混合动力与电动汽车(24)

第二章电动汽车的主要部件及工作原理电动汽车用蓄电池一、概述电池是电力汽车的动力源，是能量的存贮装置。要使电动汽车能与燃油汽车相竞争，关键是开发住比能量高、比功率大、使用寿命长、成本低的电池。(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35～40W·h/kg，锂离子电池质量能量密度可达150W·h/kg，而汽油则为10000～12000W·h/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。蓄电池存在的不足(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。蓄电池存在的不足二、蓄电池的分类1．化学电池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、燃料电池和储备电池。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、酶电池、生物太阳电池等。按反应类型分二、蓄电池的分类酸性电池碱性电池中性电池有机电解液电池按蓄电池电解质分二、蓄电池的分类锌系电池镍系电池铅系电池锂系电池金属空气电池按蓄电池正、负极材料分三、电动汽车用动力电池的性能指标1．电压端电压开路电压电动势额定电压放电电压终止电压三、电动汽车用动力电池的性能指标2．容量理论容量实际容量标称容量额定容量荷电状态三、电动汽车用动力电池的性能指标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W·h或kW·h。它影响电动汽车的行驶距离。三、电动汽车用动力电池的性能指标（1）理论能量（2）实际能量（3）比能量（4）能量密度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）。三、电动汽车用动力电池的性能指标（1）比功率（2）功率密度6．输出效率（1）容量效率式中，为电池的容量效率；为电池放电时输出的容量；为电池充电时输入的容量。%100充放CCcc放C充C三、电动汽车用动力电池的性能指标（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。%100充放w放W充W三、电动汽车用动力电池的性能指标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。%100TCCCabaaCbCbCT三、电动汽车用动力电池的性能指标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，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。三、电动汽车用动力电池的性能指标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。四、电动汽车对蓄电池的性能要求(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)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。四、电动汽车对蓄电池的性能要求(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电。1.纯电动汽车电池的工作要求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.混合动力汽车对电池的工作要求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。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。2.混合动力汽车对电池的工作要求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对电池的要求1）在深度放电情况下，仍然有较长寿命；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，以确保制动能量回收的效率不受SOC状态的影响；4）在高SOC状态下，可延长其使用寿命；5）比能量及能量密度高，以减少蓄电池的质量和体积；6）安全性好。3.插电式混合动力汽车对电池的要求图6-3PHEV的工作模式3.插电式混合动力汽车对电池的要求图6-4PHEV、EV和HEV对电池要求的差别