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1、新能源汽车中的电池技术 汇报人 XXX 新能源汽车中的电池技术 Contents 目 录 新能源汽车的发展背景 1 新能源汽车介绍 2 新能源汽车的电池技术 3 市售新能源汽车 4 汇报人 秦宁 新能源汽车中的电池技术 汽车工业面临的三大问题 标题框及正文框中的文字可直接改为您所需文字 更改文字 环境污染 温室效应 石油短缺 新能源汽车中的电池技术 根据欧洲JRC的预测 到2030年可再生能源在总能源结构中将占到30 以上 2040年可再生能源将占总能耗50 以上 到21世纪末可再生能源在能源结构中占到80 以上 图片由欧盟联合研究中心提供 石油短缺 新能源汽车中的电池技术 我国已连续3年成为
2、世界机动车产销第一大国 机动车污染已成空气污染的重要来源 环境保护部将进一步加大工作力度 从行业发展规划 城市公共交通 清洁燃油供应等方面采取综合措施 协调推进 车 油 路 同步发展 大力防治机动车尾气排放对大气环境和人民群众健康的影响 环境污染 新能源汽车中的电池技术 汽车的发展 01 汽车总量 02 数量增速 03 占全球比例 新能源汽车中的电池技术 新能源汽车的发展 从新能源汽车的发展来看 各国扶持补贴政策起到了重大作用 这与光伏行业扶持补贴具有类似性 只是新能源汽车比光伏行业落后一个阶段 随着第二阶段扶持补贴政策作用的逐渐显现 以及目前各国的持续性投入 新能源汽车逐渐进入收获阶段 指采
3、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 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 新能源汽车中的电池技术 新能源汽车中的电池技术 纯电动汽车 BEV 01
4、 纯电动汽车概念纯电动汽车是指以车载电源为动力 用电机驱动车轮行驶的车辆 一般采用高效率充电电池为动力源 电动汽车的电动机相当于传统汽车的发动机 蓄电池相当于原来的油箱 由于电能是二次能源 可以来源于风能 水能 热能 太阳能等多种方式 02 纯电动汽车结构电动汽车由底盘 车身 电池组 电动机 控制器和辅助设施蓄电池六部分组成 由电动机 电池组和控制器等组成的电力驱动及控制系统是电动汽车的核心 也是区别于内燃机汽车的最大不同点 新能源汽车中的电池技术 03 纯电动车的工作原理纯电动汽车主要由蓄电池 电动 发电机等部件组成 蓄电池向电动机提供电能来驱动汽车 在制动或减速时 电机作为发电机来回收能量
5、 新能源汽车中的电池技术 04 纯电动汽车的特点 一 二 三 四 无污染 噪音小 电动汽车无内燃机汽车工作时产生的废气 不产生排气污染 对环境保护和空气的洁净是十分有益的 几乎是 零污染 电动汽车无内燃机产生的噪声 电动机的噪声也较内燃机小 能源转化效率高 同时可回收制动 下坡时的能量 提高能量的利用效率 在城市运行 电动汽车停车时不消耗电量 使其能源效率已超过汽油机汽车 同样的原油经过粗炼 送至电厂发电 经充入电池 再由电池驱动汽车 其能量利用效率比经过精炼变为汽油 再经汽油机驱动汽车高 结构简单 维修方便 电动汽车较内燃机汽车结构简单 运转 传动部件少 维修保养工作量小 当采用交流感应电动
6、机时 电机无需保养维护 更重要的是电动汽车易操纵 平抑电网的峰谷差 可在夜间利用电网的廉价 谷电 进行充电 起到平抑电网的峰谷差的作用 五 动力电源使用成本高 续驶里程短 目前电动汽车尚不如内燃机汽车那样技术成熟 尤其是动力电源 电池 的寿命短使用成本高 电池的储能量小 一次充电后行驶里程不理想 新能源汽车中的电池技术 电力驱动及其控制技术 电动汽车整车技术 电池及能量管理技术 电池技术 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 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 电动汽车车用动力蓄
