电动汽车动力电池及电源管理全套课程教学课件.ppt

1、新能源汽车专业规划教材 “十二五”职业教育国家规划教材 电动汽车动力电池及电源管理电动汽车动力电池及电源管理 全套课程教学课件全套课程教学课件 目录 第第2 2章章 电动汽车动力电池基本知识电动汽车动力电池基本知识 第第3 3章章 铅酸动力电池及其应用铅酸动力电池及其应用 第第4 4章章 碱性动力电池及其应用碱性动力电池及其应用 第第5 5章章 锂离子动力电池及其应用锂离子动力电池及其应用 第第6 6章章 用于电动汽车的其他动力源用于电动汽车的其他动力源 第第7 7章章 电动汽车电源管理系统电动汽车电源管理系统 第第1 1章章 电动汽车与动力电池发展历程电动汽车与动力电池发展历程 本章学习目标

2、 1.能够描述动力电池及电动车辆发展简史 2.能够分析制约动力电池和电动汽车发展的因素 3.能够分析推动动力电池与电动汽车发展需解决的问题 4.能够描述当前应用在电动汽车上的动力电池类型 第第1 1章章 电动汽车与动力电池发展历程电动汽车与动力电池发展历程 1.1.电动汽车与动力电池发展历史电动汽车与动力电池发展历史 2.2.电动汽车与动力电池发展现状电动汽车与动力电池发展现状 3.3.预测电动汽车与动力电池发展趋势预测电动汽车与动力电池发展趋势 1.1.电动汽车与动力电池发展历史电动汽车与动力电池发展历史 了解电动机的发展过程 2 了解电动汽车的发展历程 3 了解蓄电池的发展过程 1 蓄电池

3、的发明 1800年代，亚历山大 伏特制成了人类历史上最早的电池，后人称之为伏特电池。 1830年，威廉姆 斯特金解决了伏特电池的弱电流和极化问题，使电池的使用寿命大大延长。 1836年，约翰 丹尼尔进一步改进了伏特电池，提高了伏特电池的稳定性，后人称之为丹尼尔电池。它 是第一个可长时间持续供电的蓄电池。 1859年，法国科学家普兰特加斯东(Plant Gaston)最早发明的一种能够产生较大电流的可重复充电的 铅酸电池。 图片小贴士 伏特电池的小敀事 1799年，伏特把一块锌板和一块银板浸 在盐水里，収现连接两块金属的导线中 有电流通过。亍是，他就把许多锌片不 银片之间垫上浸透盐水的绒布戒纸片

4、， 平叠起来。用手触摸两端时，会感到强 烈的电流刺激。伏特用返种斱法成功的 制成了丐界上第一个电池“伏特电 堆”，成为早期电学实验、电报机的电 力来源。 伏特（左）向拿破仑（右）展示伏打电堆 图片小贴士 丹尼尔电池的小敀事 1836年，英国的丹尼尔对“伏特电堆”迕行了改良。 他使用秲硫酸作电解液，解决了电池枀化问题，制造 出第一个丌枀化，能保持平衡电流的锌铜电池，又 称“丹尼尔电池”。 图片小贴士 普兮特和他収明的铅酸电池 1899年Waldmar Jungner发明了Cd-Ni电池 ； 1901年爱迪生发明了Fe-Ni电池； 1984年波兰的飞利浦（Philips）公司成功研制出LaNi5储

5、氢合金，并制备出MH-Ni电池。 图片小贴士 収明大王爱迪生和他的铁镍电池 1991年，可充电的锂离子蓄电池问世，实验室制成的第一只18650型锂离子电池容量仅为600mA h； 1992年，SONY公司开始大规模生产民用锂离子电池。 1995年，日本索尼公司首先研制出100A h锂离子动力电池并在电动汽车上应用，展示了锂离子电池作 为电动汽车用动力电池的优越性能，引起了广泛关注。 电动机的发明 1740年代，第一个电动马达是由苏格兰僧侣安德鲁戈登（Andrew Gordon）创建的简单的静电设备。 1821年英国人迈克尔 法拉第（Michael Faraday）发明电动机实验室模型，只要有电

6、流通过线路，线 路就会绕着一块永久磁铁不停地转动，成为电动机发展的雏形。 图片小贴士 法拉第及其収明的电劢机 1827年，匈牙利物理学家安幼思 杰德利克（nyosJedlik）开始尝试用电磁线圈进行实验。杰德利克 解决一些技术问题后，称他的设备为“电磁自转机”。虽然只用于教学目的，但第一款杰德利克的设备 已包含今日直流电动机的三个主要组成部分：定子，转子和换向器。 1831年，美国人约瑟夫 亨利改进了法拉第电动机，使用电磁铁代替永久磁铁，提高了输出功率，从而 向实用电动机发展跨出了重要一步。 1834年，德国人莫里茨 赫尔曼 雅可比对亨利电动机作了重要革新，把水平的电磁铁改为转动的电枢， 并加

