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1、第二章 电动汽车动力电池,蓄电池的分类 按蓄电池电解质分类可分为酸性电池、 碱性电池、中性电池以及有机电解液电池等。 按蓄电池正极和负极材料的不同，可将蓄电池分为锌系电池、镍系电池、铅系电池、 锂系电池及金属空气（ 氧气） 系列电池等。,概述,蓄电池的性能参数 电压：蓄电池的电压（ 端电压） 是指其正极与负极之间的电位差。 开路电压：蓄电池未向外电路输出电流时的端电压。 放电电压：蓄电池向外输出电流时的端电压。 充电电压：在充电电源对蓄电池进行充电时，蓄电池的端电压。,概述,蓄电池的性能参数 容量：蓄电池的容量是指在允许放电范围内所能输出的电量，包括理论容量、实际容量、i小时放电率容量以及额定
2、容量等。 能量：蓄电池的能量是指在一定的放电条件下，蓄电池所输出的电能，标称能量、实际能量、比能量、能量密度等。,概述,各种电池的比能量,概述,蓄电池的性能参数 功率：蓄电池的功率是指在规定的放电条件下，蓄电池单位时间所能输出的电能，包括比功率、功率密度。 寿命：蓄电池的寿命通常用使用时间或循环寿命来表示。,概述,蓄电池常用术语 终止电压：终止电压是指充电或放电结束时的电压，分为充电终止电压和放电终止电压。 充电终止电压：蓄电池在充电结束（充足电）时，其充电电压已上升至极限，继续充电就将使蓄电池过充电，这个高限电压就称为充电终止电压。 放电终止电压：蓄电池在放完电时，其放电电压已下降至极限，继
3、续放电将导致蓄电池过度放电，这个低限电压就称为放电终止电压。,概述,蓄电池常用术语 i小时放电率：i小时放电率是指蓄电池以恒定的电流放电，以该恒定电流放电i小时，正好使蓄电池放电至终止电压（放完电）。 过充电：蓄电池已充足电后的充电即为过充电。此外，充电电流大于蓄电池充电可接受电流时，继续以该电流充电也属于过充电。,概述,蓄电池常用术语 过放电：蓄电池已放电至终止电压（已放完电）后，继续放电即为过放电。 荷电状态：蓄电池的荷电状态SOC（State of Charge）在数值上等于蓄电池剩余的容量与蓄电池额定容量的比值，用于描述蓄电池在充放电过程中的存电状态。,概述,蓄电池常用术语 放电深度
4、蓄电池的放电深度DOD（Depth of Discharge）在数值上等于蓄电池已 放出的电量与蓄电池额定容量的比值，用于描述蓄电池在放电过程中所达到的放电深度。 不一致性：是指蓄电池组中的各个蓄电池的电压、容量、内阻等存在差异。 均衡充电：是针对有不一致性的蓄电池组所进行的特殊充电方法，旨在减小或消除 蓄电池组的不一致性。,概述,纯电动汽车对蓄电池的性能要求 1、蓄电池的容量要足够大 2、蓄电池可实现深度放电 3、蓄电池的比能量和能量密度要尽可能大 4、蓄电池的可接受充电电流要大,概述,混合动力电动汽车对蓄电池的性能要求 1、蓄电池的峰值功率要大 2、循环寿命要长 3、蓄电池在工作时，其SO
5、C应尽可能保持在50%85%的范围之内,概述,插电式混合动力电动汽车对蓄电池的性能要求 1、在深度放电的情况下，仍然有较长的循环寿命。 2、在低SOC状态下，能实现大功率电能输出。 3、在高SOC状态下，能接受大电流充电。 4、在保持高SOC状态的情况下，可延长其使用寿命。 5、比能量及能量密度高，以减小蓄电池组的质量和体积。 6、安全性好。,概述,铅酸蓄电池的种类 铅酸蓄电池按其工作环境又可分为移动式和固定式两大类。固定型铅酸蓄电池按电池槽结构分为半密封式及密封式，半密封式又有防酸式及消氢式。依据排气方式，密封式铅酸蓄电池可分为排气式和非排气式两种。 铅酸蓄电池的特点是开路电压高，放电电压平
