《电动汽车原理与构造 教学课件 ppt 作者 何洪文 1_第六章 电动汽车的车载能量源系统》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电动汽车原理与构造 教学课件 ppt 作者 何洪文 1_第六章 电动汽车的车载能量源系统（297页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、12DW5,主编,第六章 电动汽车的车载能量源系统,第六章 电动汽车的车载能量源系统,(1)能量密度低 电池的质量能量密度和体积能量密度都很低，其中铅酸电池质量能量密度为3540Wh/kg，锂离子电池质量能量密度可达150Wh/kg，而汽油则为1000012000Wh/kg。 (2)快速充电接受能力差，充电时间长 从目前电池的充电接受能力以及智能充电设备来看，还很难做到像内燃机汽车加油那样快速地为电动汽车电池组充电。 (3)电池价格昂贵 如果采用相对便宜的铅蓄电池，一辆轻型电动客车所需电池组的价格近2万元，但一次充电却只能行驶不到100km。 (4)汽车附件的使用受到限制 由于电动汽车中电池所
2、能携带的电能有限，所以不得不对电能的使用慎重考虑。,第六章 电动汽车的车载能量源系统,第一节 电动汽车动力电池的种类及原理 第二节 电动汽车动力电池的性能 第三节 电动汽车的动力电池系统 第四节 典型的动力电池系统结构 第五节 电动汽车的其他能量源,第六章 电动汽车的车载能量源系统,图6-1 电化学电池 单体基本原理,(1)能量密度低 电池的质量能量密度和体积能量密度都很低，其中铅酸电池质量能量密度为3540Wh/kg，锂离子电池质量能量密度可达150Wh/kg，而汽油则为1000012000Wh/kg。,(2)快速充电接受能力差，充电时间长 从目前电池的充电接受能力以及智能充电设备来看，还很
3、难做到像内燃机汽车加油那样快速地为电动汽车电池组充电。,(3)电池价格昂贵 如果采用相对便宜的铅蓄电池，一辆轻型电动客车所需电池组的价格近2万元，但一次充电却只能行驶不到100km。,(4)汽车附件的使用受到限制 由于电动汽车中电池所能携带的电能有限，所以不得不对电能的使用慎重考虑。,图6-2 电动汽车常用动力电池性能,第一节 电动汽车动力电池的种类及原理,一、电动汽车用动力电池分类 二、铅蓄电池 三、镍氢电池 四、锂离子电池,一、电动汽车用动力电池分类,(1)能量型动力电池 能量型动力电池通常具有比较大的容量，能够提供比较持久的能源供给，常常用于纯电动汽车、中度或重度混合动力电动汽车。 (2
4、)功率型动力电池 功率型动力电池的容量通常比较小，可以提供瞬间大功率供电，主要用于电动工具、轻度混合动力电动汽车。 (3)能量/功率兼顾型动力电池 能量/功率兼顾型动力电池能量密度高，同时在SOC低时有提供大功率的能力，在SOC高时能接收大功率，即要求电池具有高能量、大功率兼顾的特性，主要用于插电式混合动力汽车。 1.纯电动汽车电池的工作要求,一、电动汽车用动力电池分类,2.混合动力汽车对电池的工作要求 3.插电式混合动力汽车(PHEV)对电池的工作要求,(1)能量型动力电池 能量型动力电池通常具有比较大的容量，能够提供比较持久的能源供给，常常用于纯电动汽车、中度或重度混合动力电动汽车。,(2
5、)功率型动力电池 功率型动力电池的容量通常比较小，可以提供瞬间大功率供电，主要用于电动工具、轻度混合动力电动汽车。,(3)能量/功率兼顾型动力电池 能量/功率兼顾型动力电池能量密度高，同时在SOC低时有提供大功率的能力，在SOC高时能接收大功率，即要求电池具有高能量、大功率兼顾的特性，主要用于插电式混合动力汽车。,1.纯电动汽车电池的工作要求,1)电池组要有足够的能量和容量，以保证典型的连续放电不超过1C，典型峰值放电一般不超过3C；如果电动汽车上具有回馈制动功能，电池组必须能够接受高达5C的脉冲电流充电。 2)电池要能够实现深度放电(如80%)而不影响其寿命，在必要时能实现满负荷甚至全负荷放
6、电。 3)需要安装电池管理系统和热管理系统，以显示电池组的剩余电量和实现温度控制。 4)由于动力电池组体积和质量大，电池箱的设计、电池的空间布置和安装问题都需要认真研究。,1)电池组要有足够的能量和容量，以保证典型的连续放电不超过1C，典型峰值放电一般不超过3C；如果电动汽车上具有回馈制动功能，电池组必须能够接受高达5C的脉冲电流充电。,2)电池要能够实现深度放电(如80%)而不影响其寿命，在必要时能实现满负荷甚至全负荷放电。,3)需要安装电池管理系统和热管理系统，以显示电池组的剩余电量和实现温度控制。,4)由于动力电池组体积和质量大，电池箱的设计、电池的空间布置和安装问题都需要认真研究。,2