7、装了换向器，制成了第一个电动机样机。1838年，制造出世界上第一台实用直流电动机，安装在船 上，并试航成功。从此，电动机就完成了从实验室模型到实用电动机的转化。 图片小贴士 亨利和亨利电劢机 图片小贴士 雅可比电劢机 1835年，美国一位铁匠汤马斯 达文波特（Thomas Davenport）制作出世界上第一台能驱动小电车的 应用电动机，并在1837年申请了专利。 1870年代初期，世界上最早可商品化的电动机由比利时电机工程师Zenobe Theophile Gamme所发明。 1888年，美国著名发明家尼古拉 特斯拉应用法拉第的电磁感应原理，发明交流电动机，即为感应电动 机。 1902年，瑞

8、典工程师丹尼尔森利用特斯拉感应电动机的旋转磁场观念，发明了同步电动机。 图片小贴士 达文波特及其发明的电动机 电动汽车的发展历程 第一阶段 电动汽车的发明 早在1830年代，苏格兰发明家罗伯特 安德森(Robert Anderson)便成功地将电动机装在一部马车上， 1842年又与托马斯 戴文波特(Thomas Davenport)合作，打造出世界上第一部以电池为动力的电动汽 车，采用不可充电的玻璃封装蓄电池，开创了电动车辆发展和应用的历史。 1847年，美国人摩西 法莫制造了第一辆以蓄电池为动力可乘坐两人的电动汽车。 图片小贴士 罗伯特 安德森的电动马车 第二阶段 电动汽车的发展 1881年

9、11月，法国人古斯塔夫 特鲁夫在巴黎展出了一台电动三轮车。加上乘员后总重 量达到了160千 克，时速达到了12千米。1882年，威廉姆 爱德华 阿顿和约翰 培理也制成了一辆电动三轮车，车上还 配备了照明灯。这辆车的总重量提高到了168千克， 时速提高到了14.5千米。 随后的1890年，威廉姆莫瑞逊在美国制造了一辆能行驶13h、车速为14mile/h的电动汽车。1891年， 美国人亨利 莫瑞斯制成了第一辆电动四轮车，实现了从三轮向四轮的转变，这是电动车向实用化方向迈 出的重要一步。 1895年，由亨利 莫瑞斯（Henry Morris）和皮德 罗 沙龙（Pedro Salom）制造的Elect

10、robat，安装了 两台驱动电机，能以20mile/h的速度行 驶 25mile。 1897年，美国费城电车公司研究制造的纽约电动出 租车实现了电动车的商用化运营。 1899年，贝克汽车公司在美国成立生产电动汽车。公司生产的电动赛车的车速能超过120km/h，而且 是第一辆座位上装有安全带的乘用车。 1899年5月，一个名叫卡米勒 杰纳茨(Camille Jenatzy)的比利时人驾驶一辆44kW双电动机为动力的 后轮驱动的子弹头型电动汽车，创造了时速68mile (110km)的记录，并且续驶里程达到了约290km。 这也是世界上第一辆时速超过100公里的汽车。 图片小贴士 卡米勒 杰纳茨驾

11、驶的子弹头型电动汽车 图片小贴士 1900年，BGS公司生产的电动汽车创造了单次充电行驶180mile的最长里程纪录。 电动汽车在出租车领域得到应用。 图片小贴士 纽约街头的电劢出租车 第三阶段 电动汽车的繁荣 19世纪末到1920年是电动车发展的一个高峰。 据统计，到1890年在全世界4200辆汽车中，有38%为电 动汽车，40%为蒸汽车，22%为内燃机汽车。 1900年，美国制造的汽车中，电动汽车为15755辆，蒸汽机汽车为1684辆，而汽油机汽车只有936辆。 到了 1911年，就已经有电动出租汽车在巴黎和伦敦的街头 上运营。美国首先实现了早期电动车的商业 运营，成为发展最快、 应用最广

12、的国家。 图片小贴士 1903年的电劢汽车（hybrid） 图片小贴士 公兯交通领域使 用的电劢车 到了1912年，已经有几十万辆电动汽车遍及全世界，被广泛使用于出租车、送货车、公共汽车等领域。 据统计，1912年，在美国登记的电 动汽车数量达到了34000辆。电动汽车产销量在1912年达到最大， 在20世纪20年代 仍有不俗表现。 19世纪世纪 末的电动末的电动 出租汽车出租汽车 图片小贴士 1910年的电动汽车广告 图片小贴士 1912年的电劢汽车 图片小贴士 爱迪生的电劢汽车 图片小贴士 第四阶段 电动汽车的衰落 在美国得克萨斯州发现了石油，使得汽油价格下跌，大大降低了汽油车的使用成本。

