新能源汽车电池板块培训课件.ppt

1、新能源汽车培训课件课时：4H湛魏重要等级：指采用非常规车用燃料作为动力来源（或使用常规车用燃料、采用新型车载动力装置），综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。新能源汽车概念纯电动汽车（BEV）、混合动力汽车（油气混合、油电混合、插电混合）、燃料电池电动汽车（FCEV）、燃气汽车（液化天然气、压缩天然气）、液化石油气汽车、氢能源动力汽车、太阳能汽车和其他新能源（如高效储能器）汽车等。新能源汽车类型电池技术、电机技术、电控技术新能源汽车的关键技术铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池、燃料电池、太阳能电池、其他动力电池。新能源汽车的电池种类新能源汽车简单介

2、绍前言前言Introduction 内燃机汽车的心脏是动力系统，但是新能源车的心脏则是电池系统，因为电池系统的优劣直接关系到车的行驶里程、使用便利性等等情况，而目前新能源动力车型最大的技术瓶颈也恰恰限制在了电池系统上，比如充电时间、充电效率、能量密度以及体积、材质、安全或者质量等等。TRANSITION 动力电池的定义 动力电池的工作原理及性能参数 动力电池的分类Power battery了解动力电池了解动力电池动力电池的定义动力电池即为工具提供动力来源的电源，多指为电动汽车、电动列车、电动自行车、高尔夫球车提供动力的蓄电池。电动汽车用电池的主要性能指标是比能量(E)、能量密度(Ed)、比功率

3、(P)、循环寿命(L)和成本(C)等。要使电动汽车能与燃油汽车相竞争，关键就是要开发出比能量高、比功率大、使用寿命长的高效电池。1、动力电池的定义LOGOTEXT HERE2、电池的工作原理及性能参数分类方法电池种类按工作性质原电池、蓄电池、燃料电池、储备电池按电解质酸性电池、碱性电池、中性电池、有机电解质电池、非水无机电解质电池、固体电解质电池按电池特性高容量电池、密封电池、高功率电池、免维护电池、防爆电池按正负极材料锌锰电池系列、镍镉镍氢系列、酸铅系列、锂电池系列8物理电池化学电池生物电池电池的分类利用光、热、物理吸附等物理能量发电，如太阳能电池、超级电容器、飞轮电池等。利用生物化学反应发

4、电，如微生物电池、酶电池、生物太阳能电池等。3、动力电池的分类化学电池LOGOTEXT HERE化 学 电 池 的 分 类一次电池/原电池锌锰干电池 ZnNH4ClZnCl2MnO2(C)锌汞电池 ZnKOHHgO 银锌电池 ZnKOHAg2O二次电池/蓄电池铅酸电池 PbH2SO4PbO2。镍镉电池 CdKOHNiOOH镍氢电池 H2KOHNiOOH锂离子电池 LiCoO2有机溶剂6C。锌空气电池 ZnKOHO2(空气)。储备电池/激活电池镁银电池 MgMgCl2AgCl钙热电池 CaLiCl-KClCaCrO4(Ni)。铅高氯酸电池 PbHclO4PbO2。燃料电池/连续电池氢燃料电池 H

5、2KOHO2。肼空燃料电池 N2H4KOHO2(空气)TRANSITIONThe mainstream power battery is introduced 铅酸蓄电池 镍氢电池 锂离子电池 燃料电池主流新能源汽车电池一览新能源汽车常用动力电池010203041）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2.0V；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，可用于引擎启动；5）高低温性能良好，可在-4060条件下工作；6）电能效率高达60%；7）易于浮充使用，没有“记忆”效应；1）比能量低，在电动汽车中所占的质量和体积比较大，

6、一次充电行驶里程短；2）使用寿命短；3）充电时间长；4）铅是重金属，存在污染。铅酸蓄电池的特点铅酸蓄电池的特点M+Ni(OH)2 MH+NiOOH (充电反应)阳极：Ni(OH)2+OH-e-NiOOH+H2O 阴极：M+H2O+e-MH+OH-MH+NiOOH M+Ni(OH)2 (放电反应)负极：MH+OH-e-M+H2O 正极：NiOOH+H2O+e-Ni(OH)2+OH-镍氢电池正极是活性物质氢氧化镍，负极是储氢合金，用氢氧化钾作为电解质，在正负极之间有隔膜，共同组成镍氢单体电池。在金属铂的催化作用下，完成充电和放电的可逆反应。2、镍氢电池运用电动汽车镍氢电池的特点镍氢电池的特点能耐过

7、充过放。4无污染。镍氢电池不含铅、镉等对人体有害的金属。3比功率高。目前商业化的镍氢功率型电池能做到1350W/kg。1循环次数多。目前电动车镍氢动力电池，80%放电深度可循环1000次以上，是铅酸蓄电池的3倍以上。2使用温度范围宽。正常使用温度范围宽-3055；储存温度范围-4070。6无记忆效应。5安全可靠。短路、挤压、针刺、安全阀工作能力、跌落、加热、耐振动等安全性、可靠性试验无爆炸、燃烧现象。7镍氢电池具有无污染、高比能、大功率、快速充放电、耐用性等许多优异特性。与铅蓄电池相比，镍氢电池除具有比能量高、质量轻、体积小、循环寿命长的特点外，还具有以下特点。工作原理工作原理电池在充电时，锂