7、.混合动力汽车对电池的工作要求,1)串联式混合动力汽车完全由电机驱动，发动机-发电机总成与电池组一起为电机提供需要的电能，电池SOC处于较高的水平，对电池的要求与纯电动汽车相似，但容量要小一些。 2)并联式混合动力汽车发动机和电机都可直接为车轮提供驱动力，整车的功率需求可以由不同的动力组合来满足。 1)电池的峰值功率要大，能短时大功率充放电。 2)循环寿命要长，达到1000次以上的深度放电循环和40万次以上的浅度放电循环。 3)电池的SOC应尽可能保持在50%85%的范围内。 4)需要配备电池管理系统和热管理系统。,1)串联式混合动力汽车完全由电机驱动，发动机-发电机总成与电池组一起为电机提供
8、需要的电能，电池SOC处于较高的水平，对电池的要求与纯电动汽车相似，但容量要小一些。,2)并联式混合动力汽车发动机和电机都可直接为车轮提供驱动力，整车的功率需求可以由不同的动力组合来满足。,1)电池的峰值功率要大，能短时大功率充放电。,2)循环寿命要长，达到1000次以上的深度放电循环和40万次以上的浅度放电循环。,3)电池的SOC应尽可能保持在50%85%的范围内。,4)需要配备电池管理系统和热管理系统。,3.插电式混合动力汽车(PHEV)对电池的工作要求,图6-3 PHEV的工作模式,3.插电式混合动力汽车(PHEV)对电池的工作要求,图6-4 PHEV、EV和HEV对电池要求的差别,二、
9、铅蓄电池,1.工作原理 2.特点分析 3.铅蓄电池的结构,1.工作原理,图6-5 铅蓄电池放电示意图,2.特点分析,1)单体电压高，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，可用于车辆起动。 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。 8)易于确定荷电状态。 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。,2.特点分析,3)充电时间长。 4)铅是重金属，存在污染。,1)单体电压高，为2.0V。,2)价格低
10、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，可用于车辆起动。,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。,8)易于确定荷电状态。,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)充电时间长。,4)铅是重金属，存在污染。,3.铅蓄电池的结构,(1)涂膏极板 涂膏极板是铅蓄电池中广泛采用的极板形式，具有活性物质的实际面积比表面积大、可大电流放电、活性物质的利用率高、质量较小、制造工艺简单和价格低廉等优点，但是也存在机械强度较低、充
11、放电过程活性物质易脱落和寿命较短等缺点。 (2)管式正极板 管式正极板由于用玻璃纤维等织成的多孔管子把正极活性物质固定住，具有活性物质不易脱落、利用率高、寿命长和板栅节约铅等优点，但是存在电阻较大和不能大电流放电等缺点。,3.铅蓄电池的结构,图6-6 单体铅蓄电池的结构 1单格电池 2盖 3负极接线柱 4电解液加入口 5外壳 6电极连接板 7负极板 8隔板 9正极板 10沉淀物存储槽 11外隔板 12极板连接板 13单格电池正极接线柱 14单格电池负极接线柱 15活性物质,(1)涂膏极板 涂膏极板是铅蓄电池中广泛采用的极板形式，具有活性物质的实际面积比表面积大、可大电流放电、活性物质的利用率高
12、、质量较小、制造工艺简单和价格低廉等优点，但是也存在机械强度较低、充放电过程活性物质易脱落和寿命较短等缺点。,(2)管式正极板 管式正极板由于用玻璃纤维等织成的多孔管子把正极活性物质固定住，具有活性物质不易脱落、利用率高、寿命长和板栅节约铅等优点，但是存在电阻较大和不能大电流放电等缺点。,1)免维护铅酸电池结构如图6-7所示。 2)阀控密封式铅蓄电池结构图如图6-8所示。,1)免维护铅酸电池结构如图6-7所示。,图6-7 免维护铅蓄电池结构图,1)免维护铅酸电池结构如图6-7所示。,图6-8 阀控密封式铅蓄电池结构,2)阀控密封式铅蓄电池结构图如图6-8所示。,三、镍氢电池,1.工作原理 2.