13、在18901920年 期间，全世界石油生产量增长了10倍。 1911年，查尔斯 科特林(Charles Kettering)发明了内燃机自动启动技术；1908年，福特汽车公司推 出了T型车，并开始大批量生产，内燃机汽车的成本大幅度下降，1912年电动车售价1750美元，而汽 油车只要650美元。 1913年，福特(Ford)建立了内燃机汽车装配流水线，几乎使装配速度提高了8倍，最终使每工作日每隔 10秒钟就有一台T型车驶下生产线。内燃机汽车进入了标准化、大批量生产阶段。亨利-福特以大批量流 水线生产方式生产汽油车使得汽油车价格更加低廉，使其价格从1909年的850美元降到了1925年的 260

14、美元。内燃机汽车应用方便、价格低廉的优点逐步显现。 虽然同一时期电动汽车用的动力电池技术也在飞速发展，在19101925年间，电池存储的能量提高了 35%，寿命增长了300%电动汽车的行驶里程增长了230%，与此同时，价格降低了63%，但汽油的 质量能量密度是电池的l00倍，体积能量密度是电池的40倍。在使用性能方面，燃油汽车的续驶里程是 电动汽车的2-3倍，动力电池充电时间也明显长于内燃机汽车燃油的加注时间。 电动汽车续驶里程短、充电时间长成为无法与内燃机汽车相抗衡的致命因素。随着道路交通系统的改善， 导致对长距离运输车辆的需求不断增加，电动汽车的黄金时代仅仅维持了20多年，便走向衰退。 第

15、一次世界大战后，电力牵引技术应用的重点转移到公共交通领域，如火车、有轨电车和无轨电车。随 着内燃机汽车设计和制造技术的发展，在很多地区，有轨电车和无轨电车也逐步被柴油驱动的内燃机汽 车取代了。20世纪20年代，电动汽车几乎消失了。 第五阶段 电动汽车的复苏 第二次世界大战后欧洲和日本的石油供给紧张，电动汽车在局部地区出现了复苏迹象。1943年，仅仅 在日本就有3000多辆电动汽车处于注册状态。 20世纪40年代，电动汽车续驶里程只有5060km，最高时速仅为3035kn/h，其性能仅能满足短途、 低速运输的需要。 进入20世纪60年代，内燃机汽车大批量使用导致了严重的空气污染。不仅如此，更严重

16、的是内燃机汽车 对石油的过分依赖，导致一系列的政治问题和国家安全问题。 20世纪70年代初，世界石油危机对美国 乃至世界经济产生了重大影响，而电动汽车由于其良好的环保性能和能摆脱对石油的依赖性，重新得到 社会各界的重视。 图片小贴士 1959-1960 Henney Kilowatt电劢汽车（量产了100台） Sebring-Vanguard制造的CitiCar（生产了2000台） 20世纪70年代末期，德国戴姆勒奔驰汽车公司生产了一批LE306电动汽车，采用铅酸电池。电压 180V，容量180Ah，铅酸电池质量为1000kg。有它激直流电动机，电动机最高转速为6000r/min。有 效载荷为

17、1450kg，总质量为4400kg。最高时速为50km/h，最大爬坡度为16%，原地起步加速到 50km/h的时间为14s，续驶历程可达120km。 图片小贴士 1969年宝马生产的电劢汽车 意大利为了降低空气污染，20世纪80年代末建立了电动汽车车队，共投入52辆电动汽车试验，所有车 均用铅酸电池。1990年菲亚特汽车公司生产 “熊猫一览 lef/ra”，载重量为1330kg，车速为70km/h， 续驶里程为100km，采用铅酸电池，或改用镍镉电池车速可达100km/h ，续驶里程达180km。 1976年，美国国会通过了纯电动汽车和混合动力电动汽车的研究开发和样车试用法令(The Elec

18、tric and Hybrid Vehicle Research Development and Demonstration，拨款1.6亿美元资 助电动汽车的开发。 1977年，第一次国际电动汽车会议在美国举行，公开展出了100多辆电动汽车。1978年，美国通过 第95238公法(Federal Nonnuclear Act),予以修订增加对电动汽车研发的拨款，政府同时责成 能源部电力研究所与电力公司加快研制电动汽车的技术，并加大资金投入，责成国家阿岗实验室与电池 公司合作研制供电动汽车用的高性能蓄电池。从此，国际上开始了第二轮的电动汽车研发高潮。 1988年，在美国洛杉矶地区的市议会上曾有人

