新能源汽车概论课件 2.1认知新能源汽车动力电池技术

认知新能源汽车动力电池技术目录一、新能源汽车电池结构与分类二、各类车用动力蓄电池的性能比较三、电池包的核心技术四、电池管理系统五、动力电池发展与规划3一、新能源汽车电池结构与分类1.新能源汽车电池结构

将化学能或生物分解过程转化为电能的装置称为电池。新能源汽车电池的结构类型主要有单体电池、蓄电池模块、蓄电池包和蓄电池系统等。单体电池。将化学能与电能进行相互转换的基本单元装置，通常包括电极、隔膜、电解质、外壳和端子，并被设计成可充电，也称为电芯。4一、新能源汽车电池结构与分类1.新能源汽车电池结构蓄电池模块。将一个以上单体蓄电池按照串联、并联或混联方式组合，作为电源使用的组合体，也称为蓄电池组。蓄电池包。蓄电池包通常包括蓄电池组、蓄电池管理系统、蓄电池箱及相应附件（冷却部件、连接线缆等），具有从外部获得电能并可对外输出电能的单元。5一、新能源汽车电池结构与分类1.新能源汽车电池结构6一、新能源汽车电池结构与分类1.新能源汽车电池结构蓄电池系统。蓄电池系统是指一个或一个以上蓄电池包及相应附件（管理系统、高压电路、低压电路、热管理设备及机械总成等）构成的能量存储装置。7一、新能源汽车电池结构与分类1.新能源汽车电池结构动力电池系统主要由电芯、电池管理系统、冷却系统、线束、结构件和外壳构成，8一、新能源汽车电池结构与分类2.电池的分类

电池的种类很多，分类方法也有多种，一般按其原理可以分为生物电池、物理电池和化学电池，9一、新能源汽车电池结构与分类2.电池的分类

按其工作性质和使用特征的不同，可分为一次电池、二次电池、燃料电池和储备电池等。其中燃料电池和储备电池属于特殊的一次电池。一次电池（原电池）二次电池燃料电池（连续电池）储备电池（激活电池）单体电池二次电池氢燃料电池堆储备电池10一、新能源汽车电池结构与分类3.锂离子电池

锂离子电池是指分别用二个能可逆地嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正负极构成的二次电池。人们将这种靠锂离子在正负极之间的转移来完成电池充放电工作的，独特机理的锂离子电池形象地称为“摇椅式电池”，俗称“锂电”。11一、新能源汽车电池结构与分类3.锂离子电池

锂离子电池的类型：根据锂离子电池的形状，可以分为方形锂离子电池和圆柱形锂离子电池12一、新能源汽车电池结构与分类3.锂离子电池

锂离子电池的类型：根据锂离子电池正极材料分类。可分为镍酸锂、钴酸锂、钛酸锂、镍钴多元、锰酸锂、磷酸铁锂等。

正极材料一直是锂离子电池核心，不同选择直接决定电池性能的高低。正极材料的选择主要是可逆脱锂和嵌锂的过渡金属氧化物，是锂离子电池的重要成分之一。锂离子电池正极材料分类为：1）锂镍氧化物

2）锂钴氧化物3）锂钛氧化物

4）镍钴多元氧化物5）锂锰氧化物

6）锂铁磷氧化物13一、新能源汽车电池结构与分类3.锂离子电池14二、各类车用动力蓄电池的性能比较1.电池的性能指标（1）电压（端电压）电压是指其正极与负极之间的电位差，单位为V（伏特），是表示蓄电池性能与状态的重要参数之一。1）开路电压2）放电电压3）充电电压