13、特点分析 3.结构,1.工作原理,图6-9 镍氢电池工作原理图,2.特点分析,3.结构,图6-10 圆柱形镍氢电池内部结构图,3.结构,图6-11 方形镍氢电池内部结构图,四、锂离子电池,1.工作原理 2.特点分析 3.结构 4.典型的几种锂离子电池,1.工作原理,图6-12 锂离子电池工作原理,2.特点分析,1)工作电压高。 2)比能量高。 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。 1)成本高。 2)必须有特殊的保护电路，以防止过充电。,1)工作电压高。,2)比能量高。,3)循环寿命长。,4)自放电率低。,5)无记忆性。,6)对环境无污
14、染。,7)能够制造成任意形状。,1)成本高。,2)必须有特殊的保护电路，以防止过充电。,3.结构,(1)正极 正极物质在锰酸锂离子电池中以锰酸锂为主要原料，在磷酸铁锂离子电池中以磷酸铁锂为主要原料，在镍钴锂离子电池中以镍钴锂为主要材料，在镍钴锰锂离子电池中以镍钴锰锂为主要材料。 (2)负极 负极活性物质是由碳材料与黏合剂的混合物再加上有机溶剂调和制成糊状，并涂覆在铜基上，呈薄层状分布。 (3)隔板 隔板的功能是关闭或阻断通道的作用，一般使用聚乙烯或聚丙烯材料的微多孔膜。 (4)电解液 电解液是以混合溶剂为主体的有机电解液。,3.结构,(5)安全阀 为了保证锂离子电池的使用安全性，一般通过对外部
15、电路的控制或者在蓄电池内部设有异常电流切断的安全装置。,3.结构,图6-13 圆柱形锂离子电池,(1)正极 正极物质在锰酸锂离子电池中以锰酸锂为主要原料，在磷酸铁锂离子电池中以磷酸铁锂为主要原料，在镍钴锂离子电池中以镍钴锂为主要材料，在镍钴锰锂离子电池中以镍钴锰锂为主要材料。,(2)负极 负极活性物质是由碳材料与黏合剂的混合物再加上有机溶剂调和制成糊状，并涂覆在铜基上，呈薄层状分布。,(3)隔板 隔板的功能是关闭或阻断通道的作用，一般使用聚乙烯或聚丙烯材料的微多孔膜。,(4)电解液 电解液是以混合溶剂为主体的有机电解液。,(5)安全阀 为了保证锂离子电池的使用安全性，一般通过对外部电路的控制或
16、者在蓄电池内部设有异常电流切断的安全装置。,图6-14 方形锂离子电池的结构,(5)安全阀 为了保证锂离子电池的使用安全性，一般通过对外部电路的控制或者在蓄电池内部设有异常电流切断的安全装置。,图6-15 聚合物锂离子电池,4.典型的几种锂离子电池,(1)钴酸锂电池 目前用量最大、使用最普遍的锂离子电池是钴酸锂电池，其结构稳定，比容量高，综合性能突出，但是其安全性差，成本非常高，主要用于中小型号电芯，标称电压为3.7V。 (2)锰酸锂电池 合成性能好、结构稳定的正极材料锰酸锂是锂离子蓄电池电极材料的关键，锰酸锂是较有前景的锂离子正极材料之一，但其较差的循环性能及电化学稳定性却大大限制了其产业化，掺杂是提高其性能的一种有效方法。,4.典型的几种锂离子电池,(3)磷酸铁锂电池 磷酸铁锂电池的全称是磷酸铁锂锂离子电池,由于它的性能特别适于动力方面的应用，故在名称中加入“动力”两字，即磷酸铁锂动力电池，也有人把它称为“锂铁(LiFe)动力