19、提出，引入国际竞争机制，进行年产10000辆电动车辆， 包括5000辆卡车和5000辆两座乘用车并推向市场的计划继洛杉矶倡议之后，1989年12月13日，加利 福尼亚州空气资源委员会(CARB)对汽车排放制定了规划，该项规划要求到20世纪90年代，在加利福尼 亚州销售的所有车辆中，有2%要符合零排放标准(Zero-emission-vehicles)，满足该标准的车辆只能 是纯电动汽车或氢燃料电池电动汽车。随后，美国纽约、马萨诸塞等州也颁布了类似的法律。 1991年美国通用汽车公司、福特汽车公司和克莱斯勒汽车公司共同协议，成立了先进电池联合体 (USABC)，共同研究开发新一代电动汽车所需要的

20、高能电池。1991年10月USABC与美国能源部签订 协议，在1991-1995年的四年间投资2.26亿美元来资助电动汽车用高能电池的研究。1991年10月美国 电力研究院(ERPI )也参加了先进电池联合体来参与高能电池与电动汽车的开发，主要有镍-氢、钠-硫、 锂聚合物和锂离子等高能电池。其中镍-氢、锂聚合物和锂离子电池将投入商业化生产。 图片小贴士 美国通用汽车公司生产的电劢汽车 图片小贴士 美国通用汽车公司在底特律建成EV-1(纯电动汽车)电动轿车总装线，每天生产10台电动轿车(1996 到 1999) ，起初，EV1只在南加州和亚利桑那州以租赁的斱式销售，租户仧丌乏社会名流，他仧对EV

21、1赞 丌绝口。 EV1的电池近500公斤。通用使用了徆多斱法来为车身减重。丌过即便如此，EV1的总重也接近了1.4吨。 EV1一代车型的理论单次充电续航里秳是80-112公里，而二代镍氢电池车辆则理论可跑120-208公里。 充电可采用磁感应充电装置， 15h充满，EV1迓另配一套传统电源充电系统，镍氢电池可以在2-3h充电 80%，理论上需要4个小时充满。 叐充电时间、续驶里秳等因素影响，通用最终停止了项目，回收了所有出租车辆，销毁了其中的绝大多 数，剩下的一些送去了博物馆。 2.2.电动汽车与动力电池发展现状电动汽车与动力电池发展现状 掌握电动汽车用动力电池的技术现状 2 了解电动汽车上使

22、用的动力电池的类型 1 目前电动汽车上使用的动力电池的类型 长期以来，电池的寿命和成本问题一直是制约电动汽车发展的技术瓶颈。通过不断的技术创新与技术改 进，电池技术得到了飞速的发展。动力电池已经从传统的铅酸电池发展到镍氢动力电池、钴酸锂、锰酸 锂、聚合物、三原材料，磷酸铁锂等先进的绿色动力电池，动力电池在比能量、比功率、安全性、可靠 性、循环寿命、成本等方面，都取得很大的进步。 0 500 1000 1500 2000 500 1000 600 1000 1500 铅酸电池镍氢电池钴酸锂电池锰酸锂电池磷酸铁锂电池 电动汽车上使用的主流动力电池 电池类型 铅酸蓄电池 镍镉电池 镍氢电池 锂电池

23、比能量/(W h/kg) 35 55 6070 120 比功率/（W/kg） 130 170 170 1000以上 循环寿命/次 400600 500以上 1000以上 1000以上 优点 技术成熟、 廉价、可靠 性高 比能量较高、 寿命长、耐 过充放性好 比能量高、 寿命长 比能量高、寿 命长 缺点 比能量低、 耐过充放性 差 镉有毒、有 记忆效应、 价格较高、 高温充电性 差 价格高、高 温充电性差 价高、存在一 定安全性问题 电动汽车用动力电池的技术现状 铅酸电池由于技术成熟、成本低，在电动汽年尤其是纯电动汽车上应用广泛。锂离子动力电池具有容量 高、比能量高、循环寿命长、无记忆效应等优点

24、，因而成为当前电动汽车用动力电池技术研究开发的主 要方向，尤其是插电式（Plug-in）混合动力概念的推出，又为锂离子电池的应用拓展了广阔的市场空 间。 图片小贴士 EV1采用的铅酸电池组 当前，国际上各大电池公司纷纷投入巨资研制研发锂离子动力电池，在技术上取得了一 系列重大突破。 如美国的A123公司研制的锂离子动力电池，电池容量为23A h，循环寿命长达1000次以上，能够以 70A电流持续放电，120A电流瞬时放电，产品安全可靠；美国Valence公司研制的U-charge磷酸铁锂 电池，除了能量密度高、安全性好以外，可在-20 60的宽温度范围内放电及储存，其重量比铅酸电 池轻了36%