7、电池经过3代发展 已取得了突破性的进展 05 纯电动汽车的关键技术 能量管理技术 在电动汽车上实现能量管理的难点 在于如何根据所采集的每块电池的电压 温度和充放电电流的历史数据 来建立一个确定每块电池还剩余多少能量的较精确的数学模型 新能源汽车中的电池技术 混合动力汽车 HEV 01 混合动力汽车概念混合动力汽车多采用传统的内燃机和电动机作为动力源 通过混合使用热能和电力两套系统开动汽车 使用的内燃机既有柴油机又有汽油机 因此可以使用传统汽油或者柴油 也有的发动机经过改造使用其他替代燃料 例如压缩天然气 丙烷和乙醇燃料等 使用的电动力系统中包括高效强化的电动机 发电机和蓄电池 蓄电池使用的有铅
8、酸电池 镍锰氢电池和锂电池 将来应该还能使用氢燃料电池 新能源汽车中的电池技术 02 混合动力汽车的工作原理按发动机和电动机的耦合方式不问 可分为串联式混合动力汽车 SHFV 并联式混合动力汽车 PHEV 混联式 中 并联式 混合动力汽车 PSHEV 三种形式 1 串联式混合动力汽车 新能源汽车中的电池技术 2 并联式混合动力汽车 新能源汽车中的电池技术 3 混联式混合动力汽车 新能源汽车中的电池技术 03 混合动力电动汽车的特点混合动力汽车是将原动机 电动机 能量存储装置等组合在一起 它们之间的良好匹配和优化控制 可充分发挥内燃机汽车和电动汽车的优点 避免各自的不足 由于有原动机作为辅助动力
9、 蓄电池的数量和质量可以减少 因此汽车自身重量可以减小 1 汽车的续驶里程和动力性可达到内燃机水平 2 借助原动机的动力 可带动空调 真空动力 转向助力及其它辅助电器 无需消耗蓄电池组有限的电能 3 可使原动机在最佳的工况区域稳定运行 避免或减少了发动机变工况下的不良运行 使得发动机的排污和油耗大为降低 1 在人口密集的商业区 居民区等地可用纯电动方式驱动车辆 实现零排放 2 可通过电动机提供动力 因此可配备功率较小的发动机 并可通过电动机回收制动 减速时的能量 进一步降低能耗和排污 3 与纯电动汽车相比 与内燃机汽车相比 先进车辆控制技术的应用 能量再生制动回收系统 新能源汽车中的电池技术
10、04 混合动力电动汽车的关键技术 动力传动系统匹配 动力电池及其管理系统 整车能量管理控制系统 驱动电动机及其控制技术 动力电池及其管理系统 动力电池是混合动力汽车的基本组成单元 其性能直接影响驱动电动机的性能 从而影响整车的燃油经济性和排放性能 能否开发适合混合动力汽车的专用动力电池是决定混合动力汽车能否大量推广使用的重要因素之一 如何全面 准确的对动力电池进行管理 是决定电池能否发挥最佳效能的重要因素 整车能量管理控制系统 混合动力汽车的整车能量控制系统的主要功能是进行整车功率控制和工作模式切换的控制 整车能量控制必须通过有效地控制混合动力系统的工作才能实现 此外 能量控制还需考虑其他车载
11、电气附件和机械附件的能量消耗 如空调 动力转向 制动助力等系统的能耗 以综合考虑整车的能量使用 新能源汽车中的电池技术 燃料电池电动汽车 FCEV 01 燃料电池电动汽车的概念燃料电池电动汽车是采用燃料电池作为电源 是一种节能 无污染 环保型的汽车 是未来汽车发展的一条重要的技术路线 新能源汽车中的电池技术 02 燃料电池汽车的结构燃料电池汽车主要由贮氢罐 燃料电池组 电机控制系统 驱动电机 超级电容或辅助蓄电池及热交换器等部件组成 03 燃料电池电动汽车的工作原理使氢在汽车搭载的燃料电池中 与大气中的氧发生化学反应 产生出电能发动电动机 由电动机带动汽车中的机械传动结构 进而带动汽车的前后万