8、离子从正极材料晶格中脱出，通过电解质溶液和隔膜，嵌入到负极中；放电时，锂离子从负极脱出，通过电解质溶液和隔膜，嵌入到正极材料晶格中。在整个充放电过程中，锂离子往返于正负极之间。3、锂离子电池大规模普及17优点缺点1)1)工作电压高。工作电压高。锂离子电池工作电压为3.6V，是镍氢和镍镉电池工作电压的3倍。2)2)比能量高。比能量高。锂离子电池比能量已达到150Wh/kg，是镍镉电池的3倍，镍氢电池的1.5倍。3)3)循环寿命循环寿命长。长。目前锂离子电池循环寿命已达到1000次以上，在低放电深度下可达 几万次，超过了其他几种二次电池。4)4)自放电率低。自放电率低。锂离子电池月自放电率仅为6%

9、8%，远低于镍镉电池25%30%和 镍氢电池15%20%。5)5)无记忆性。无记忆性。可随时充电，而不会降低电池性能。6)6)对环境无污染。对环境无污染。锂离子电池中不存在有害物质，是名副其实的“绿色电池”。7)7)能够制造成任意形状。能够制造成任意形状。1)1)成本高。成本高。主要是正极材料LiCoO2的价格高，但按单位瓦时的价格计算，已经低于镍氢电池，与镍镉电池持平，但高于铅酸蓄电池。2)2)必须有特殊的保护电路必须有特殊的保护电路，以防止过充。1802.燃料种类03.使用类型04.燃料状态05.运行机理氢燃料电池、甲醇燃料电池、乙醇燃料电池直接型燃料电池、间接型燃料电池、再生型燃料电池

10、液体型燃料电池、气体型燃料电池酸性燃料电池、碱性燃料电池.燃料电池01.电解质Click质子交换膜燃料电池质子交换膜燃料电池、碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、直接甲醇燃料电池、再生型燃料电池、锌空燃料电池、质子陶瓷燃料电池.燃料电池是一种化学电池，基于燃料、氧化剂基础上，发生化学反应时直接将释放出的能量变换为电能。分类方法分类方法燃料电池种类燃料电池种类06.工作温工作温度度低温型（1000）0419优点缺点 燃料电池的特点1)节能、转换效率高。燃料电池的运转效率约为50%70%，低功率下的运转效率高，其短时间的过载能力可以达到额定功率的200%，适合于汽车

11、的加速和爬坡。2)排放基本达到零污染。碳氢化合物燃料电池主要生成物质为水、C02、CO等，属于“超低污染”；氢氧燃料电池的反应物只有清洁的水。3)无振动和噪声，寿命长。发生的是电化学反应，过程中没有噪声和机械振动的产生，从而减少机械器件的磨损，延长了使用寿命。4)结构简单，运行平稳。能量转化在静态下完成，结构比较简单，构件的加工精度要求低。1)燃料种类单一。主要是液态氢、气态氢以及碳水化合物经过重整后转换的氢，氢气的产生、存储、保管、运输和灌装或重整，都比较复杂，对安全性要求高。2)要求高质量的密封。燃料电池组中的单体电池间的电极连接时，必须要有严格的密封，否则氢气泄漏会降低氢的利用率并严重影

12、响燃料电池发动机的效率，还会引起氢气燃烧事故。3)价格高。制造成本高，电池价格昂贵。4)需要配备辅助电池系统。通常在燃料电池汽车上还要增加辅助电池，来储存燃料电池富裕的电能和汽车在减速时接受再生制动的能量。性能指标铅酸电池镍氢电池磷酸铁锂锰酸锂工作电压（V）2.01.23.63.6比能（wh/kg）3070140110循环寿命（次）300-5005002000500成本最低高较高低自放率4-5%30-35%5%5%记忆效应无有无无使用温度（）-40-60-30-50-20-60-20-60有害物质铅/TRANSITIONBATTERY MANAGEMENT SYSTEM 动力电池管理系统定义及

13、结构 动力电池管理系统功能电动汽车电池管理系统(BMS)是连接车载动力电池和电动汽车的重要纽带，主要功能包括:电池物理参数实时监测;电池状态估计;在线诊断与预警;充、放电与预充控制;均衡管理和热管理等。二次电池存在下面的一些缺点，如存储能量少、寿命短、串并联使用问题、使用安全性、电池电量估算困难等。电池的性能是很复杂的，不同类型的电池特性亦相差很大。电池管理系统(BMS)主要就是为了能够提高电池的利用率，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。定义简介结构组成：数组成：数据采集模据采集模块、主控块、主控模块、通模块、通讯模块、讯模块、均衡模块、均衡模块、人机接口人机接口

