《新能源汽车技术》课件-第二章 动力电池

新能源汽车技术NEWTECHNOLOGY知识目标：1、了解动力电池的分类2、掌握动力电池性能参数3、熟悉动力电池性能要求能力目标：1、能够测量动力电池各个参数（1+x证书考点）2、能够判断动力电池好坏（1+x证书考点）职业素养目标：能够具有责任意识和职业道德，规范操作的职业素养。能够对新能源汽车进行性能检测，读懂检测数据。能够具有改善环境和安全操作的基本知识、能力。第一节动力电池分类及性能参数物理电池化学电池动力电池生物电池一、动力电池分类第一节动力电池分类及性能参数（1）化学电池能量转化：化学能→电能组成：电极（正极、负极）、电解质、隔膜和容器（外壳）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。第一节动力电池分类及性能参数一、动力电池分类2）物理电池原理：利用光、热、物理吸附等物理能量发电的电池特点：在常温常压条件下进行能量转换举例：太阳能电池、超级电容、飞轮电池等。第一节动力电池分类及性能参数一、动力电池分类3）生物电池原理：利用生物酶、微生物或叶绿素做成的电池，利用生物化学反应发电。举例：微生物电池、酶电池、生物太阳电池等第一节动力电池分类及性能参数一、动力电池分类电池的性能指标电压容量内阻能量功率输出效率自放电率使用寿命第一节动力电池分类及性能参数二、动力电池性能参数电压分为端电压、开路电压、额定电压、充电终止电压和放电终止电压等。电池的端电压是指电池正极与负极之间的电位差；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；放电终止电压是指电池放电时允许的最低电压。（1）电压第一节动力电池分类及性能参数二、动力电池性能参数（1）电压端电压测量负载电压测量第一节动力电池分类及性能参数二、动力电池性能参数（2）容量电池在满电状态下以一定的放电条件下所能放出的电量称为电池的容量。常用单位为安时（A*H）或者毫安时（mA*H），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。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。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。电池容量测试仪第一节动力电池分类及性能参数二、动力电池性能参数（3）放电速率放电速率也称为放电率，一般用时率或倍率表示。时率（小时率）：电池以某种电流强度放电直到电池的电压降低到终止电压时，所需的时间。电池放电电流的大小也常用“放电倍率”表示，以某种电流强度放电，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。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（<0.5C）、中倍率（0.5~3.5C）、高倍率（3.5~7.0C）、超高倍率（>7.0C）。电池放电测试仪第一节动力电池分类及性能参数二、动力电池性能参数（4）内阻电池的内阻是指电流流过电池内部时所受到的阻力。充电电池的内阻很小，需要用专门的仪器才可以测量到比较准确的结果。一般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。一般说来，放电态内阻比充电态内阻大，并且不太稳定）。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。电池内阻测试仪第一节动力电池分类及性能参数二、动力电池性能参数（5）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。能量分为理论能量、实际能量、比能量和能量密度。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Wh/kg，常用比能量来比较不同的电池系统；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/L。电池能量测试软件第一节动力电池分类及性能参数二、动力电池性能参数（6）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W或kW。电池的功率决定了电动汽车的加速性能和爬坡能力。功率分为比功率和功率密度。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kW/kg；功率密度是指单位体积电池所能输出的功率称为功率密度，也称体积比功率，单位为W/L或kW/L。第一节动力电池分类及性能参数二、动力电池性能参数（7）电池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。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：第一节动力电池分类及性能参数二、动力电池性能参数（8）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损失的速度。自放电率用单位时间容量降低的百分数表示。第一节动力电池分类及性能参数二、动力电池性能参数（9）使用寿命与循坏寿命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损坏而不能使用，以及容量达不到规范要求时电池使用失效，这时电池的使用寿命终止。电池的使用寿命包括使用期限和使用周期。使用期限是指电池可供使用的时间，包括电池的存放时间。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，电动汽车发展的瓶颈之一就是电池价格高。2）循环寿命：循环寿命是指在一定的充放电制度下，电池容量降低(衰减）到某一规定值之前，电池能经受多少次充电与放电,(充电一次放电一次称为一个周期或一次循环)。同一个电池，在不同的充放电制度下，其循环寿命是不同的。例如,1C充/放电，某只电池的循环寿命为400次，但10C充/放电下，该电池的循环寿命可能只有150~180次(视具体放电深度和环境温度还可以有很大的变化)。第一节动力电池分类及性能参数二、动力电池性能参数电动汽车对动力电池的要求1．比能量高2．比功率大3．循环寿命长4．均匀一致性好5．相对稳定性好6．高低温性能好、环境适应性强7．安全性好8．价格低廉9．绿色、环保持续稳定的大电流放电，能够保证汽车保持一定的行驶速度v。有短暂大电流放电的能力，保证汽车在加速、上坡时有足够的动力a。能一次性提供足够的能源，保持汽车有一定的行驶里程S。第一节动力电池分类及性能参数三、电动汽车对动力电池要求知识目标：1、掌握铅蓄电池、镍氢电池、镍镉电池、锂离子电池结构。2、掌握铅蓄电池、镍氢电池、镍镉电池、锂离子工作原理3、熟悉铅蓄电池、镍氢电池、镍镉电池、锂离子的特点能力目标：