25、，一次充电后的运行时间是铅酸电池的2倍，循环寿命是铅酸电池的67倍。 图片小贴士 A123锂离子动力电池单 体、电池组和电池包 随着锂离子动力电池技术的不断发展，其在电动汽车上的应用前景被汽车企业普遍看好，在近两年国际 车展上各大汽车公司展出的绝大多数纯电动汽车和混合动力汽车都采用了锂离子动力电池 模块化的锂离 子动力电池通 过不同的组合 方式，形成各 种形状的电池 包，可满足不 同车型的结构 设计需要 随着研发的逐步深入，各种形式的电动汽车示范运行和商业化推广已经在国际上广泛开展。 德国政府预计，到2020年，可再生能源要占全部能源消耗的47%，德国境内的新能源汽车要超过100万 辆。 德国

26、政府计划投入巨资促迕电劢汽车的销售，至2020年返笔拨款总计达30亿欧元（约合人民币207.65 亿元）。一部分资金将被用亍贩买者的高额补贴，一部分资金将被用亍充电设斲的建设，另一部分迓会 用亍氢能汽车的研収。 图片小贴士 德国奔驰电劢汽车，其中SMART for two销量最好。 以色列为保证新能源汽车在国内的广泛应用，制订了一项在10年内推广100万辆电动汽车的“宏伟”计 划。 以色列控股集团公司 旗下的BetterPlace 2008年10月，澳大利亚能源巨头AGL和金融集团Macquarie Capital与国际集团公司Better Place签 署一项协议，计划在墨尔本、悉尼和布里斯

27、班打造电动汽车网络，按照这项协议，到2012年，多数澳大 利亚人可驾驶电动汽车。 在日本，主要汽车公司，如丰田、本田、日产及三菱等都已陆续将电动汽车产品推上市场。 我国国家科技部自“九五”开始支持电动汽车的研究、开发和产业化。“十五”期间，通过科技部电动 汽车重大科技专项的支持，从电动汽车关键零部件到电动汽车整车均取得了丰硕的科研成果，分别完成 了纯电动汽车、混合动力电动汽车、燃料电池电动汽车功能样车、性能样车和产品样车试制，部分产品 已经小批量供应示范城市示范运行。 图片小贴士 “十五”期间科技部电动汽车重大科技专项计划 “十五”期间，在电动汽车示范运行应用方面，国家科技部共支持北京、天津、

28、武汉、威海、杭州、株 洲6个示范运营城市对各种类型的电动汽车开展了对比试验和示范运行，累计投入运营车辆186台，运营 里程290余万公里，实现运送乘客430余万人。 “十一五”期间，国家科技部牵头联合国家发改委、财政部和工信部相继推出了“十城千辆”和“私 人购买新能源汽车”计划，推进电动汽车在公共交通和私人应用领域的发展。现已建立电动汽车示范城 市25个，累计运行新能源汽车超过万辆，建设私人购买新能源汽车示范城市6个，从2011年开始，私人 购买新能源汽车已全面推开。 【课堂活动】 “电动汽车兴衰”原因剖析 活动目的：巩固对电动汽车发展历史的认识 所需材料：纸笔等。 活动方式：小组讨论的方式

29、活动过程：学生分组讨论，以知识链接为基础，通过网络或其他工具搜集资料，撰写“动力电池与电动 车辆发展历史及启示”讨论稿，分组讨论剖析电动汽车兴衰变换的原因。讲述完毕后进行自我完善，哪 些问题自己考虑到了而别人没有考虑到，亦即自己的独创点；哪些是自己考虑到了，别人也考虑到了， 亦即共识点；哪些问题是自己没有考虑到而别人考虑到了，亦即不足点。 3.3.预测电动汽车与动力电池发展趋势预测电动汽车与动力电池发展趋势 下一代车辆燃料行动计划 2 典型的动力电池特点及发展趋势分析 1 典型的动力电池特点及发展趋势分析 不同类型的动力电池性能、价格具有明显差异，能适应不同的消费层次和满足不同的需 要。铅酸电

30、池、 镍氢电池、锂离子电池在未来段时间内仍将是国内外电动汽车用动力电池的主要类型，会共同占有电动 汽车用动力电池的市场，燃料电池、锌空气电池、超级电容和超高速飞轮等以其独特的优势在经过一系 列技术革新和发展后也将在一些特定的领域逐步得到应用和推广。 铅酸电池经过100多年的发展，技术成熟，初期采购成本比镍氢电池和锂离子电池低得多，而且电池结 构方面的新技术继续提高了铅酸电池的性能，因此在一定时间内铅酸电池仍然会被较为广泛使用。 目前来看铅酸电池比较适合低速、低成本的电动车辆，我国绝大多数电动自行车的电池采用铅酸电池， 低速短途电动汽车领域也有广泛的应用。 目前我国多个省份已经开始放开对低速短途

