几千安时的各种尺寸和结构的蓄电池；4）高倍率放电性能良好，可用于发动机起动；5）高低温性能良好，可在-40-60条件下工作；6）电能效率高达80%；7）易于浮充使用，没有“记忆”效应；8）易于识别荷电状态。（2 2）铅酸蓄电池的缺点）铅酸蓄电池的缺点 1）比能量低，在电动汽车中所占的质量和体积较大，一次充电行驶里程短；2）使用寿命短，使用成本高；3

20、）充电时间长；4）铅是重金属，存在污染。2.2.动力铅酸蓄电池种类与现状动力铅酸蓄电池种类与现状（1 1）开口式铅酸蓄电池）开口式铅酸蓄电池 （2 2）阀控式密封铅酸蓄电池）阀控式密封铅酸蓄电池 阀控式密封铅酸蓄电池即VRLA(Valve Regulated Lead Acid Battery)电池。VRLA电池是全密封的，不会漏酸，而且在充放电时不会像老式铅酸蓄电池那样会有酸雾放出来而腐蚀设备，污染环境，所以从结构特性上把VRLA电池又称为密封铅酸蓄电池。1）采用多元优质板栅合金，提高气体释放的过电位。2）让负极有多余的容量，即比正极多出10%的容量。3）为了让正极释放的氧气尽快流通到负极，

21、必须采用和普通铅酸蓄电池所采用的微孔橡胶隔板不同的新型超细玻璃纤维隔板。4）采用密封式阀控滤酸结构，使酸雾不能逸出，达到安全、保护环境的目的。（3 3）双极性密封铅酸蓄电池）双极性密封铅酸蓄电池 双极性铅酸蓄电池就是由双极性板、正负单极性板和隔板及电解液组成的电池，双极性是指一块基板的两面分别涂上正极膏和负极膏形成的两个极性。（4 4）卷绕）卷绕式密封式密封铅铅酸蓄酸蓄电池电池 将正负极板做成软性条状，中间和两侧均夹有纤维隔板，然后紧卷起来装入圆柱形电池壳内，焊接好极柱，加盖密封，组成电池，就形成了卷绕式密封铅酸蓄电池。卷绕式密封铅酸蓄电池现已商品化生产，其主要优点如下。1）内阻低，输出电压比

22、较平稳；2）比功率高，适合高功率密度放电；3）循环寿命长；4）低温性能好；5）快速充电性能好；6）放电速度小。3.3.铅铅酸蓄酸蓄电池的应用电池的应用 目前，性能得到改进的多种类型的铅酸蓄电池主要应用在速度不高、线路固定、充电站设立容易规划的电动车辆上。2.3.2 2.3.2 铅酸蓄电池的工作原理与结构铅酸蓄电池的工作原理与结构 1.1.铅酸蓄电池工作原理铅酸蓄电池工作原理 蓄电池的工作过程就是化学能与电能的相互转化。当蓄电池将化学能转化为电能而向外供电时，称为放电过程；当蓄电池与外界直流电源相联而将电能转化为化学能储存起来时，称为充电过程。当蓄电池充足电时，正极板上的活性物质是二氧化铅，负极

23、板上的活性物质是纯铅。放电过程，放电前，正极板上二氧化铅电离为四价铅离子(Pb4+)和二价氧离子（02-），铅离子附着在正极板上，氧离子进入电解液中，使正极板具有2.OV的正电位。负极板上的纯铅电离为二价铅离子(Pb2+)和两个电子(2e)，铅离子进入电解液中，电子留在负极，使负极板具有一0.1V的负电位。这样正负极板之间就有了电位差，这个电位差为2.1V。充电过程，如果把放电后的蓄电池接一直流电源，使蓄电池正极接上直流电源的正极，蓄电池的负极接直流电源的负极。当外加电源电压高于蓄电池电动势时，电流将以放电电流相反的方向流过蓄电池，使蓄电池正、负极发生与放电相反的化学反应。2.2.铅酸蓄电池结

