新能源汽车概论电动汽车用动力电池培训资料.docx

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1、新能源汽车概论电动汽车用动力电池培训资料课题：3.1概述教学目的：熟悉电池的类型熟悉电池的性能指标熟悉电动汽车对动力蓄电池的要求教学重点：电池的类型、电池的性能指标教学难点：电池的类型、电池的性能指标类型：新授课教学方法：讲练结合课时：2一、电池的类型电池分为化学电池、物理电池与生物电池三大类。1.化学电池(1)化学电池是利用物质的化学反应发电，按工作性质分为原电池、蓄电池、燃料电池与储备电池。(2)原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。(3)蓄电池是指电池在放电后能够通过充电的方法使活性物质复原而继续使用的电池，这种充放电能够达数十次到上千次循环。(4)燃料

2、电池乂称连续电池，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。(5；储备电池是指电池土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者使用其它方法使电解液与土极接触，此后电池进入待放电状态。（6）分类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、免保护电池、防爆电池等。化学电池按极材料分为锌锦电池系列、银镉银氢系列、铅酸系列、锂电池系列等。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

3、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、随电池、生物太阳电池等。迄今已经有用化的车用动力蓄电池有传统的铅酸蓄电池、锲镉电池、银氢电池与锂离子电池。在物理电池领域中，超级电容器也应用于电动汽车中。生物燃料电池在车用动力中应用前景也十分广阔，以氢为燃料的燃料电池与氧化物燃料电池的研发已进入重要进展阶段。二、电池的性能指标电池的性能指标要紧有电压、容量、内阻、能量、功率、输出效率、自放电率、使用寿命等，根据电池种类不一致，其性能指标也有差异。1 .电压（1）电压分为端电压、开路电压、额定电压、充电终止电压与放电终止电压等。电池的端电压是指电池正极与负极之间的电位差；

4、开路电压是指电池在没有负载情况下的端电压；额定电压是电池在标准规定条件下工作时应达到的电压；蓄电池充足电时，极板上的活性物质已达到饱与状态，再继续充电，电池的电压也不可能上升，如今的电压称之充电终止电压；放电终止电压是指电池放电时同意的最低电压。2 .容量（1）电池在一定的放电条件下所能放出的电量称之电池的容量。常用单位为安培小时，它等于放电电流与放电时间的乘积。（2）电池的容量能够分为理论容量、实际容量、标称容量与额定容量等。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。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。

5、标称容量是用来鉴别电池的近似安时值。额定容量也叫保证容量，是按国家或者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。3 .内阻（1）定义;电池的内阻是指电流流过电池内部时所受到的阻力。（2）特性：充电电池的内阻很小，需要用专门的仪器才能够测量到比较准确的结果。通常所知的电池内阻是充电态内阻，即指电池充满电时的内阻（与之对应的是放电态内阻，指电池充分放电后的内阻。通常说来，放电态内阻比充电态内阻大，同时不太稳固）。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，对电池与充电器的影响都很大。随着电池使用次

6、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，电池的内阻会有不一致程度的升高。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Wh或者kWh。它影响电动汽车的行驶距离。能量分为理论能量、实际能量、比能量与能量密度。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：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；比能量也称质量比能量，是指电池单位质量所能输出的电能，单位是Whkg,常用比能量来比较不一致的电池系统；能量密度也称体积比能量，是指电池单位体积所能输出的电能，单位是Wh/1。5 .功率

7、(1)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W或者kw。电池的功率决定了电动汽车的加速性能与爬坡能力。功率分为比功率与功率密度。(2)比功率是指单位质量电池所能输出的功率,也称质量比功率,单位为W/kg或者kW/kg：功率密度是指单位体积电池所能输出的功率称之功率密度，也称体积比功率，单位为W/1或者kW1,6 .输出效率(1)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与能量效率来表示。(2.)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；能量效

8、率是指电池放电时输出的能量与充电时输入的能量之比。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缺失的速度。自放电率用单位时间容量降低的百分数表示。8 .放电倍率(1)电池放电电流的大小常用“放电倍率”表示，即电池的放电倍率用放电时间表示或者者说以一定的放电电流放完额定容量所需的小时数来表示，由此可见，放电时间越短，即放电倍率越高，则放电电流越大。(2)放电倍率等于额定容量与放电电流之比。根据放电倍率的大小,可分为低倍率(7.0C)9 .使用寿命(1)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者损坏而不能使用，与容量达不到规范要求时电池使

9、用失效，这时电池的使用寿命终止。(2)电池的使用寿命包含使用期限与使用周期使用期限是指电池可供使用的时间，包含电池的存放时间。使用周期是指电池可供重复使用的次数。除此之外，成本也是一个重要的指标，电动汽车进展的瓶颈之一就是电池价格高。三、电动汽车对动力电池的要求(1)比能量高。为了提高电动汽车的续驶里程，要求电动汽车上的动力电池尽可能储存多的能量，但电动汽车又不能太重，其安装电池的空间也有限，这就要求电池具有高的比能量。(2)比功率大。为了能使电动汽车在加速行驶、爬坡能力与负载行驶等方面能与燃油汽车相竞争，就要求电池具有高的比功率。(3)充放电效率高。电池中能量的循环务必通过充电一放电一充电的

