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1、广西电子高级技工学校 教案 授课教师 梁镇才课题项目三 电动汽车用动力电池任务一 概述任务二 铅酸蓄电池教学目标掌握电动汽车电池的分类、性能指标了解铅酸蓄电池分类、结构、工作原理教学重点新能源汽车的分类教学难点新能源汽车发展的重要性教学时间4课时 理论课教具准备无周次第 8、9 周教 学 组 织 与 实 施教 师 活 动学生活动新课导入：（5分钟）1清点人数，检查着装 2填写教学日志3教学要求新课讲授：（150分钟） 一、电动汽车动力电池分类电动汽车使用的动力电池可以分为化学电池、物理电池和生物电池三大类。1化学电池 化学电池是利用物质的化学反应发电。 化学电池按工作性质分为原电池、蓄电池、燃
2、料电池和储备电池。（1） 原电池原电池又称一次电池，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续使用的电池，如锌二氧化锰干电池 、锂锰电池、锌空气电池、一次锌银电池等。 （2）蓄电池蓄电池又称二次电池，是指电池在放电后可通过充电的方法使活性物质复原而继续使用的电池，而这种充放电可以达数十次到上千次循环。如铅酸蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池等。（3）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不断地输入电池，电池就连续不断地工作而提供电能。如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
3、电池等。 （4）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，使用前注入电解液或者使用其它方法使电液与正负极接触，此后电池进入待放电状态，如镁电池、热电池等。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、固体电解质电池等。化学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。化学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。 2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。如太阳能电池、超级电容器、飞轮电池等。3生物电池 生物电池是利用生物化学反应发电的电池，如微生物电池
4、、酶电池、生物太阳电池等。 二、电动汽车用动力电池的性能指标 电池作为电动汽车的储能动力源，在电动汽车上发挥着非常重要的作用，要评定电池的实际效应，主要就是看电池的性能指标。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、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 电压分为端电压、开路电压、额定电压、放电电压和终止电压等。（1）端电压 电池的端电压是指电池正极与负极之间的电位差。 （2）开路电压 电池在开路状态下的端电压称为开路电压，即电池在没有负载情况下的端电压。电池的开路电压等于电池正极的电极电势与负极电极电势之差。（3）电动势 电池的电动势等于组成电
5、池的两个电极的平衡电位之差。（4）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。 （5）放电电压 电池的工作电压是指电池接通负载后在放电过程中显示的电压，又称放电电压。在电池放电初始的工作电压称为初始电压。（6）终止电压终止电压是指电池在一定标准所规定的放电条件下放电时，电池的电压将逐渐降低，当电池再不宜继续放电时，电池的最低工作电压称为终止电压。当电池的电压下降到终止电压后，再继续使用电池放电，化学“活性物质”会遭到破坏，减少电池寿命。2容量 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（Ah），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
6、量、实际容量、标称容量和额定容量等。（1）理论容量 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。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池所能给出的理论电量，单位为Ah/l或Ah/kg。（2）实际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时间的乘积，单位为Ah，其值小于理论容量。（3）标称容量标称容量是用来鉴别电池的近似安时值。（4）额定容量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。（5）荷电状态荷电状态(SOC)是电池在一定放电倍率下，剩余电量与相同条件下额定容量
7、的比值。反映电池容量的变化。SOC=1即表示电池充满状态。随着电池的放电，电池的电荷逐渐减少，此时电池的充电状态，可以用SOC的百分数的相对量来表示电池中电荷的变化状态。一般电池放电高效率区为50%80%SOC。3内阻电流流过电池内部受到的阻力，使电池电压降低，此阻力称为电池内阻。由于电池内阻作用，电池放电时端电压低于电动势和开路电压。充电时端电压高于电动势和开路电压。4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，单位是Wh或kWh。它影响电动汽车的行驶距离。（1）理论能量 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。（2）实际能量 实