1、能够掌握各种蓄电池的性能特点（1+x证书考点）2、能够写出蓄电池的工作原理（1+x证书考点）职业素养目标：1、能够具有责任意识和职业道德，规范操作的职业素养。2、能够对新能源汽车进行性能检测，读懂检测数据。3、能够具有改善环境和安全操作的基本知识、能力。第二节蓄电池结构与工作原理1）铅酸蓄电池概述以酸性水溶液作为电解质的蓄电池称为酸蓄电池。由于酸蓄电池电极是以铅及其氧化物作为材料，故又称为铅酸蓄电池。铅酸蓄电池的应用历史最长，也是最成熟、成本售价最低廉的蓄电池，是目前唯一大量使用的车载动力电池。优点😊放电电压平稳充电效率高性能可靠生产技术成熟价格便宜。。优点😊维护简便或者免维护适用范围广原材料丰富自放电低回收技术成熟第二节蓄电池结构与工作原理一、铅酸蓄电池按工作环境分类根据结构和原理不同分类铅酸蓄电池移动式（汽车）固定式铅酸蓄电池干荷电式湿荷电式阀控式免维护型胶体型水平板式第二节蓄电池结构与工作原理一、铅酸蓄电池1—排气栓；2—负极柱；3—电池盖；4—穿壁连接；5—汇流条；6—电池外壳；7—负极板；8—隔板；9—正极板2）铅酸蓄电池的构造铅酸蓄电池由正极板、负极板、隔板、电池盖、电解液、排气栓和电池外壳组成。

铅酸蓄电池的基本单元是单体电池，每个单体电池都是由正极板、负极板和装在正极板和负极板之间的隔板组成。第二节蓄电池结构与工作原理一、铅酸蓄电池12V—120Ah标称容量标称直流电压3）铅酸蓄电池的型号纯电动汽车使用的蓄电池一般为牵引铅酸蓄电池，型号为××V—××Ah。第二节蓄电池结构与工作原理一、铅酸蓄电池充电过程：电能→化学能电解液密度↗4）铅酸蓄电池的工作原理正极板上的活性物质是二氧化铅（PbO2），负极板上是海绵状的纯铅（Pb），电解液是硫酸水溶液（H2SO4）。铅酸蓄电池的充放电过程放电过程：化学能→电能电解液密度↘第二节蓄电池结构与工作原理一、铅酸蓄电池1—正极板；2—接线柱；3—加液口盖；4—绝缘导套；5—负极板；6—吊架；7—单体电池连接条；8—极板骨架；9—绝缘层；10—镀镍薄钢板；11—壳体；12—通孔；13—活性物质；14—正极板导管；15—氢氧化镍镍-镉电池的每个单体电池都是由正极板、负极板和装在正极板和负极板之间的隔板组成。将单体电池按不同的组合装置在不同塑料外壳中，可得到所需要的不同电压和不同容量的镍-镉电池总成（电池组）。1）镍-镉电池的构造第二节蓄电池结构与工作原理二、镍-镉电池

以羟基氢氧化镍为正极，金属镉为负极，水溶性氧化钾溶液为电解质。为了提高寿命和改善高温性能，通常在电解液中加入氧化锂。2）镍-镉电池的工作原理正极负极正极负极在镍-镉电池充电和放电的化学反应过程中，电解液基本上不会被消耗。第二节蓄电池结构与工作原理二、镍-镉电池3）镍-镉电池的特点可以进行快速充电有记忆效应回收镉（有害的重金属）使用性能比铅酸蓄电池好第二节蓄电池结构与工作原理二、镍-镉电池1—帽盖（+）；2—正极；3—密封板；4—负极片；5—隔离膜；6—正极片；7—外壳（-）；8—绝缘环1）镍-氢电池的构造单体电池都由正极板、负极板和装在正极板和负极板之间的隔板组成。第二节蓄电池结构与工作原理三、镍-氢电池