10、循环，高的充放电效率对保证整车效率具有至关重要的作用。(4)相对稳固性好。电池应当在快速充放电与充放电过程变工况的条件下保持性能的相对稳固，使其在动力系统使用条件下能达到足够的充放电循环次数。(5)使用成本低。除了降低电池的初始购买成本外，还要提高电池的使用寿命以延长其更换周期。(6)安全性好。电池应不可能引起自燃或者燃烧，在发生碰撞等事故时，不可能对乘员造成伤害。小结：概述本节作业：课后习题课题：3.2蓄电池教学目的：熟悉蓄电池的类型；掌握铅酸蓄电池、银氢电池、锂离子电池的结构原理与特点对蓄电池的充电方法与性能测试有初步的认识教学重点：铅酸蓄电池、银氢电池、锂离子电池的结构原理与特点教学难点

11、：铅酸蓄电池、银氢电池、锂离子电池的结构原理与特点类型：新授课教学方法：讲练结合课时：10（课时分见内容）一、铅酸蓄电池11 .铅酸蓄电池的分类铅酸蓄电池分免保护铅酸蓄电池与阀控密封式铅酸蓄电池。免保护铅酸蓄电池由于自身结构上的优势，电解液的消耗量非常小，在使用寿命内基本不需要补充蒸储水。它具有耐震、耐高温、体积小、自放电小的特点。使用寿命通常为普通铅酸蓄电池的两倍。阀控密封式铅酸蓄电池在使用期间不用加酸加水保护，电池为密封结构，不可能漏酸，也不可能排酸雾，电池盖子上设有溢气阀（也叫安全阀），该阀的作用是当电池内部气体量超过一定值，即当电池内部气压升高到一定值时，溢气阀自动打开，排出气体，然后

12、自动关闭，防止空气进入电池内部。2 .铅酸蓄电池的结构铅酸蓄电池的基本结构如图P90所示。它由土极板、隔板、电解液、溢气阀、外壳等部分构成3 .铅酸蓄电池的工作原理铅酸蓄电池使用时，把化学能转换为电能的过程叫放电。在使用后，借助于直流电在电池内进行化学反应，把电能转变为化学能而储蓄起来，这种蓄电过程叫做充电。铅酸蓄电池是酸性蓄电池，其化学反应式为PbO+H2SO4PbSO4+H2O4 .铅酸蓄电池具有下列优点：(1)除锂离子电池外，在常用蓄电池中，铅酸蓄电池的电压最高，为2.0V；价格低廉；(3)可制成小至IAh大至几千Ah的各类尺寸与结构的蓄电池；(4)高倍率放电性能良好，可用于引擎启动；(

13、5)高低温性能良好，可在-4060C条件下工作；(6)电能效率高达60%；(7)易于浮充使用，没有“经历”效应；(8)易于识别荷电状态。5 .铅酸蓄电池具有下列缺点：(1)比能量低，在电动汽车中所占的质量与体积较大，一次充电行驶里程短：(2)使用寿命短，使用成本高；(3)充电时间长；(4)铅是重金属，存在污染。二、银氢电池1银氢电池是90年代进展起来的一种新型电池。它的正极活性物质要紧由银制成，负极活性物质要紧由贮氢合金制成，是一种碱性蓄电池。银氢电池具有高比能量、高功率、适合大电流放电、可循环充放电、无污染，被誉为“绿色电源二6 .银氢电池的分类按照外形，锲氢电池方形银氢电池与圆形银氢电池7

14、 .银氢电池的结构银氢电池要紧由正极、负极、极板、隔板、电解液等构成。银氢电池的基本单元是单体电池，单体电压为1.2V,按使用要求组合成不一致电压与不一致电荷量的银氢电池总成。(1)银氢电池正极是活性物质氢氧化银，负极是储氢合金，用氢氧化钾作为电解质，在土极之间有隔膜，共同构成银氨单体电池。在金属伯催化作用下，完成充电与放电可逆反应。(2)银氢电池的极板有发泡体与烧结体两种，发泡体极板的银氢电池在出厂前务必进行预充电，且放电电压不能低于0.9V,工作电压也不太稳固，为避免发泡银氢电池老化所造成的内阻增高，银氢电池在出厂前务必进行预充电。通过改进的烧结体极板的银氢电池，其烧结体极板本身就是活性物

15、质，不需要进行活性处理，也不需要进行预充电，电压平衡、稳固，具有低温放电性能好、不易老化与寿命长的优点。8 .银氢电池的工作原理(1)银氢电池是将物质的化学反应产生的能量直接转化成电能的一种装置。(2)银氢电池由银氢化合物正电极、储氢合金负电极与碱性电解液(比如30%的氢氧化钾溶液)构成。密封一次银氢电池的性能特点要紧取决于本身体系的电极反应。(3)当银氢电池以标准电流放电时，平均工作电压为1.2Vo当电池以8C率放电时，端电压降至11V时，则认为放电已完。电压1.1V称之8C率放电时的放电终止电压(0.6V0.8V)9 .银氢电池的特点锲氢电池具有无污染、高比能、大功率、快速充放电、耐用性等许多优异特性。与铅酸蓄电池相比，锲氢电池具有比能量高、重量轻、体积小、循环寿命长的特点。(1)比功率高。目前商业化的银氢功率型电池能做到1350Wkg.(2)循环次数多。目前应用在电动车上的银氢动力电池，80%放电深度(DoD)循环能够达IOOo次以上，为铅酸蓄电池的3倍以上，100%DoD循环寿命也在500次以上，在混合动力汽车中可使用5年以上。(3)无污染。馍氢电池不含铅