搜索
电动汽车能量源动力电池燃料电池超级电容超高速飞轮主要任务是提供驱动电能能量存储系统能量生成装置动力电池动力电池介绍电动汽车对动力电池性能的要求动力电池的关键技术铅酸动力电池镍氢动力电池锂离子动力电池一、动力电池介绍动力电池成组应用技术——电池箱、电池管理系统和热管理系统等可用于电动汽车的动力电池有阀控铅酸电池、镍镉电池、镍锌电池、镍氢电池、锌空气电池、铝空气电池、钠硫电池、钠镍氯化物电池、锂聚合物电池、锂离子电池等。目前应用主要集中在阀控铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池，其中锂离子电池由于能量密度高、大功率充放电能力强等有点，逐渐成为电动汽车的主要能量源。近几年，我国电动汽车用动力电池以镍氢和锂离子为主，其中镍氢电池主要用于混合动力电动汽车；锂离子电池在纯电动汽车中应用较多。二、电动汽车对动力电池性能的要求1、动力电池的基本性能：（1）端高压和电动势（2）电流（3）电池的容量（4）电池的能量与能量密度（5）电池的功率与功率密度（6）电池的循环使用寿命（7）电池的自放电率（8）电池的输出功率（9）电池的一致性（10）抗滥用能力2、不同类型电动汽车对动力电池性能要求的不同点电动汽车可以分为纯电动、混合动力和燃料电池汽车三大类，在成本、使用寿命、安全性和一致性等方面，各种类型的电动汽车对动力电池的要求是一样的，但是在能量密度、功率密度和充放电性能等方面，不同类型的电动汽车对动力电池性能的要求会有一些差别。1）纯电动汽车对动力电池性能的要求（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，典型峰值放电不超过3C。如果纯电动汽车可以进行制动能量回首，电池组还必须能够接受高达5C的脉冲电流充电。（2）电池要能够实现深度放电（如80%深度放电）而不影响其寿命，在必要时能实现蛮符合功率和全放电（3）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要符合车内空间和人机工程要求2）混合动力电动汽车对动力电池性能的要求与纯电动汽车相比，混合动力汽车对电池的容量要求有所降低，但要能够根据整车要求实时提供更大的瞬时功率。（1）串联式混合动力电动汽车完全由电机驱动，内燃机——发动机组与动力电池共同提供电机需要的电能，电池荷电状态处于较高的水平，对电池的要求与纯电动汽车基本相似，但容量所有降低。（2）并联式混合动力电动汽车内燃机和电机都可以直接驱动车辆，整车的动力需求可以由不同的动力组合来满足。动力电池组的容量可以更小，但是电池组瞬时提供的功率要满足汽车加速或者爬坡要求，电池的最大放电电流有时可以高达10C以上。（3）插电式混合动力电动汽车对动力电池性能的要求要坚固纯电动和混合动力两种模式。PHEV期望纯电动工作模式下的行驶里程达到几十公里，而且希望电池在低荷电状态时也能提供很高的功率水平。在不同构型的混合动力电动汽车中，由于工作环境不同对电池的要求还包括：短时大功率充、放电；长期浅充浅放时，电池荷电状态应能保持在50%——85%范围内。三、动力电池的关键技术单体电池技术动力电池成组技术动力电池测试与评估技术四、铅酸动力电池以酸性水溶液为电解质的电池成为酸电池，由于酸电池电极以铅及其氧化物为材料，故又称为铅酸电池。1859年法国科学家普兰特发明铅酸电池。目前，电动汽车常用的铅酸电池主要为阀控式密封铅酸电池和水平式铅酸电池。我国目前的电动自行车中超过90%的电池为阀控式密封铅酸电池。目前阀控式密封铅酸电池的比能量已超过40Wh/kg、能量密度超过80Wh/L并且可实现快速充电。五、镍氢动力电池镍氢电池属于碱性电池，1988年美国Ovenic公司以及日本松下、东芝等公司先后开发成功镍氢电池。20世纪90年代随着电动汽车尤其是混合动力电动汽车的规模化应用，镍氢动力电池得到迅速的发展。目前镍氢电池所能达到的性能指标为：单体电池标称电压为1.2V，比能量可达70——80Wh/kg，比功率可达到200W/kg。和铅酸电池相比，镍氢电池价格较高，而且自放电损耗大，对环境温度敏感，还有记忆效应和充电发热等问题。六、锂离子动力电池锂离子电池出现在20世纪90年代初期。锂离子电池正极材料主要有钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、三元材料和磷酸铁锂等多种。钴酸锂含有稀缺的钴元素，因而价格昂贵，而且在充电和高温状态下存在安全问题，不宜在大容量高功率电池中采用；镍酸锂成本比钴酸锂低，比容量高，但是安全性比钴酸锂更差；锰酸锂电池具有成本低、环保性能好、安全性好等优点，但是锰酸锂具有高温不稳定、循环性能差等缺点；磷酸铁锂电池由于成本低、安全性和循环性能良好等有点，并且其导电性差、制备困难等缺点正逐步找到解决方法，成为近期国内外研究和推广的首选。锂离子动力电池是在二次锂电池技术的基础上发展起来的一种全新概念的蓄电池，他从远离上解决了二次锂电池安全性能差和充放电寿命短两个技术难题。美国能源部和USABC已支持了三代动力锂离子电池的研发。