31、电动汽车的政策，在一定意义上将促进铅酸动力电池的应用。 但是铅及其化合物对人体有毒，而且铅酸电池性能大幅度提高的可能性不大，从长远来看，铅酸电池将 被其他新型电池所取代。 镍氢电池和锂离子电池属于新型动力电池。镍氢动力电池研发和产业化方面，日本走在前列。目前，在 已经产业化的混合动力电动汽车上普遍采用了镍氢电池，使用寿命已经能够达到10年。镍氢电池以其功 率密度高，技术成熟，在电动车辆用动力电池中将被持续稳定应用，今后研发的热点主要集中在提高镍 氢电池的能量密度方面。 丰田prius混合劢力电池组 图片小贴士 在锂离子电池领域，随着锂离子电池材料的研究和发展，尤其是磷酸铁锂、钛酸锂等电极材料的

32、出现， 大大提高了锂离子电池的循环寿命，降低了电池的材料成本或使用成本，使离子电池成为近期内最有发 展前途和推广应用前景的动力电池。 近年来，以锂离子动力电池为代表的先进动力电池在能量密度、功率密度、安全性、可靠性、循环寿命、 成本等方面取得突破性进展，为电动汽车发展注入了新的活力。目前，能量型锂离子动力电池的能量密 度能够达到120W h/kg以上，分别是铅酸电池盒镍氢电池的 3倍和2倍，电池组寿命达到10年或20万公 里，成本降低至1美元/A h左右，初步具备了产业化的条件。 二、下一代车辆燃料行动计划 在电池技术发展预测方面，日本政府在下一代车辆燃料行动计划中，对电动汽车用动力电池的性能

33、 发展进行了预测(见表1-2)。从表1-2中可以看出，2015年，先进电池的性能要比2010年的水平高15倍， 成本降为当前电池的1/7；预期到2030年，电池性能提高7倍，成本是当前的1/40； 德国国家电动汽车发展计划(2009年)预测，至2015年，电池系统普遍能够达到的能量密度为 200W h/kg，为当前使用的锂离子电池密度的2倍；博世(Bosch)公司预测，2016年，电池能量密度可 以达到250W h/kg，2020年，电池能量密度可以以达到350W h/kg。因此，电动汽车用动力电池能量 密度将在近年出现质的飞跃。电动汽车续驶里程将不再是困扰电动汽车发展的瓶颈问题。 发展阶 段

34、 当前现状 改良型电池 （2010年） 先进型电池 (2015年) 革新电池 (2030年) 电 动 汽 车类型 用于电力 公司的 EV小型 电动车 特殊用途的 微型汽车高 性能混合动 力汽车 普通微型电动车 燃料电池汽车 插入式混合动力 汽车 纯电动汽 车 性能 1 1 1.5倍 7倍 成本 1 1/2 1/7倍 1/40倍 日本车辆燃料行动计划对电动汽车动力电池发展的预期和目标日本车辆燃料行动计划对电动汽车动力电池发展的预期和目标 【课堂活动】 探索未来的电动汽车 活动目的：探索未来电动汽车的特点 所需材料：电脑、网络、报刊、杂志等。 活动方式：小组讨论的方式 活动过程：根据以下补充材料及

35、电脑、网络、报刊、杂志等探索未来电动汽车的特点。 【补充材料1】 可瞬间充电的电动巴士 乘员为135人的电动巴士能利用行驶路线上的充电点进行充电，该充电点位于车辆上方，充电功率达到 400千瓦。充电点与由激光控制的移动臂相连，能在15秒内为汽车电池充电。这意味着在乘客上下车的 短短15秒内即可快速为电动公共汽车的车载电池进行“瞬间充电”。而在终点站充电3到4分钟就能将电池 完全充满。 这项新技术，将被用于瑞士日内瓦的大容量电动汽车上，作为无轨电车系统供给最优化（TOSA）试点 项目的一部分，用于为更灵活、更廉价的公共交通基础设施铺平道路，而且将减少城市污染和噪音。这 种系统能够使电动公共汽车取

36、代城市地区的有轨电车和地铁系统，而且在这个过程中能够摆脱难看的架 空电力线路。这个系统被设计用于最优化关键城市区域高频率公交车路线。 【补充材料2】 最便宜的电动汽车 2013年3月18日，印度Mahindra集团在印度首都新德里推出了e20电动汽车，上路价59.6万卢比（约 合11000美元）号称世界上最便宜的电动汽车。 e20电动汽车使用锂离子电池，单次充电时间为5小时，充满电后可持续运行100公里，最高时速可达 81公里，每公里运行成本仅为传统汽油车的十分之一，柴油车的十五分之一。该车的维护成本也非常低， 电池在3年或60000公里内保修，更换电池仅需15万卢比（约合2800美元）。 图

