动力电池基础及电动汽车安全要求培训

动力电池基础及电动汽车安全要求汽车标准研究（群号109145605）目录一、常用动力电池种类二、动力电池和超级电容基本概念三、动力电池结构及命名方法四、电池检测相关标准五、电动汽车结构及分类六、电动汽车检测安全知识六、电动汽车检测安全知识七、电动汽车安全要求七、电动汽车安全要求汽车标准研究（群号109145605）一、常用动力电池种类什么叫电池：电池是指能将化学能、光能、原子能等形式的能直接转化为电能的装置，是一种可以储蓄电能的装置，主要应用于各种携带式和移动式的装置或者备用电力系统上,在生活、生产、科研等领域应用非常广泛。当今人类的生活已经越来越离不开电池。汽车标准研究（群号109145605）一、常用动力电池种类一次电池（不可充电电池）金属锂电池：锂锰电池、锂亚电池、锂铁电池干电池：锌锰干电池、碱性锌锰电池贮备电池：银锌电池二次电池（可充电电池）可充电电池：铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锌空气电池、液态锂离子电池、聚合物锂离子电池、超级电容器、飞轮电池其它电池（只能发电，不能储电）燃料电池：氢氧燃料电池、直接甲醇燃料电池太阳能电池：单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、光敏化学太阳能电池汽车标准研究（群号109145605）一、常用动力电池种类锂电池分类1．按外型分：方形锂电池（如普通手机电池）和圆柱形锂电池（如电动工具的18650）；2．按外包材料分：铝壳锂电池，钢壳锂电池，软包电池；3．按正极材料分：钴酸锂（LiCoO2）、锰酸锂（LiMn2O4）、三元锂（LiNixCoyMnzO2）、磷酸铁锂（LiFePO4）；4．按电解液状态分：锂离子电池（LIB）和聚合物电池（PLB）；5．按用途分：普通电池和动力电池。6．按性能特性分：高容量电池、高倍率电池、高温电池、低温电池等。汽车标准研究（群号109145605）二、动力电池和超级电容基本概念单体蓄电池batterycell构成蓄电池模块的昀小单元。一般由正极、负极、电解质、隔膜、外壳及端子（极端）等组合而成，可实现电能与化学能之间的直接转换。汽车标准研究（群号109145605）二、动力电池和超级电容基本概念蓄电池模块batterymodule单体蓄电池在物理结构和电路上连接起来的构成蓄电池包或系统的昀小分组，可作为一个单元替换。汽车标准研究（群号109145605）二、动力电池和超级电容基本概念蓄电池包batterypack能量存储装置，包括单体或模块，通常还包括蓄电池电子部件、高压电路、过流保护装置，蓄电池箱以及与其他外部系统（如冷却、高压、辅助低压和通讯等）的接口。汽车标准研究（群号109145605）二、动力电池和超级电容基本概念电压（V）：开路电压：指电池在没有连接外电路或者外负载时的电压。开路电压与电池的剩余能量有一定的联系，电量显示就是利用这个原理。如：锂离子电池的开路电压为4.1V，铅酸蓄电池为2.1V工作电压：是指电池在工作状态下即电路中有电流流过时电池正负极之间的电势差。在电池放电工作状态下，当电流流过电池内部时，必须克服内阻的阻力，故工作电压总是低于开路电压。V=V开—IR额定电压：在规定条件下电池工作的标准电压。用来区分电池体系。如：铅酸电池：2.0V；镉镍电池：1.2V；氢镍电池：1.2V；锌锰电池：1.5V锂离子电池：3.6-3.8V汽车标准研究（群号109145605）二、动力电池和超级电容基本概念电压（V）：充放电截止电压（终点电压）：指电池充满电后进行放电，放完电时达到的电压（若继续放电则为过度放电，对电池的寿命和性能有损伤）。汽车标准研究（群号109145605）二、动力电池和超级电容基本概念充电限制电压：充电过程中由恒流变为恒压充电的电压。例如：锂离子电池充电时，终止电压为4.2V，放电时为3.0V或2.75V。