24、构铅酸蓄电池结构 铅酸蓄电池由正负极板、隔板、电解液、溢气阀、外壳等部分组成。2.3.3 2.3.3 铅酸蓄电池的充放电特性铅酸蓄电池的充放电特性1 1铅铅酸蓄酸蓄电池的放电特性电池的放电特性在铅酸蓄电池不放电的情况下，蓄电池中的活性物质微孔中的电解液H2S04的密度与极板外的电解液密度相同。铅酸蓄电池开始放电，活性物质表面的电解液密度立即下降，而极板外的电解液是缓慢地向活性物质表面扩散，不能立即补偿活性物质表面电解液的密度，随着放电过程的进行，活性物质表面的电解液密度继续下降，结果导致蓄电池的端电压下降。2 2铅铅酸蓄电酸蓄电池的充池的充电电特性特性 在蓄电池充电开始后，首先活性物质表面的P

25、bS04转换为Pb，并在活性物质表面附近生成H2S04，蓄电池的端电压迅速地上升。当达到B点以后，活性物质表面和微孔内的H2S04浓度平缓地增加，蓄电池的端电压上升也比较缓慢。随着充电过程继续进行，达到充电量90%左右，反应的极化增加，蓄电池的端电压明显地再次上升，这时蓄电池的端电压达到D点，蓄电池的两极开始大量析出气体。超过D点以后进行的电解过程，蓄电池的端电压又达到一个新的稳定值。2.3.4 2.3.4 铅酸蓄电池的铅酸蓄电池的SOCSOC估计估计 蓄电池剩余容量的多少一般用蓄电池荷电状态(SOC)来描述。蓄电池荷电状态是无量纲的量，既可以反映蓄电池剩余的电量，也可以反映蓄电池消耗的电量。

26、2.4锂离子电池锂离子电池 2.4.1 2.4.1 锂离子电池的分类与结构锂离子电池的分类与结构 1 1锂离子电池的分类锂离子电池的分类（1 1）按照锂离子电池外形形状分）按照锂离子电池外形形状分 1）方形锂离子电池；2）圆柱形锂离子电池。（2 2）按照锂离子电池正极的材料不同分）按照锂离子电池正极的材料不同分 1）锰酸锂离子电池；2）磷酸铁锂离子电池；3）镍钴锂离子电池或镍钴锰锂离子电池。2 2锂锂离子电离子电池的结构池的结构 锂离子电池由正极、负极、隔板、电解液和安全阀等组成。圆柱形锂离子电池结构如图所示。2.4.2 2.4.2 锂离子电池的特锂离子电池的特点点优点：1）工作电压高。2）比

27、能量高。3）循环寿命长。4）自放电率低。5）无记忆性。6）对环境无污染。7）能够制造成任意形状。不足：1）成本高。2）必须有特殊的保护电路，以防止过充。2.4.3 2.4.3 锂离子电池的工作原理锂离子电池的工作原理 锂离子电池正极材料采用锂化合物LiCo02、LiNi02或LiMn204，负极采用锂碳层间化合物LixC6，电解液为有机溶液。典型的电池体系为：(-)C|LiPF6EC+DEC|LiCo02(+)2.4.4 2.4.4 锂离子电池的充放电特性锂离子电池的充放电特性在电压方面，锂离子电池对充电终止电压的精度要求很高，一般误差不能超过额定值的1%。充电电流方面，锂电池的充电率（充电电

28、流）应根据电池生产厂的建议选用。放电方面，锂离子电池的最大放电电流一般被限制在23C左右。对于过放电的锂离子电池，在充电前需要进行预处理，即使用小电流充电，使电池内部被过放电的单元被激活。在电池电压被充电到3.0V后再按正常方式充电，通常将这一阶段的充电称为预充电。锂电池的充电温度一般应该被限制在O60范围。2.4.5 2.4.5 锂离子电池的充电方法锂离子电池的充电方法 锂离子电池可以采用不同的充电方法，其中最简单的充电方法是恒压充电。采用恒压充电时，电池电压保持不变，而充电电流将逐渐降低。当充电电流降到低于0.1C时，就认为电池被充分充电了。锂离子电池通常都采用恒流恒压充电方法，其充电过程