8、际能量是电池实际容量与平均工作电压的乘积，表示在一定条件下电池所能输出的能量。（3）比能量 比能量是指电池单位质量所能输出的电能，单位是Wh/kg。常用比能量来比较不同的电池系统。比能量有理论比能量和实际比能量之分。理论比能量是指1kg电池反应物质完全放电时理论上所能输出的能量；实际比能量是指1kg电池反应物质所能输出的实际能量。由于各种因素的影响，电池的实际比能量远小于理论比能量。电池的比能量是综合性指标，它反映了电池的质量水平。电池的比能量影响电动汽车的整车质量和续驶里程，是评价电动汽车的动力电池是否满足预定的续驶里程的重要指标。（4）能量密度能量密度是指电池单位体积所能输出的电能，单位是
9、Wh/L。5功率电池的功率是指电池在一定放电制度下，单位时间内所输出能量的大小，单位为瓦（W）或千瓦（kW）。电池的功率决定了电动汽车的加速性能和爬坡能力。（1）比功率 单位质量电池所能输出的功率称为比功率，单位为W/kg或kW/kg。（2）功率密度 单位体积电池所能输出的功率称为功率密度，单位为W/ l或kW/ l。 6输出效率 动力电池作为能量存储器，充电时把电能转化为化学能储存起来，放电时把电能释放出来。在这个可逆的电化学转换过程中，有一定的能量损耗。通常用电池的容量效率和能量效率来表示。（1）容量效率 容量效率是指电池放电时输出的容量与充电时输入的容量之比，即 式中， 为电池的容量效率
10、； 为电池放电时输出的容量； 为电池充电时输入的容量。（2）能量效率 能量效率也称电能效率，是指电池放电时输出的能量与充电时输入的能量之比，即 式中， 为电池的能量效率； 为电池放电时输出的能量； 为电池充电时输入的能量。7自放电率 自放电率是指电池在存放期间容量的下降率，即电池无负荷时自身放电使容量损失的速度。自放电率用单位时间容量降低的百分数表示，其表达式为 式中， 为电池存储前的容量（Ah）； 为电池存储后的容量（Ah）； 为电池存储的时间，常用天、月计算。8放电速率（放电率）放电速率一般用电池在放电时的时间或放电电流与额定电流的比例来表示。（1）时率（时间率） 电池以某种电流强度放电，
11、放完额定容量所经过的放电时间。汽车用电池一般用20h率容量表示。（2）倍率（电流率） 电池以某种电流强度放电的数值为额定容量数值的倍数。 9使用寿命使用寿命是指电池在规定条件下的有效寿命期限。电池发生内部短路或损坏而不能使用，以及容量达不到规范要求时电池使用失效，这时电池的使用寿命终止。电池的使用寿命包括使用期限和使用周期。使用期限是指电池可供使用的时间，包括电池的存放时间。使用周期是指电池可供重复使用的次数。除此之外，成本也是一个重要的指标。电动汽车发展的瓶颈之一就是电池价格高。电动汽车对动力电池的要求主要有：（1）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电池尽可能储存多的能
12、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）比功率大为了能使电动汽车在加速行驶、爬坡能力和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；1991年，美国先进电池开发联合体（USABC）对电动汽车用动力电池制定的开发目标三、铅酸蓄电池的发展动态铅酸蓄电池自1859年发明以来，其使用和发展已有100多年的历史，广泛用作内燃机汽车的起动动力源。电动汽车用铅酸蓄电池要用于给电动汽车提供动力，它的主要发展方向是提高比能量，增大循环使用寿命。 作为电动汽车动力电源的铅酸蓄电池在比能量、深放电循环寿命、快速充电等方面不能很好满足电动汽车的要求，为了解决
13、电动汽车用铅酸蓄电池的这三大技术难题，国际铅锌组织（ILZO）于1992年联合62家世界著名铅酸蓄电池厂家成立了先进铅酸蓄电池研制联盟（ALABC），共同研制电动汽车用铅酸蓄电池。ALABC开发的铅酸蓄电池各项性能均取得了明显的提高。日本GS公司生产的SER60电池比能量为34Wh/kg，能量密度为91Wh/L，比功率为300 W/kg（50%DOD）；日本松下公司生产的动力型铅酸蓄电池循环寿命已突破1000次（80%DOD）；汤浅公司的动力型密封铅酸蓄电池比能量已超过40Wh/ kg。美国BPC公司和Trojon公司开发的双极性密封铅蓄电池，正负极位于同一片导体的两侧面，用吸液式纤维隔板贮存
14、电解液组成密封电池。其额定电压为180V，容量为60Ah，比能量50Wh/kg，峰值比功率700W/kg，循环寿命1000次，预计使用寿命10年。国内研制开发的电动汽车用水平极板铅酸蓄电池已经达到了以下性能指标：3h率比能量45Wh/kg，10min持续比功率80W/kg，快速充电性能45h100%充电,1520min70%充电，80%DOD寿命600次。铅酸蓄电池作为纯电动汽车动力电源在比能量、深放电循环寿命、快速充电等方面均比镍氢电池、锂离子电池差，不适合于电动轿车。但由于其价格低廉，国内外将它的应用定位在速度不高、路线固定、充电站设立容易规划的车辆。四、铅酸蓄电池的分类与结构1铅酸蓄电池的分类铅酸蓄电池分为免维护铅酸蓄电池和阀控密封式铅酸蓄电池。（1）免维护铅酸蓄电池 免维护铅酸蓄电池由于自身结构上的优势，电解液的消耗量非常小，在使用寿命内基本不需要补充蒸馏水。它具有耐震、耐高温、体积小、自放电小的特点。使用寿命一般为普通铅酸蓄电池的两倍。市场上的免维护铅酸蓄电池也有两种：1）在购买时一次性加电解液以后使用