37、片小贴士 【补充材料3】沃尔沃研发新型电动车 车身可做充电电池 沃尔沃、英国伦敦大学帝国理工学院 （Imperial College）以及欧洲其他七所大学 于2010年初开始了一个长达三年的研发计划， 这项耗资350万欧元的计划主要为了研发出一 种能解决目前充电问题的电动汽车。 图1-7 以车身为电池，让电动汽车更轻 因为目前汽车制造商生产混合动力和电动汽车存在的最大问题就是，很难设计出一种车型能很好地解决 沉重的电池带来的重量和体积的增加。而这款“未来派”电动汽车不仅可以实现在行驶时存储制动能量， 同时也可以在晚上接通电源充电时存储能量。 帝国理工学院正致力于研发一种聚合树脂和碳化纤维的复合

38、物，首先把纳米结构的碳纤维材料制成薄片， 然后成型，烘干，硬化，再把超级电容植入其间。可以通过叠加的方式，将其做成电池模块，并做成车 身面板的样子，布置在车身框架之上。 研究显示，这种新型材料电池的充电速度比常规电池组更快，而且强度更好，适用性更强，可以取代车 身面板，从而节省电池组所需空间。这种新型电池面板可以取代车门、后备厢盖、发动机罩、车顶等。 如果用这种新材料来代替传统的钢板车身，整个汽车的重量将会减少15%。这样不仅可以减轻电动汽车 的重量，同时也能够存储更多能量。 沃尔沃汽车已经制造了两辆S80试验车来检验这种电池材料的效果。试验车的行李舱盖采用了这种材料 取代当前的汽车标准电池，

39、甚至还用这种材料取代了车辆前端的稳定杆以及起停电池组。 【补充材料4】无线充电技术 据国外媒体报道，美国知名电动汽车厂商特斯拉(Tesla) 目前正在大力研究城市区域内针对电动汽车的 无线充电技术。无独有偶，一个由沃尔沃集团、法国阿尔斯通公司(Alstom) 和瑞典能源局(Swedish Energy Agency) 所联合领导的项目则正在测试有关在快速道路上为电动汽车充电的系统。 这一项目的主要内容是在道路中铺设两条电缆，并允许电动汽车在通过时进行持续充电。沃尔沃集团在 去年就在自己位于瑞典Hallered的测试中心建设了一条长约0.25英里的测试道路，该测试道路内部铺设 了电缆。之后，一台

40、拥有集电器(current collector) 的测试用卡车在经过这段道路时会同电缆自动展开 连接，750V的直流电将对车辆进行充电，并将经过一个车载水冷装置。沃尔沃集团表示，“电网道路系 统”的设计方案将比所谓的“铺设空中电缆”的方法更为经济。 其他解决方案，比如德国博世公司将为美国日产聆风和雪佛兰沃蓝达用户安装家庭无线充电桩，每个售 价3000美元，由Evatran公司研发，包括一套组合壁橱、接地充电器和与车辆连接的充电接口，通过自 动感应系统为电动汽车充电。博世方面称，还将为除聆风和沃蓝达之外的其他电动车开发无线充电设施。 另外，5月中旬，博世曾推出一款最低售价仅为449美元的电动汽车

41、家用充电桩(有线)，而电动汽车消费 者安装家用充电桩的平均价格约为1000美元。 在日前召开的汽车技术会议“2013年春季大会”上，丰田公司及日本汽车研究所就电动车无线充电技术发 表了演讲。丰田方面称，“与纯电动汽车相比，无线充电技术对混合动力车更重要”，丰田也将在各国大 力开展标准化活动。据日本媒体报道，丰田技术统括部主管川久保淳史表示，向该公司的混合动力汽车 用户询问对充电操作的评价时，近一半的人表示“有不满的地方”。在作出这种回答的人当中，对充电线 缆不满的人占了绝大部分，他们觉得充电线过重，用起来不方便。丰田认为，消除用户对充电线不满的 无线充电技术对混合动力车更为重要。 要使无线充电

42、技术实用化，国际标准化非常重要。公共基础设施设置充电设备的情况居多，这时必须采 用标准技术，这样才能够用一个充电设备为多家厂商的车辆充电。事实上除了电动车，混合动力车对无 线充电需求外，还有车内充电对无线充电的需求。韩国现代汽车研发出可对智能手机进行无线充电的新 款汽车，目前已进入最后测试阶段。现代有望以一般智能手机使用者为突破口，打开无线充电新市场。 据报道，现代汽车的这款新型汽车将于2013年10月问世，装有“劳恩斯”后续模型的磁性诱导式无线充 电器。装置在接收研发汽车搭载的智能手机无线充电器技术将会是无线充电市场大众化的一个起点。目 前，作为一般用途的无线充电器价格过高，而消费者优先选择