29、可分为预充电、恒流充电、恒压充电三个阶段。1 1预预充电阶充电阶段段 在该状态下，首先检测单节锂离子电池电压是否较低(3.OV)，如果是则采用涓流充电（又称维护充电，用来弥补电池在充满电后由于自放电而造成的容量损失，一般采用脉冲电流充电，使蓄电池保持在近似完全充电状态的连续小电流充电。2 2恒流充电阶段恒流充电阶段 涓流充电后，充电器转入恒流充电状态。该状态下，充电电流保持不变的较大的值，电池的最大充电电流决定于电池的容量。（1 1）电池最高电压终止法）电池最高电压终止法 （2 2）电池最高温度终止法）电池最高温度终止法 3 3恒压充电阶段恒压充电阶段 恒流充电结束后，则转入恒压充电状态。在该

30、状态下，充电电压保持恒定。常用的恒压充电终止方法有以下四种方法：（1 1）电池最高电压）电池最高电压 （2 2）电池最高温度）电池最高温度 （3 3）最长充电时间）最长充电时间 （4 4）最小充电电流）最小充电电流 2.5燃料电池燃料电池 氢燃料电池的基本工作原理非常简单，实验装置如图所示。燃料电池是一种通过电化学反应的方式将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的装置。2.5.12.5.1燃料电池的特点燃料电池的特点 1 1燃料电池的优势燃料电池的优势 （1 1）能量转换效率高）能量转换效率高 （2 2）环境相容性好）环境相容性好 （3 3）使用寿命长）使用寿命长 （4 4）能源补充快）能源补充

31、快 （5 5）燃料的来源广泛）燃料的来源广泛 2 2存在的问题存在的问题 （1 1）燃料种类单一）燃料种类单一 （2 2）要求高质量的密）要求高质量的密封封 （3 3）价格高）价格高 （4 4）需要配备辅助电）需要配备辅助电池系统池系统 2.5.2 2.5.2 燃料电池的分类燃料电池的分类1 1按燃料电池的运行机理分类按燃料电池的运行机理分类1)酸性燃料电池；2)碱性燃料电池。2 2按电解质分类按电解质分类1)质子交换膜燃料电池(PEMFC)，这类主要用于汽车驱动的燃料电池；2)碱性燃料电池(AFC)；3)磷酸燃料电池(PAFC)；4)熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)；5)固体氧化物燃料电池(S

32、OFC)；6)直接甲醇燃料电池(DMFC)；7)再生型燃料电池(RFC)；8)锌空燃料电池(ZAFC)；9)质子陶瓷燃料电池(PCFC)。3 3按燃料使用类型分类按燃料使用类型分类 1)直接型燃料电池；2)间接型燃料电池；3)再生型燃料电池。4 4按燃料种类分类按燃料种类分类 1)氢燃料电池；2)甲醇燃料电池；3)乙醇燃料电池等。5 5按工作温度分类按工作温度分类 1)低温型（温度低于200）；2)中温型（温度为200750）；3)高温型（温度为7501000）；4)超高温型（温度高于1000c）。6 6按燃料状态分类按燃料状态分类 1)液体型燃料电池；2)气体型燃料电池。2.5.3 2.5.