2008年12月，阿冈国家实验室联合14家美国电池和先进材料企业成立了先进交通运输用电池生产国家联盟，预计在五年内投入10——20亿，在美国建立由成员共享的一个或多个生产和圆形开发中心，发展先进电池大规模生产能力。德国政府制定了锂离子动力电池发展计划（2009——2015），由政府和产业界共同出资进行锂离子动力电池开发、生产和应用的研究。日本新能源和产业技术开发组织于2007年2月公布了新的电动汽车用动力电池开发计划，斥资100亿日元通过产学研结合方式开发锂离子动力电池。我国初步具备了动力电池产品研发能力，据不完全统计，2009年底国内车用锂离子动力电池的年生产能力将超过90万千瓦时以上，2010年底有望进一步提升到400万千瓦时以上。燃料电池燃料电池介绍质子交换膜燃料电池结构与原理质子交换膜燃料电池系统质子交换膜燃料电池性能及其影响因素一、燃料电池介绍1839年威廉格鲁夫发明燃料电池，但直到20世纪60年代初，由于航天和军事的需要，才开发了液氢和液氧的小型燃料电池，应用于空间飞行器和潜水艇。氢气具有比任何燃料都高的单位比能量，是燃料电池理想的无污染燃料。氢气不是初级燃料，通常需要从初级燃料比如碳氢化合物、甲醇和煤等通过处理提取得到。主要有三种储氢方法：1，压缩氢气（CHG）2，冷冻氢气至零下253摄氏度以下，形成液态氢。3，使氢气与金属镁和钒反应形成储氢金属，储氢反应是可逆的并与分解温度有关。CHG具有重量轻、成本低、技术成熟以及燃料补充迅速等优点，但体积大、存在安全问题。液态氢比能量高、燃料补充迅速，但具有生产成本和销售成本昂贵，具有挥发性等缺点。储氢金属缺点是氢气分离温度高且比能量相对较低。二、质子交换膜燃料电池结构与原理最近电动汽车用燃料电池的开发重点集中在质子交换膜燃料电池技术上。用于电动汽车具有五个明显的优点：1）在所有类型的燃料电池中，质子交换膜燃料电池功率密度最高，对电动汽车使用来说，功率密度越高，则所使用的燃料电池的体积就会越小。2）工作温度低，起动速度，适用于车辆使用。3）采用了固态电解液，不会出现电解液的变形、移动和蒸发。4）由于电池中唯一的液体为水，本质上避免了腐蚀作用。5）与碱性燃料电池对二氧化碳的敏感性不同，质子交换膜燃料电池对进入电池反应的空气中的二氧化碳不敏感。质子交换膜燃料电池的主要缺点是使用了贵金属铂作电极反应催化剂，因此导致成本较高，限制了其大规模推广应用。三、质子交换膜燃料电池系统由于燃料电池单体的输出电压和输出功率不能满足电动汽车的使用要求，因此必须将不同数目的燃料电池单体串联形成燃料电池堆使用，以满足电压和功率的要求。另外，单独的燃料电池堆也是不能发电并应用于电动汽车的，它必须和燃料供给与循环系统、氧化剂供给系统、水/管理系统以及一个能使上述各系统协调工作的控制系统组成燃料电池发电系统，才能对外输出功率。四、质子交换膜燃料电池性能及其影响因素1，燃料电池的工作温度。2，气体的工作压力。3，气体的流量。4，排气背压。可用于电动汽车的其他能量源超级电容超高速飞轮一、超级电容超级电容是一种介于电解质电容器和电化学蓄电池之间的新型储能装置。超级电容不存在介质，是依靠电解质与电极接触面上形成的特有双层结构储存能量。超级电容器的电容量可高达法拉级甚至上万法拉，能够实现快速充放电和大电流放电，比蓄电池具有更高的功率密度（可达1000W/kg数量级）和更长的循环使用寿命（充放电次数可达10万次），同时可在极低温等极端恶劣的环境中使用，并且无环境污染。近期内，超级电容极低的比能量使得它不可能单独用作电动汽车能量源，但使用超级电容作辅助能量源具有显著优点。在电动汽车上使用的最佳组合为电池——超级电容混合能量系统。在超级电容器广泛应用于电动汽车之前，提高其性能，尤其是比能量以及降低成本成为迫切需要解决的问题。二、超高速飞轮早在20世纪50年代，瑞士Oerlikon工程公司就设计出了首辆使用飞轮作动力的客车，该飞轮重1500kg、工作转速3000r/min，在汽车停靠站对飞轮进行充电。先进的飞轮设计使用轻质复合材料转子，质量仅有几十公斤而转速可达上万转，因此被称为超高速飞轮。飞轮储能系统包括三个核心部分：飞轮、电动机/发电机和电力电子变换装置。实际使用的飞轮装置中，主要包括以下部件：飞轮、轴、轴承、电机、真空容器和电力电子变换器。超高速飞轮是实现电动汽车储能要求的一种有效方式，它具有高能量比、高比功率、长循环寿命、高能量效率、能快速充电和免维护等优点，成为远期储能装置的一种选择。还可以像蓄电池和燃料电池一样，作为独立的能源系统向电动汽车供电，并有可能成为电动汽车应用的远期目标。飞轮有望具有比其他任何电池都高的比能量和比功率，甚至有可能超过内燃机，另外，飞轮的使用寿命不受限制解决了其他能量源存在的使用寿命有限的问题。但是，技术仍然处于萌芽状态，用于电动汽车还有很长的路要走。混合能源系统混合能源系统是指由两种或两种以上的储能器、能源或转换器作驱动能源，其中至少有一种能提供电能的系统。目前，最常见的混合能源系统有动力电池+超级电容、动力电池+燃料电池、动力电池+内燃机等几种类型。其中动力电池+内燃机的混合动力系统目前受到产业界的青睐，表现出了较好的产业化前景