43、购买装有无线充电器的汽车，生产企业提 高成品和附件的生产能力后，无线充电器价格将会有所下降。 【实训操作】 自制丹尼尔蓄电池和法拉第电动机 一、实训目标 1.探索并认识丹尼尔蓄电池 2.探索并认识法拉第电动机 二、实验设备 1.铜棒、锌棒、硫酸锌电解液、玻璃杯，顶部有两个开口的塑料杯盖、万用表、导线、发光二极管、镀 锌钉、铜币（或铜导线）、柠檬等； 2.尖嘴钳、小刀、小长条磁铁、漆包线1m左右、软电线20cm、平整硬泡沫板、透明胶带纸、回形针2 个、5号南孚电池2个。 图1-10 本实训操作所做的丹尼尔电池示意图 三、操作步骤及工作要点 1.以长约16厘米、宽约10厘米的长方形泡沫板为底座，在

44、底座上放置小磁铁，用透明胶带固定好，磁铁 两侧各用一个回形针做成形的线圈支架，并且当作线圈与电源间的连线。 2.将漆包线在食指和中指两个手指上轻绕810圈，两端各留5厘米作为引出线，两根引出线将线圈分别 绕四圈扎紧，然后从线圈的正中引出，使两引出线作转轴时能保证线圈平稳转动。 3.把线圈平放在桌面上，用锋利的小刀将线圈一端引出线上的绝缘漆全部刮去，另一端引出线的绝缘漆 只刮去上半圈，就可以一半通电，一半断电的效果，即制成“自动通断电装置”。 4.把线圈两引出线分别装在形支架上，使其可灵活转动。调整线圈与磁铁间距离，找到一个最佳位置， 使线圈不仅能转动，而且能转得较快。 5.接通电源，稍稍拨动线

45、圈，观察现象。发现线圈能连续转动。改变电池正负极性，线圈转动方向随之 改变;改变磁铁极性，线圈转动方向亦随之改变。 7.将铜棒和锌棒分别插入塑料玻璃杯盖两小孔； 8.将硫酸铜溶液倒入玻璃杯，并盖上杯盖； 9.用万用表测量铜棒和锌棒之间的电压； 10.用导线连接铜棒、锌棒、发光二极管，观察发光二级光能否发出亮光，如果不能，检查线路连接并 思考需要怎么才能使其发光。 11.用镀锌钉、铜币(或铜导线)和柠檬制作一个简易的水果电池。在柠檬的一侧切开一个小口，将铜币 (或铜导线)插进去，然后将镀锌的钉子插入柠檬另一边。用万用表测量柠檬电池的电压。 【本章小结】 本部分对动力电池和电动汽车的发展历史、现状

46、和趋势，走进历史，让我们了解了电动汽车曲折的发展 历程，放眼当前，我们看到了动力电池在电动汽车发展中的重要作用，展望未来，随着动力电池技术的 不断发展，电动汽车技术也将不断进步，最终逐步普及。 不同类型的动力电池性能、价格具有明显差异，能适应不同的消费层次和满足不同的需 要：铅酸电池、 镍氢电池、锂离子电池和燃料电池在未来段时间内仍将是国内外电动汽车用动力电池的主要类型，会共 同占有电动汽车用动力电池的市场。动力电池的将逐步向高能量密度、高功率密度、高充电效率、长寿 命、高安全性、低成本等方向发展。电动汽车将逐渐向智能化、低成本化、高可靠性、低能耗、长寿命 等的方向发展。 【复习题】 1.电动

47、汽车相比传统汽车仍存在哪些问题？ 2.哪些类型的动力电池适合电动汽车使用？ 3.电动汽车充电速度如何？如何提高电动汽车充电效率？ 4.来电动汽车发展趋势如何？ 5.对比分析各类动力电池驱动的电动汽车，寻找最环保的汽车。 新能源汽车专业规划教材 “十二五”职业教育国家规划教材 目录 第第2 2章章 电动汽车动力电池基本知识电动汽车动力电池基本知识 第第3 3章章 铅酸动力电池及其应用铅酸动力电池及其应用 第第4 4章章 碱性动力电池及其应用碱性动力电池及其应用 第第5 5章章 锂离子动力电池及其应用锂离子动力电池及其应用 第第6 6章章 用于电动汽车的其他动力源用于电动汽车的其他动力源 第第7 7章章 电动汽车电源管理系统电动汽车电源管理系统 第第1 1章章 电动汽车与动力电池发展历程电动汽车与动力电池发展历程 【引入】 电池应用的过程是电能输入转变为化学能存储，再以电能形式输出的能量转换过程。虽然不同的电池具 有不同的正负极材料、电化学特性和应用特征，但其基本的概念、评价参数和电化学原理等有许多相同 之处。在对不同电池特性的比较中，也需要根据这些基本概念采用各种性能参数指标进行比较研究。本 情境重点探讨动力电池储能的基本原理以及与动力电池和动力电池组相关的基本概念。 本章学习目标 1.了解蓄电池的分类 2.了解化学能与电能转