33、3 质子交换膜燃料电池的工作原理质子交换膜燃料电池的工作原理PEMFC的工作过程。1）从图左侧双极板送来的氢气经过阳极的气体扩散层，与阳极表面的催化剂Pt接触，氢分子被分裂，并键合在Pt的表面，形成弱的H-Pt键。2）氢分子被分裂的过程就是氧化反应的过程，一个氢原子分裂后，释放出自己的电子，沿着阳极通过外电路，奔向阴极。3）从图右侧双极板送来的氧气经过阴极的气体扩散层，与阴极表面的催化剂Pt接触，氧分子被分裂，并键合在Pt的表面，形成弱的O-Pt键。4）氧分子被分裂的过程就是还原反应的过程，一个氧原子分裂后，在阴极吸收从阳极通道外电路送来的两个电子，并与阳极通过质子交换膜在电解质中送来的两个H

34、+结合，生成水。2.5.4 PEMFC2.5.4 PEMFC的双极板结构技术的双极板结构技术 单个单体PEMFC所产生的电压只有0.7V，要得到足够高的工作电压，就必须把多个单体串联起来，形成燃料电池堆。图所示为实现串联的最简单的方法，即利用导线将相邻两个单体的电极进行连接。2.5.52.5.5燃料电池的水管理与热管理燃料电池的水管理与热管理 1 1水管理的意义水管理的意义 膜电极是PEMFC的核心部件之一，对电池的输出功率、能量密度及工作寿命有着决定性的影响。提高膜电极性能的关键是在催化粒子的周围形成良好的质子、电子和气体通道，使膜具有一定的含水量，以保证质子的传导性。2PEMFCPEMFC

35、内部水平衡的影响因素内部水平衡的影响因素 水分子在膜中的分布受以下因素的影响：1）电渗力的拖动作用。2）电池工作时，还原反应在阴极生成水，生成水的多少与电流大小成正比。3）由于氢气和氧气供进来是要加湿的，会带进来水分。4）阴极向阳极的反扩散作用。3 3燃料电池水管理的方法燃料电池水管理的方法 （1 1）调节反应气的湿度）调节反应气的湿度 调节反应气的湿度是最常用的方法。反应气体的增湿有两种方法：外增湿方法和内增湿方法。（2 2）改进电池的内部结构）改进电池的内部结构 通过改进电池的内部结构进行增湿的技术主要集中在新型极板的设计和膜电极结构的优化两方面。4 4燃料电池的热管理燃料电池的热管理 1

36、）燃料电池中的热量来源主要有四个，分别是 化学反应产生的热量；欧姆极化产生的焦耳热量；加湿气体带来的热量；吸收环境辐射的热量。2）对于这些热量通常分几种情况，分别采取不同的处理方式。自然冷却。风冷。水冷。2.5.6 2.5.6 增压式燃料电池与常压式燃料电池增压式燃料电池与常压式燃料电池 1 1增压式燃料电池增压式燃料电池 压缩机与膨胀机安装在同一根传动轴上，燃料电池启动时，压缩机由电动机1驱动（电动机1由蓄电池供电），压缩机将空气经稳压罐压入阴极入口In2。膨胀机的作用是回收阴极出口Out2排出的剩余压缩气体的能量，助力压缩机工作，以减少压缩机所消耗的电能。2 2常压常压式燃料式燃料电池电池

37、 常压式燃料电池具有以下特点：1）阳极上直接用液态水对膜加湿，保证电解膜充分含水；2）阴极供应空气近似常压，所以寄生功率小；3）给阴极供应的不是加湿空气，不需要加湿模块；4）供给阴极的空气量很大，可以清除阴极上生成的大部分水；5）通过蒸发，反应气体中的水冷却，使冷却系统大为简化；6）由于是低压系统，电池堆与系统的密封、管道接头等容易处理。2.6其他新能源汽车驱动电池其他新能源汽车驱动电池 2.6.1 2.6.1 镍氢蓄电池和钠硫蓄电池镍氢蓄电池和钠硫蓄电池1.1.镍氢蓄电池镍氢蓄电池 镍氢电池按照工作电压可分为高压和低压两类；按照其外形可分为方形和圆形两类。高压镍氢电池单体采用镍(Ni)为正极