6、稳，充电效率高，能够在常温下正常工作，生产技术成熟，价格便宜，规格齐全。,蓄电池结构与原理,铅酸蓄电池的特点,蓄电池结构与原理,铅酸蓄电池的工作原理 铅酸蓄电池的放电和充电的反应过程，是铅酸蓄电池活性物质可逆进行的化学变化过程。它们可以用下列化学反应方程式表示：,蓄电池结构与原理,铅酸蓄电池的构造 铅酸蓄电池的基本单元是单体电池（Battery cell）。每个单体电池都是由正极板、负极板和装在正极板和负极板之间的隔板组成。每个单体电池的基本电压为2V，然后将不同容量的单体电池按使用要求进行组合，装置在不同的塑料外壳中，来获得不同电压和不同容量的铅酸蓄电池。,蓄电池结构与原理,铅酸蓄电池的构造
7、,蓄电池结构与原理,安装了排气阀的铅酸蓄电池的构造,蓄电池结构与原理,镍-镉电池的工作原理 镍-镉电池是以羟基氢氧化镍为正极，金属钢为负极，水溶性氧化钾溶液为电解质，在镍-镉电池充电和放电的化学反应过程中，电解液基本上不会被消耗。为了提高寿命和改善高温性能，通常在电解液中加入氧化锂。,蓄电池结构与原理,镍-镉电池的构造 镍-镉电池的每个单体电池都是由正极板、负极板和装在正极板和负极板之间的隔板组成。将单体电池按不同的组合装置在不同塑料外壳中，可得到所需要的不同电压和不同容量的镍-镉电池总成，在市场上有多种不同型号规格的镍-镉电池总成可供选择。在灌装电解液，并经过充电后，就可以从电池的接线柱上引
8、出电流。,蓄电池结构与原理,镍-镉电池的构造,蓄电池结构与原理,镍-镉电池的特点 镍-镉电池的工作电压较低，单体电池的标称电压为1.2V。比能量为55Wh/kg，比功率可以超过225W/kg，循环使用寿命2000次以上。可以进行快速充电，充电15min可恢复50%的容量，充电1h可恢复100%的容量，但一般情况下完全充电需要6h。深放电达100%，自放电率低于0.5%/天。可以在-4080的环境温度条件下正常工作。快速充电能力强，充电18min 即可从40%达到80%容量。同时，镍-镉电池具有记忆效应。,蓄电池结构与原理,镍-氢（Ni-MH）电池 镍-氢电池也是一种碱性电池，镍-氢电池的标称电
9、压为1.2V，比能量可达到7080Wh/kg，比功率可达到 200W/kg。具有高倍率的放电特性，短时间可以以3C放电，瞬时脉冲放电率很大。镍-氢电池的过充电和过放电性能好，能够带电充电，并可以快速充电。采用全封闭外壳，可以在真空环境中正常工作。低温性能较好，能够长时间存放。镍-氢电池中没有Pb和Cd等重金属元素，不会对环境造成污染。镍-氢电池可以随充随放，不会出现镍-镉在没有放完电后即充电而产生的“记忆效应”。,蓄电池结构与原理,镍-氢（Ni-MH）电池的工作原理 镍-氢电池的正极，是球状氢氧化镍粉末与添加剂钴等金属、塑料和黏合剂等制成的涂膏，涂在正极板上经过干燥处理成发泡的氢氧化镍正极板。
10、镍-氢电池的负极的关键技术是储氢合金，要求储氢合金能够稳定的经受反复的储气和放气的循环。电解质是水溶性氢氧化钾和氢氧化锂的混合物。,蓄电池结构与原理,镍-氢电池的构造 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-氢单格电池。在金属铂的催化作用下，完成充电和放电的可逆反应。镍-氢电池的特性与镍-镉电池基本相同，但氢气是没有毒性的物质，无污染，安全可靠。使用寿命长，而且不需要补充水分。,蓄电池结构与原理,镍-氢电池的构造,蓄电池结构与原理,镍-氢电池的充、放电特性 放电特性 D型镍-氢电池（由6个单电池组件）放电时，2C（C为按额定电流
11、放电时的实际放电容量）的功率输出时的质量比功率可达到600W/kg以上，3 C的功率输出时的质量比功率可达到500W/kg以上，深度范围内质量比功率的变化比较平稳，对电动汽车的动力性能的控制十分有利，电池的寿命可以达到100000km以上。,蓄电池结构与原理,镍-氢电池的充、放电特性 充电特性 D型镍-氢电池的充电接受性很好，充电效率几乎达到l00%，能够有效地接受电动汽车在制动时反馈的电能。另外，由于能量损耗较小，镍-氢电池的发热量被抑制在最小的极限范围内，可以有效地控制荷电状态，并用电流来显示电池的荷电状态。,蓄电池结构与原理,镍-氢电池的充、放电特性 寿命 电动汽车动力电池组是经常处于充