（2）容量

在一定的放电条件下，电池所能放出的电量称为容量，用C表示，单位A·h或mA·h。1）理论容量：把活性物质的质量按法拉第定律计算得到的最高理论值。2）实际容量：电池在一定条件下所能输出的电量。3）标称容量：用来鉴别电池的近似A·h值。4）额定容量：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。15二、各类车用动力蓄电池的性能比较1.电池的性能指标（3）内阻（4）荷电状态（5）比能量（6）功率与比功率（7）循环寿命16二、各类车用动力蓄电池的性能比较2.常见车用动力蓄电池的性能比较17三、电池包的核心技术1.电池组的连接方式电池的串联：电池的并联：18三、电池包的核心技术2.电池容量均衡电池容量均衡效果19三、电池包的核心技术2.电池容量均衡均衡系统分为能量耗散型均衡、能量非耗散型均衡能量耗散型均衡（被动均衡）：主要通过令电池组中能量较高的电池利用其旁路电阻进行放电的方式损耗部分能量，以期达到电池组能量状态的一致。被动均衡步骤一：电池充电中，部分电池已充满。被动均衡步骤二：停止充电，能量耗散。20三、电池包的核心技术2.电池容量均衡被动均衡步骤三：多次调节。被动均衡步骤四：均衡管理完成。21三、电池包的核心技术2.电池容量均衡能量非耗散型均衡（主动均衡）：能量非耗散式均衡电路拓扑结构目前已出现很多种，本质上均是利用储能元件和均衡旁路构建能量传递通道，将其从能量较高电池直接或间接转移至能量较低的电池。被动均衡步骤一：电池放电，电容充电。22三、电池包的核心技术2.电池容量均衡能量非耗散型均衡（主动均衡）被动均衡步骤二：电容放电，电池充电。23三、电池包的核心技术2.电池容量均衡被动均衡步骤三：均衡管理完成。能量非耗散型均衡（主动均衡）24三、电池包的核心技术3.电池热管理技术

由于车辆上装载电池的空间有限，正常运行所需的电池数目也较大，电池会以不同倍率放电，并以不同生热速率产生大量热量。

电池包内温度上升严重影响电池组的电化学系统的运行、循环寿命、充电可接受性、电池包功率和能量、安全性和可靠性等。如果电动汽车电池组不能及时散热，将导致电池组系统的温度过高或分布不均匀，其结果将降低电池充放电循环效率，影响电池的功率和能量发挥，严重时还将导致热失控，影响系统安全性与可靠性；另外，由于发热电池体的密集摆放，中间区域必然热量聚集较多，边缘区域较少则增加了电池包中各单元之间的温度不均衡，这将造成各电池模块、单体性能的不均衡，最终影响电池性能的一致性及电池荷电状态（SOC）估计的准确性，影响到电动汽车的系统控制。25三、电池包的核心技术3.电池热管理技术现有电动汽车电池系统热管理技术1）空冷式散热系统

26三、电池包的核心技术3.电池热管理技术现有电动汽车电池系统热管理技术2）液冷式散热系统

帝豪EV450冷却液循环管路27三、电池包的核心技术3.电池热管理技术

现有电动汽车电池系统热管理技术3）相变材料式散热系统

制冷剂直接冷却技术相变材料包裹电池式结构28三、电池包的核心技术3.电池热管理技术

现有电动汽车电池系统热管理技术4）热管式散热系统热管式冷却原理图热管式冷却实物图29三、电池包的核心技术3.电池热管理技术现有电动汽车电池系统热管理技术

5）电动车电池加热系统

为了使电池适应低温环境工作，电池热管理系统中配置了加热系统。加热系统主要由加热元件和电路组成，其中加热元件是最重要的部分。常见的加热元件有可变电阻加热元件和恒定电阻加热元件，前者通常称为PTC（positivetemperaturecoefficient），后者则是通常由金属加热丝组成的加热膜，譬如硅胶加热膜、挠性电加热膜等。30四、电池管理系统1.电池管理系统的组成

电池管理系统（BMS）是连接动力电池和电动汽车的重要纽带，其精准的控制和管理为动力电池的完美应用保驾护航。电池管理系统主要由电池终端模块、中间控制模块、显示模块三部分组成。（1）电池终端模块（主要进行数据采集，如：电压、电流、温度、通信信号等）；（2）中间控制模块（主要与整车系统进行通讯，控制充电机等）；（3）显示模块（主要进行数据呈现，实现人机交互）。31四、电池管理系统2.电池管理系统的功能（1）电池参数检测。（2）电池状态估计。（3）在线故障诊断。（4）电池安全控制与报警。（5）充电控制。（6）电池均衡。（7）热管理。（8）网络通讯。（9）信息存储。（10）电磁兼容。32五、动力电池发展与规划1.动力电池总体发展思路（1）近中期，在优化现有体系锂离子动力电池技术、满足新能源汽车规模化发展需求的同时，以开发新型锂离子动力电池为重点，提升其安全性、一致性和寿命等关键技术，同步开展新体系动力电池前瞻性研发。（2）中远期，在持续优化提升新型锂离子动力电池的同时，重点研发新体系动力电池，显著提升能量密度，大幅度降低成本，实现新