38、，氢(H2)为负极，因此高压镍氢电池也称为Ni-H2电池。低压镍氢电池又分为两种：一种是在镍氢电池中放入具有可逆吸放氢的储氢合金，以降低氢压；另一种低压镍氢电池以储氢合金(MH)为负极，氢氧化镍Ni(OH)2为正极，氢氧化钾(KOH)溶液为电解质。2.2.钠硫蓄电池钠硫蓄电池 钠硫蓄电池也是一种具有发展潜力的车用动力蓄电池，美国Ford公司的Mnivan牌电动汽车使用的就是这种电池。钠硫蓄电池曾被美国先进电池联合体（USABC）列为重点研究开发的高能电池之一。2.6.2 2.6.2 太阳能电池太阳能电池 1.1.太阳能电池的分类太阳能电池的分类 （1）硅系列太阳能电池硅系列太阳能电池 （2 2

39、）化合物系列太阳能电池）化合物系列太阳能电池 太阳能电池按照结构不同，可以分为同质结电池、异质结电池、肖特基结电池、光电化学电池等。2.2.太阳能电池的发电原理太阳能电池的发电原理太阳能电池的发电原理是基于半导体的光生伏特效应将太阳辐射能直接转换为电能。在晶体中电子的数目总是与核电荷数相一致，所以P型硅和N型硅是电中性的。3.3.太阳能电池的特点太阳能电池的特点 单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。转换效率为15%17%。多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较，成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池，其转换效率为12%14%非晶硅薄膜太阳能电池成本低、质量轻，转换效率为6%10%，便于大规模生

40、产，有极大的潜力。2.6.3 2.6.3 超级电容器超级电容器 超级电容器：又称双电层电容器(Electrical Double-Layer Capacitor)、电化学电容器（Electrochemical Capacitor,EC）、黄金电容、法拉电容等。超级电容器比同体积的电解电容器容量大2000倍6000倍，功率密度比电池高10100倍，可以大电流充放电，充放电效率高，充放电循环次数可达100000次以上，并且免维护。超级电容器的出现填补了传统的静电电容器和化学电源之间的空白，并以其优越的性能及广阔的应用前景受到了各个国家的重视。2.6.4 2.6.4 超高速飞轮超高速飞轮 超高速飞轮

41、，又称飞轮储能器或飞轮电池，它利用超高速旋转的飞轮储存能量，并通过机电能量转换装置实现机械能和电能的相互转换。基于其比能量高、比功率高、电能和机械能之间的转化效率高、能快速充电、可实现免维护和具有良好的性价比等特点，超高速飞轮在电动汽车、航空、航天、电网调峰、风力发电系统的不间断供电及军事等领域有着广泛的应用前景。2.6.5 2.6.5 空气电池空气电池 空气电池是以空气中的氧气作为正极活性物质，以金属为负极活性物质的一类电池。空气电池的电解液常用氢氧化钾溶液。因为用做负极的金属材料可选性很多，所以空气电池的种类也较多。1.1.锌空气电池锌空气电池 2 2铝空气电池的工作原理铝空气电池的工作原

42、理 （1 1）比能量大）比能量大 铝空气电池的理论比能量可达8100Wh/kg，目前的铝空气电池的实际比能量值达到350Wh/kg，但也是铅酸电池的78倍、镍氢电池的5.8倍、锂电池的2.3倍。（2 2）质量轻）质量轻 我国开发和研制的牵引用动力型铅酸蓄电池的总能量为13.5kWh，总质量为375kg。（3 3）铝没有毒性和危险性）铝没有毒性和危险性 铝对人体不会造成伤害，可以回收循环使用，不污染环境。3 3锂空气电池锂空气电池 锂空气电池的原理同其他空气电池类似，它以金属锂为负极，有碳基材料组成的多孔电极为正极，在放电过程中，金属锂在负极失去电子成为锂离子，电子通过外电路到达多孔正极。充电过程正好相反，在充电电压的作用下，放电过程中产生的放电产物首先在多孔正极被氧化，重新放出氧气，锂离子则在负极被还原成金属锂，待该过程进行完全，则电池又可重新向负载提供能量。