新能源汽车技术第2章

规格严格功夫到家（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院新能源汽车技术第1页第2章电动汽车用动力电池2.1概述2.2铅酸蓄电池2.3镍氢电池2.4锂离子电池2.5燃料电池2.6太阳能电池2.7其它动力电池规格严格功夫到家（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院新能源汽车技术第2页2.1.1电池分类电池可以分为化学电池、物理电池和生物电池三大类。1．化学电池化学电池是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。1）原电池原电池又称一次电池，是指电池放电后不能用简单的充电方法使活性物质复原而继续使用的电池，如锌—二氧化锰干电池、锂锰电池、锌空气电池、一次锌银电池等。规格严格功夫到家（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院新能源汽车技术第3页2.1.1电池分类2）蓄电池蓄电池又称二次电池，是指电池在放电后可通过充电的方法使活性物质复原而继续使用的电池，而这种充放电可以达数十次到上千次循环。如铅酸蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池等。3）燃料电池燃料电池又称连续电池，是指参加反应的活性物质从电池外部连续不断地输入电池，电池就连续不断地工作而提供电能。如质子交换膜燃料电池、碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、直接甲醇燃料电池、再生型燃料电池等。规格严格功夫到家（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院新能源汽车技术第4页2.1.1电池分类4）储备电池储备电池是指电池正负极与电解质在储存期间不直接接触，使用前注入电解液或者使用其它方法使电液与正负极接触，此后电池进入待放电状态，如镁电池、热电池等。化学电池按电解质分为酸性电池、碱性电池、中性电池、有机电解质电池、非水无机电解质电池、固体电解质电池等。化学电池按电池的特性分为高容量电池、密封电池、高功率电池、免维护电池、防爆电池等。化学电池按正负极材料分为锌锰电池系列、镍镉镍氢系列、铅酸系列、锂电池系列等。规格严格功夫到家（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院新能源汽车技术第5页2.1.1电池分类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。规格严格功夫到家（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院新能源汽车技术第6页2.1.2电池的性能指标电池作为电动汽车的储能动力源，在电动汽车上发挥着非常重要的作用，要评定电池的实际效应，主要就是看电池的性能指标。电池的性能指标主要有电压、容量、内阻、能量、功率、输出效率、自放电率、使用寿命等，根据电池种类不同，其性能指标也有差异。1．电压电压分为端电压、开路电压、额定电压、放电电压、充电终止电压和放电终止电压等。1)端电压电池的端电压是指电池正极与负极之间的电位差。规格严格功夫到家（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院新能源汽车技术第7页2.1.2电池的性能指标2)开路电压电池在开路状态下的端电压称为开路电压，即电池在没有负载情况下的端电压。3)额定电压额定电压是指电池在标准规定条件下工作时应达到的电压，镍镉电池和镍氢电池的额定电压为1.2V，锂离子电池的额定电压是3.6V。4)放电电压电池的工作电压是指电池接通负载后在放电过程中显示的电压，又称放电电压。在电池放电初始的工作电压称为初始电压。规格严格功夫到家（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院新能源汽车技术第8页2.1.2电池的性能指标5)充电终止电压蓄电池充足电时，极板上的活性物质已达到饱和状态，再继续充电，电池的电压也不会上升，此时的电压称为充电终止电压。镍镉电池的充电终止电压为1.75V~1.8V，镍氢电池的充电终止电压为1.5V，锂离子电池的充电终止电压为4.25V。规格严格功夫到家（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院新能源汽车技术第9页2.1.2电池的性能指标6)放电终止电压放电终止电压是指电池在一定标准所规定的放电条件下放电时，电池的电压将逐渐降低，当电池再不宜继续放电时，电池的最低工作电压称为终止电压。如果电压低于放电终止电压后电池继续放电，电池两端电压会迅速下降，形成深度放电。这样，极板上形成的生成物在正常充电时就不易再恢复，从而影响电池的寿命。放电终止电压和放电率有关，放电电流直接影响放电终止电压。在规定的放电终止电压下，放电电流越大，电池的容量越小。镍镉电池的放电终止电压一般在1.0V~1.1V，镍氢电池的放电终止电压一般规定为1V，锂离子电池的放电终止电压为3.0V。规格严格功夫到家（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院新能源汽车技术第10页2.1.2电池的性能指标2．容量电池在一定的放电条件下所能放出的电量称为电池的容量。常用单位为安培小时（Ah），它等于放电电流与放电时间的乘积。