汽车标准研究（群号109145605）二、动力电池和超级电容基本概念4、内阻：R=RΩ+Rf电池的内阻：是指电池在工作时，电流流过电池内部所受到的阻力。RΩ：电极材料、电解液、隔膜及各部分零件的接触内阻；Rf：正、负极活性物质进行电化学反应时所引起的内阻，包括电化学极化和浓差极化所引起的电阻之和；Rf与活性物质本身、电极结构、制造工艺、电池工作条件等因素相关。内阻与SOC的关系。汽车标准研究（群号109145605）二、动力电池和超级电容基本概念电池容量（Ah）：电池容量是指电池获得电量的量或电池所能够储存的电量多少，容量是电池电性能的重要指标，它由电极的活性物质决定，若单电极的容量不等，电池的容量取决于容量小的那个电极，决不是正负极容量之和。容量用C表示，单位用Ah（安时）或mAh（毫安时）表示。公式：C=It,即电池容量（Ah）＝电流（A）x放电时间（h）。例：容量为10安时的电池，以5安培放电可放2小时，以10安培放电可放1小时。C2表示用2小时放完电后所测得电池的容量，C5表示用5小时放完电后所测得电池的容量。电池的实际容量主要取决于以下几个因素：活性物质的数量、质量；活性物质的利用率。汽车标准研究（群号109145605）二、动力电池和超级电容基本概念理论容量(Co)（活性物质100%利用）：C0=26.8n=1/km0（Ah）m0为活性物质的质量；M为活性物质分子量；n为成流反应得失电子数；26.8为常数1克当量活性物质反应时所放出电量；实际容量（C）：电池的实际容量是指电池在一定的放电条件下所放出的实际电量，主要受放电倍率和温度的影响（故严格来讲，电池容量应指明充放电条件）。C=∫Idt恒流：I×T汽车标准研究（群号109145605）二、动力电池和超级电容基本概念额定容量（C额）：指电池在环境温度为20℃±5℃条件下，以3h率放电至终止电压时所应提供的电量，用C3表示，常用的为恒流放电。C=I*t。行业称呼的容量往往指1C放电。容量常见单位有：mAh、Ah(1Ah=1000mAh)。容量和放电电流的关系容量和放电温度的关系汽车标准研究（群号109145605）二、动力电池和超级电容基本概念比容量：是指单位质量或单位体积所给出的电量，分别称是指单位质量或单位体积所给出的电量，分别称为质量比容量为质量比容量CCmm或体积比容量或体积比容量CCvv。。计算公式：计算公式：CCmm=C/=C/m（（Ah/kgAh/kg））CCvv=C/=C/v（（Ah/LAh/L））汽车标准研究（群号109145605）二、动力电池和超级电容基本概念电池能量（Wh）：1.定义：指电池储存的电量（能量）的多少，用Wh来表示2.公式：能量（Wh）＝工作电压（V）×工作电流（A）×工作时间（h)。3.意义：3.7V、15Ah单体电芯的能量为55.5Wh，37V、10Ah电池组的能量为370Wh。电池能量是衡量电池带动设备做功的重要指标，容量不能决定做功的多少。实际能量：W=∫IVdt汽车标准研究（群号109145605）二、动力电池和超级电容基本概念比能量或能量密度指单位体积或单位质量所释放的能量，通常用体积能量密度（Wh/L）或质量能量密度（Wh/kg）表示。如一节锂电池重325g，额定电压为3.7V，容量为10Ah，则其能量密度为113Wh/kg。下表为理论值，在实际应用情况中需要考虑电池结构中的壳体、零件等各方面因素。目前锂电池的能量密度是镍镉和镍氢电池的3和1.5倍，能量密度的高低是由材料密度与结构决定的。能量密度铅酸电池镍镉电池镍氢电池锂电池Wh/kg30—5050—6060—70130—150Wh/L50—80130—150190—200350—400汽车标准研究（群号109145605）二、动力电池和超级电容基本概念功率和比功率：电池的功率是指在一定的放电条件下，电池在单位时间内所放出的能量。其单位常用瓦(W)或千瓦(kW)表示。