12、电、放电状态，而且充电、放电是不规则地进行，这对电池的寿命带来严重的影响，松下电气公司，用模拟电动汽车行驶工况对镍-氢电池进行仿真试验，证实镍-氢电池的特性几乎不发生变化，镍-氢电池用于电动汽车是比较合适的。,蓄电池结构与原理,镍-氢电池的特点 镍-氢电池的单体电池的电压力l.2V，3h比能量7580Wh/kg，能量密度达到200Wh/L，比功率160230W/kg，功率密度400600W/kg。充电18min可恢复40%80%的容量，应急补充充电性能好，一次充电后行驶里程长，而且起动加速性能较好。可以在环境温度-2880条件下正常工作。循环寿命可达到6000次或7年。但在高温条件下使用时电荷
13、量急剧下降，自放电损耗较大，价格较贵。,蓄电池结构与原理,锂离子电池 锂离子电池是目前世界最新一代的充电电池。与其他蓄电池比较，锂离子电池具有电压高、比能量高、充放电寿命长、无记忆效应、无污染、快速充电、自放电率低、工作温度范围宽和安全可靠等优点，它已成为未来电动汽车较为理想的动力电源。相比于镍-氢电池，混合动力汽车采用锂离子电池，可使电池组的质量下降40%50%，体积减小20%30%，能源效率也有一定程度的提高。,蓄电池结构与原理,锂离子电池的分类 按照锂离子电池的外形形状可分为：方形锂离子电池和圆柱形锂离子电池。 按照锂离子电池正极材料的不同，汽车用锂离子电池主要分为：锰酸锂离子电池、磷酸
14、铁锂离子电池、镍钴锂离子电池或镍钴锰锂离子电池。,蓄电池结构与原理,锂离子电池的结构 锂离子电池由正极、负极、隔板、电解液和安全阀等组成。圆柱形锂离子电池结构如图所示。,蓄电池结构与原理,锂离子电池的优点 1、工作电压高。锂离子电池工作电压为3.6 V，是镍-氢和镍-镉电池工作电压的3倍。 2、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、循环寿命长。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。,蓄电池结构与原理,锂离子电池的优点 4、自放电率低。锂离子电池月自放电率仅为6%8%，远低于镍-镉
15、电池（25%30%）和镍-氢电池（15%20%）。 5、无记忆性。可以根据要求随时充电，而不会降低电池性能。 6、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、能够制造成任意形状。,蓄电池结构与原理,锂离子电池的工作原理 锂离子电池正极材料采用锂化合物LiCoO2、LiNiO2或LiMn2O4，负极采用锂-碳层间化合物LixC6，电解液为有机溶液。典型的电池体系为 （-）C| LiPF6EC+DEC| LiCoO2（+） 电池充电，锂离子从正极材料的晶格中脱出，通过电解质溶液和隔膜，嵌入到负极中；放电，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。,
16、蓄电池结构与原理,锂离子电池的工作原理,蓄电池结构与原理,锂离子电池的充放电特性 在电压方面，锂离子电池对充电终止电压的精度要求很高，一般误差不能超过额定值的1%。终止电压过高，会影响锂离子电池的寿命，甚至造成过充电现象，对电池造成永久性的损坏；终止电压过低，又会使充电不完全，电池的可使用时间变短。 充电电流方面，锂电池的充电率（充电电流）应根据电池生产厂的建议选用。虽然某些电池充电率可达2C，但常用的充电率为0.51C。,蓄电池结构与原理,锂离子电池的充放电特性 放电方面，锂离子电池的最大放电电流一般被限制在23C左右。更大的放电电流会使电池发热严重，对电池的组成物质造成损坏，影响电池的使用寿命。同时，由于大电流放电时，电池的部分能量转变成热能，因此电池的放电容量将会降低。在造成过放电（低于3.0V）时，还会造成电池的失效。对于过放电的锂离子电池，在充电前需要进行预处理，即使用小电流充电，使电池内部被过放电的单元被激活。,蓄电池结构与原理,锂离子电池