14、模块、故模块、故障诊断模障诊断模块等组成。块等组成。动力电池管理系统功能165432BMS动力电池的维护技动力电池的维护技术术动力电池的热管动力电池的热管理理动力电池的电量动力电池的电量管理管理动力电池管理动力电池管理系统数据采集原理系统数据采集原理动力电池充放电动力电池充放电管理管理动力电池均衡动力电池均衡控制与管理控制与管理1、数据采集模块LOGOTEXT HERE采集动力电池的电压、温度、电流等参数，为电量管理、均衡管理、热管理、故障诊断等模块提供一次参数。数据采集模块123单体电压采集：继电器阵列法、恒流源法、隔离运放采集法、压频转换电路采集法、线性光耦合放大电路采集法温度采集：热敏电

15、阻、热电偶、集成温度传感器电流采集方法：分流器、霍尔式电流传感器2、动力电池充放电管理LOGOTEXT HERE动力电池充电过程中与非车载充电机之间连接和通讯对充电电流、电池电压等参数进行监控，防止动力电池出现过充现象对电池放电电流进行监控，防止过电流对电池造成损坏对电池放电深度进行控制，防止电池过放电影响电池使用寿命4、动力电池的电量管理LOGOTEXT HERE电量管理意义影响因素估算方法保护蓄电池，把SOC控制在一定范围内提高整车性能，充分利用蓄电池降低对动力电池的要求，充分利用蓄电池提高经济性，选择较低容量的蓄电池充放电管理、温度、电池容量衰减、自放电、一致性。开路电压法UPS和储能电

16、池容量积分法简单易行，但缺点是精度不高和误差累积模糊逻辑推理与神经网络法精度较高，但需大量数据卡尔曼滤波法适用广泛，精度较高，但工程复杂准确估测动力电池组的荷电状态(State of Charge，即SOC)，即电池剩余电量，保证SOC维持在合理的范围内。27u过高或过低的温度都将直接影响动力电池的使用寿命和性能，并可能导致电池系统的安全问题；u电池箱内温度场的长久不均匀分布将造成各电池模块、单体间性能的不均衡。功能意义u电池温度的准确测量和监控；u电池组温度过高时的有效散热和通风；u低温条件下的快速加热；u有害气体产生时的有效通风；u保证电池组温度场的均匀分布。5、动力电池的热管理28010

17、102020303空冷空冷按照散热风道结构空冷按照散热风道结构空冷系统可分为系统可分为串行通风串行通风方方式和式和并行通风并行通风方式两种方式两种最有效、最直接最有效、最直接液冷液冷按照是否有按照是否有内部加热或内部加热或制冷装置制冷装置可分为被动式可分为被动式和主动式两种。和主动式两种。被动系被动系统成本较低，采取的设统成本较低，采取的设施相对简单施相对简单;主动系统主动系统相对复杂，并且需要更相对复杂，并且需要更大的附加功率，但效果大的附加功率，但效果较为理想。较为理想。相变材料相变材料寒冷地区使用的动力电寒冷地区使用的动力电池可以使用加热线、加池可以使用加热线、加热膜、加热板等对电池热膜

18、、加热板等对电池进行加热。进行加热。按照传热介质，可将电池组热管理系统分为按照传热介质，可将电池组热管理系统分为空冷、液冷和相变材料冷却空冷、液冷和相变材料冷却三种三种6、动力电池的维护技术LOGOTEXT HERE电池组的结构拓扑是首先需要解决的问题，这是由于单个电池的容量往往存在限制，想要做到100Ah以上，电动汽车电源系统的维护包括常规维护、重点维护、贮存维护等维护人员在进行操作时必须戴好绝缘手套等防护用品，使用前必须熟悉动力电源产品的结构、工作原理和使用说明书。常规维护贮存维护注意事项准备工作重点维护30专用工具个人防护01010202配置和准备专用的检测仪器（如丰田普锐斯配置有智能测

19、试仪）、常用仪表（如电压表、欧姆表、绝缘测试仪等）、专用工具（带绝缘措施的起子、扳手等）、常用物料（如绝缘胶带、扎带等）、其他（如充电机等）。电动汽车使用高压电路，在检修前必须做好个人防护措施：佩带绝缘手套，穿防护鞋、工作服等；手腕、身上不能佩带金属物件（如金属手链、戒指、手表、项链等）准备工作31意事项高压电路的线束和连接器通常为橙色，高压零部件通常贴有“高压”警示，操作这些线束和部件时需要特别注意。完成对高压系统的操作后，应再次确认在工作平台周围没有遗留任何零件或工具以及确认高压端子已拧紧和连接器已连接。注不要携带任何类似卡尺或测量卷尺等的金属物体，避免掉落导致短路拆下任何高压配线后，立刻用绝缘胶带将其绝缘。按照规定扭矩将高压螺钉端子拧紧。扭矩不足或过量都会导致故障断开电源后放置5分钟。需要对车辆系统内的高压电容器进行放电。佩带绝缘手套，并确保绝缘手套没有破损，不要戴湿手套。对高压系统进行操作时，在旁放置“高压工作，请勿靠近”警告牌维护检修前必须熟悉车辆说明书和电源系统说明书。对高压系统操作时断开电源。断开前需注意先检查读取故障码，避免系统故障代码被清除。谢谢！谢谢！