P=U*I=E/t电池的单位质量或单位体积的功率称为电池的比功率，它的单位是瓦/千克(W/kg)或瓦/升(W/L)。如果一个电池的比功率较大，则表示在单位时间内，单位质量或单位体积中放出的能量较多，即表示该电池能用较大的电流放电。因此，电池的比功率也是评价电池性能优劣的重要指标之一。汽车标准研究（群号109145605）二、动力电池和超级电容基本概念放电时率及放电倍率：是一种表达电池放电电流大小的方法。放电时率：指在规定的放电时间内，电池放出全部额定容量。放电倍率：指放电电流为电池额定容量的某一个倍数。放电时率×放电倍率＝1C5—电池5小时率的容量，即电池5小时放电的全部容量。单位Ah或mAh0.5C---电池以0.5倍容量的电流放电,单位：A或mA例如：某电池的额定容量为1Ah,用0.5C放电时的电流即为0.5A汽车标准研究（群号109145605）二、动力电池和超级电容基本概念SOC和DODSOC（StateofCharge）－为荷电状态，表示电池剩余容量与总容量的百分比。DOD（DepthofDischarge）－为放电深度，表示放电程度的一种量度，为放电容量与总放电容量的百分比。放电深度的高低和二次电池的寿命有很大的关系：放电深度越深，其寿命就越短。如：容量为10Ah的电池放电后容量变为2Ah，可以称为80%DOD；汽车标准研究（群号109145605）二、动力电池和超级电容基本概念超级电容是什么？简单地说，超级电容是一种非常大的极化电解质电容。这里的‘大’指的是容量，而不是它们的物理尺寸。数千法拉～10000法拉。容量：电容器在一定的重量或者体积范围内存储的容量，量纲为F（法拉）。法拉是电容存储1库仑电量时，两极板间电势差是1伏特，1F=1Q/1V1库仑是1A电流在1s内输运的电量，即1Q=1A·S1库仑=1安培·秒1法拉=1安培·秒/伏特电瓶（蓄电池）12伏14安时的放电量=14*3600*12=604800法拉(F)，（注：12伏14安时电瓶是由2v14安时6块串联来的，如果改成6快并联，就等于2v84安时，转换为1v就是168安时）。地球的电容值仅有1-2F左右汽车标准研究（群号109145605）二、动力电池和超级电容基本概念静电容量capacitance电容器储存电荷的能力，单位为法拉（F）。储存能量energy电容器自额定电压起进行恒流放电至其昀低工作电压，所累积放出的能量，单位为瓦时（Wh）。标称能量nominalenergy由企业提供的电容器储存能量，单位为瓦时（Wh）。标称容量nominalcapacitance由企业提供的电容器静电容量，单位为法拉（F）。汽车标准研究（群号109145605）二、动力电池和超级电容基本概念比能量：是指单位重量或单位体积的电容器所给出的能量，也叫重量比能量或体积比能量，也称能量密度，量纲为Wh/kg或Wh/L。E=1/2*CU2J比功率：单位重量或单位体积的超级电容器所给出的功率，表征超级电容器所承受电流的大小，超级电容器的比功率是电池的数量级倍数，量纲为W/kg或W/L。PMAX=U2/4RR为等效电阻汽车标准研究（群号109145605）二、动力电池和超级电容基本概念单位换算：例电压：220v；电容容量：≥200F/kg；1-2：单节满容存储电能：储能公式：E=1/2*CU2E=1/2*CU2=1/2*200F*220V=4.84*106J=1.34度/kg(1J=1w·s=1A·V·s）4.84*106J＝4.84*106A·V·s＝4.84*106/3600/1000＝1.34KWh/kg)实际放电量90％，到开路电压60VQ=4.84*106*90％*=~1.2度电/kg。按照现在电动汽车耗电量测试结果15度电/100公里，50kg电池电芯（~100kg总重）的电池组一次充满电可以行驶≥400公里。一个200F/220V的超级电容存储的电能比5000F/2.7V多260多倍。汽车标准研究（群号109145605）二、动力电池和超级