电池的容量可以分为理论容量、实际容量、标称容量和额定容量等。1）理论容量理论容量是把活性物质的质量按法拉第定律计算而得到的最高理论值。为了比较不同系列的电池，常用比容量的概念，即单位体积或单位质量电池所能给出的理论电量，单位为Ah/l或Ah/kg。规格严格功夫到家（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院新能源汽车技术第11页2.1.2电池的性能指标2）实际容量实际容量是指电池在一定条件下所能输出的电量。它等于放电电流与放电时间的乘积，单位为Ah，其值小于理论容量。实际容量反映了电池实际存储电量的大小，电池容量越大，电动汽车的续驶里程就越远。在使用过程中，电池的实际容量会逐步衰减。国家标准规定新出厂的电池实际容量大于额定容量值为合格电池。规格严格功夫到家（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院新能源汽车技术第12页2.1.2电池的性能指标3）标称容量标称容量是用来鉴别电池的近似安时值。4）额定容量额定容量也叫保证容量，是按国家或有关部门颁布的标准，保证电流在一定的放电条件下应该放出的最低限度的容量。按照IEC标准和国标，镍镉和镍氢电池在20±5°C条件下，以0.1C充电16h后以0.2C放电至1.0V时所放出的电量为电池的额定容量，以C表示；锂离子电池在常温、恒流（1C）、恒压（4.2V）条件下充电3h后再以0.2C放电至2.75V时所放出的电量为电池的额定容量。规格严格功夫到家（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院新能源汽车技术第13页2.1.2电池的性能指标5）荷电状态荷电状态(SOC)是电池在一定放电倍率下，剩余电量与相同条件下额定容量的比值。反映电池容量的变化。SOC=1即表示电池充满状态。随着电池的放电，电池的电荷逐渐减少，此时电池的充电状态，可以用SOC的百分数的相对量来表示电池中电荷的变化状态。一般电池放电高效率区为50%~80%SOC。规格严格功夫到家（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院新能源汽车技术第14页2.1.2电池的性能指标3．内阻电池的内阻是指电流流过电池内部时所受到的阻力。电池内阻越大，电池自身消耗掉的能量越多，电池的使用效率越低。内阻很大的电池在充电时发热很厉害，使电池的温度急剧上升，对电池和充电器的影响都很大。随着电池使用次数的增多，由于电解液的消耗及电池内部化学物质活性的降低，电池的内阻会有不同程度的升高。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。规格严格功夫到家（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院新能源汽车技术第15页2.1.2电池的性能指标1）理论能量理论能量是电池的理论容量与额定电压的乘积，指一定标准所规定的放电条件下，电池所输出的能量。2）实际能量实际能量是电池实际容量与平均工作电压的乘积，表示在一定条件下电池所能输出的能量。3）比能量比能量是指电池单位质量所能输出的电能，单位是Wh/kg。常用比能量来比较不同的电池系统。规格严格功夫到家（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院新能源汽车技术第16页2.1.2电池的性能指标比能量有理论比能量和实际比能量之分。理论比能量是指1kg电池反应物质完全放电时理论上所能输出的能量；实际比能量是指1kg电池反应物质所能输出的实际能量。由于各种因素的影响，电池的实际比能量远小于理论比能量。电池的比能量是综合性指标，它反映了电池的质量水平。电池的比能量影响电动汽车的整车质量和续驶里程，是评价电动汽车的动力电池是否满足预定的续驶里程的重要指标。4）能量密度能量密度是指电池单位体积所能输出的电能，单位是Wh/L。规格严格功夫到家（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院新能源汽车技术第17页2.1.2电池的性能指标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）。电池的功率决定了电动汽车的加速性能和爬坡能力。1）比功率单位质量电池所能输出的功率称为比功率，单位为W/kg或kW/kg。2）功率密度单位体积电池所能输出的功率称为功率密度，单位为W/l或kW/l。规格严格功夫到家（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院新能源汽车技术第18页2.1.2电池的性能指标6．输出效率动力电池作为能量存储器，充电时把电能转化为化学能储存起来，放电时把电能释放出来。在这个可逆的电化学转换过程中，有一定的能量损耗。通常用电池的容量效率和能量效率来表示。1）容量效率容量效率是指电池放电时输出的容量与充电时输入的容量之比，即（2-1）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%100充放CCc%100充放CCc%100充放CCcc放C充C规格严格功夫到家（威海）HARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYSCHOOLOFAUTOMOBILEENGINEERING汽车工程学院新能源汽车技术第19页2.1.2电池的性能指标2）能量效率能量