12、象轴 后桥等行走机械结构 转动车轮驱动汽车 核心部件燃料电池采用的能源的直接来源就是石化裂解反应提取的纯液化氢 间接来源是甲醇 天然气 汽油等烃类化学物质 新能源汽车中的电池技术 03 燃料电池电动汽车的特点 效率高 续驶里程长 设计方便灵活 制造成本和使用成本过高 辅助设备复杂 启动时间长 优缺点 低噪声 绿色环保 过载能力强 新能源汽车中的电池技术 燃料电池反应中需要使用贵金属铂作为催化剂 使得成本居高不下 催化材料 在后续使用中 储存和运输氢成本高昂 氢的储存条件很严格 一般主要有高压气态 低压液态两种储存方法 但这两种方法的单位能量所占体积都非常大 且设备昂贵 氢的存储运输 加氢站等配
13、套设施不够完善 如何提高加氢站安全性也需要高额的前期投入 配套设施建设 04 燃料电池电动汽车的的发展瓶颈 新能源汽车中的电池技术 05 燃料电池电动汽车的关键技术 整车布置 车载储氢系统 车载蓄电系统 燃料电池系统 燃料电池系统 燃料电池是燃料电池汽车发展的最关键技术之一 燃料电池系统的核心是燃料电池堆 燃料电池堆技术发展趋势可用耐久性 低温启动温度 净输出比功率以及制造成本4个要素来评判 多能源动力系统的能量管理策略 电动机及其控制技术 整车与动力系统的参数选择与优化 整车热管理 车载储氢系统 储氢技术是氢能利用走向规模化应用的关键 目前 常见的车载储氢技术系统有高压储氢 低温储氢和金属氢
14、化物储氢3种基本方法 如何有效减小储氢系统的重量与体积 是车载储氢技术研发的重点 理想的方法是采用储氢材料与高压储氢复合的储氢新模式 该模式的难点在于开发吸 放氢性能好 成型加工型良好 质量轻的储氢材料 新能源汽车中的电池技术 电动汽车用动力电池 电动汽车对动力电池的要求 车用动力电池 电动汽车 比能量高 以提高续驶里程 减小汽车重量 缩小安装电池的空间 1 比功率大 以提高加速行驶 爬坡和负载行驶的性能 2 循环寿命长 增加电池正常周期内的行驶里程数 降低成本 3 均匀一致性良好 以避免性能差的单节电池影响电池组的使用性能 4 高低温性能好 环境适应性强 以适应不同的地理环境和气温条件 5
15、安全性好 以避免泄漏 撞击等意外引起的起火或爆炸等危险事故 6 价格低廉 降低电池制造成本 以提高市场竞争力 7 绿色 环保 要求电池材料环境友好 无二次污染 且可再生利用 8 新能源汽车中的电池技术 01 电池的分类 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 2 物理电池利用光 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 3 生物电池利用生物化学反应发电 如微生物电池 酶电池 生物太阳能电池等 新能源汽车中的电池技术 02 铅酸蓄电池 构造及工作原理 PbSO4 2H2O PbSO4 PbO2 2H2SO4 Pb 充电反应 硫酸铅 水 硫酸铅 阳极
16、PbSO4 2H2O 2e PbO2 4H SO42 阴极 PbSO4 2e Pb SO42 PbO2 2H2SO4 Pb PbSO4 2H2O PbSO4 放电反应 过氧化铅 硫酸 海绵状铅 负极 Pb SO42 2e PbSO4 正极 PbO2 4H SO42 2e PbSO4 2H2O 新能源汽车中的电池技术 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 0V 2 价格低廉 3 可制成小至1A h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 40 60 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 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 缺点 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 新能源汽车中的电池技术 M Ni OH 2 MH NiOOH 充电反应 阳极