充电过程中，水在电解质溶液中分解为氢离子和氢氧离子，氢离子被负极吸收，负极从金属转化为金属氢化物。

放电过程中，氢离子离开了负极，氢氧离子离开了正极，氢离子和氢氧离子在电解质中结合成水并释放电能。镍-氢电池在碱性电解液中进行反应的模型2）镍-氢电池的工作原理第二节蓄电池结构与工作原理三、镍-氢电池3）镍-氢电池的特点优点😊无污染比功率高快速补充充电时间短无“记忆效应”过充电和过放电性能好、循环次数多启动加速性能好比功率和放电能力不及镍-镉电池成本很高充电过程中容易发热缺点☹第二节蓄电池结构与工作原理三、镍-氢电池1）锂离子电池的结构锂离子电池正极负极隔膜板电解液安全阀锂离子电池的结构第二节蓄电池结构与工作原理四、锂离子电池2）锂离子电池的工作原理锂离子电池的工作原理锂离子电池正极材料采用锂化合物LiCoO2、LiNiO2或LiMn2O4，负极采用锂-碳层间化合物LixC6，电解液为有机溶液。锂离子电池的工作原理，电池在充电时，锂离子从正极材料的晶格中脱出，通过电解质溶液和隔膜，嵌入到负极中；放电时，锂离子从负极脱出，通过电解质溶液和隔膜，嵌入到正极材料晶格中。在整个充放电过程中，锂离子往返于正负极之间。第二节蓄电池结构与工作原理四、锂离子电池优点😊工作电压高。比能量高。循环寿命长。自放电率低。无记忆性。可实现快速充电。对环境无污染。能够制造成任意形状。缺点☹成本高单体电池需要保护线路控制，成组电池需要配套管理系统。3）锂离子电池的特点补充：过充保护和过放保护第二节蓄电池结构与工作原理四、锂离子电池知识目标：1、了解燃料电池的含义和分类2、掌握燃料电池结构3、掌握燃料电池工作原理4、了解燃料电池的特点能力目标：1、能够掌握燃料电池结构及工作原理2、能够写出燃料电池的工作特点职业素养目标：能够具有责任意识和职业道德，规范操作的职业素养。能够对新能源汽车进行性能检测，读懂检测数据。能够具有改善环境和安全操作的基本知识、能力。第三节燃料电池结构与工作原理

在能源危机与环保的大背景下，新能源汽车毫无疑问受到了各国的高度重视，而作为新能源汽车中的新兴代表，燃料电池汽车以其节能环保的前瞻性位列其中，并将离人们的生活越来越近。燃料电池是一种化学电池，能量密度极高，接近于汽油和柴油的能量密度，几乎是零污染，号称“终极电池”，代表着电动汽车未来的发展方向，也是各国重点研发的领域之一。1、燃料电池简介一、燃料电池简介第三节燃料电池结构与工作原理二、燃料电池分类第三节燃料电池结构与工作原理质子交换膜燃料电池质子交换膜电极催化剂层集流板质子交换膜燃料电池结构示意图三、质子交换膜燃料电池的基本结构第三节燃料电池结构与工作原理阴极：质子交换膜燃料电池工作原理示意图阳极：电池总反应：第三节燃料电池结构与工作原理四、质子交换膜燃料电池的工作原理优点😊节能、转换效率高对环境污染小，排放基本达到零污染燃料适用范围广无振动和噪声，寿命长结构简单、运行平稳适用方便缺点☹燃料种类单一要求高质量的密封价格高需要配备辅助电池系统第三节燃料电池结构与工作原理五、燃料电池特点活性物质不在其内部，而是从外部输入。放电过程所消耗的活性物质无需通过充电来还原，只需要向电池内不断地输入燃料及氧化剂，并将电化学反应产物及时排出。燃料电池本体只决定电池的输出功率，而燃料电池能量的大小则取决于外部可输入的燃料和氧化剂。内部结构和系统的控制比较复杂，尤其是放电控制不如普通化学电池方便。第三节燃料电池结构与工作原理六、燃料电池于蓄电池的区别知识目标：1、掌握超级电容、飞轮电池的结构2、掌握超级电容、飞轮电池的工作原理3、了解超级电容、飞轮电池的特点能力目标：

1、能够掌握超级电容和飞轮电池的结构及工作原理2、能够能够掌握超级电容和飞轮电池的性能特点职业素养目标：能够具有责任意识和职业道德，规范操作的职业素养。能够对新能源汽车进行性能检测，读懂检测数据。能够具有改善环境和安全操作的基本知识、能力。第四节辅助电源结构及工作原理（1）超级电容的分类超级电容器简称超级电容，又称为双电层电容器是20世纪70～80年代发展起来的一种具有超级储电能力、可提供强大脉冲功率的物理二次电源。按储能机理不同分类3采用金属氧化物作为电极，在电极表面和体相发生氧化还原反应而产生可逆化学吸附的法拉第电容。由导电聚合物作为电极而发生氧化还原反应的电容。由碳电极和电解液界面上电荷分离产生的双电层电容。21第四节辅助电源结构及工作原理一、超级电容（2）超级电容的结构电极要求内阻小、导电率高、表面积大、尽量薄电解质需要有较高的导电性和足够的电化学稳定性隔膜防止超级电容相邻两电极短路，保证接触电阻较小，尽量薄集电极选用导电性能良好的金属和石墨等第四节辅助电源结构及工作原理一、超级电容（3）超级电容的工作原理当电压加载到两电极上时，加在正极板上的电势吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，从而在两电极的表面形成了一个双电层电容器。随着超级电容的放电，正、负极板上的电荷被外电路释放，电解液界面上的电荷相应的减少。双电层超级电容超级电容的充放电过程始终是物理过程，没有化学过程，因而性能较化学蓄电池稳定得多。第四节辅助电源结构及工作原理一、超级电容优点容量超高高放电电流高充放电效率循环寿命长工作温度范围宽环保、免维护可长时间放置您的标题线性放电的特性使它无法完全放电低能量密