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本文由wefeng2008贡献 ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT,或下载源文件到本机查看。 电动汽车结构与原理 第二章 蓄电池电动汽车 第二章 蓄电池电动汽车 2.0 概述 2.1 电动汽车驱动系统 2.2 驱动电机及其控制系统 2.3 蓄电池结构及性能 2.4 电动汽车能量管理系统 2.5 电动汽车车辆管理系统 2.6 纯电动汽车实例分析 第二章 蓄电池电动汽车 重点 纯电动汽车的结构和性能 各种类型的电动汽车用驱动电机 各种类型的蓄电池及其性能 难点 各种类型驱动电机的控制系统 以蓄电池能量管理为核心的电动汽车能 源管理系统、再生制动系统 2.0 概述 2.0.1 定义 2.0.2 特点 2.0.3 基本组成 2.0.4 关键技术 2.0.5 发展趋势 2.0.1 定义 蓄电池电动汽车(纯电动汽车) EV (Electric Vehicle)是仅由动力蓄电池向电机提供电能驱动车 Vehicle)是仅由动力蓄电池向电机提供电能驱动车 辆行驶的道路车辆。 辆行驶的道路车辆。 2.0.1 结构示意图 定义 2.0.2 特点 节能,不消耗石油;环保,无污染;噪声和振动小。 节能,不消耗石油;环保,无污染;噪声和振动小。 能量主要是通过柔性的电线而不是通过刚性联轴器和 转轴传递,各部件的布置具有很大的灵活性。 转轴传递,各部件的布置具有很大的灵活性。 驱动系统布置不同会使系统结构区别很大;采用不同 类型的电机(如直流电机和交流电机) 类型的电机(如直流电机和交流电机)会影响到纯电动 汽车的质量、尺寸和形状;不同类型的储能装置也会 影响电动汽车的质量、尺寸及形状。 不同的补充能源装置具有不同的硬件和机构,例如蓄 电池可通过感应式和接触式的充电器充电,或者采用 电池可通过感应式和接触式的充电器充电,或者采用 替换蓄电池的方式,将替换下来的蓄电池再进行集中 替换蓄电池的方式,将替换下来的蓄电池再进行集中 充电。 2.0.3 1.车载电源 1.车载电源 2.电池管理系统 2.电池管理系统 3. 驱动电动机 4. 控制系统 5. 车身及底盘 6. 安全保护系统 基本组成 2.0.3 基本组成 1. 车载电源 组成 以动力电池组作为车载电源,用周期性的充电来补 充电能。 重要性 动力电池组是EV的关键装备,储存的电能、质量和 动力电池组是EV的关键装备,储存的电能、质量和 体积,对EV性能起决定性影响,也是发展EV的主要 体积,对EV性能起决定性影响,也是发展EV的主要 研究和开发对象。 EV发展的症结在于电池,电池技术对EV的制约仍 EV发展的症结在于电池,电池技术对EV的制约仍 然是EV发展的瓶颈。 然是EV发展的瓶颈。 建立充电站系统、报废电池回收和处理工厂,是推 广EV的关键问题。 EV的关键问题。 2.0.3 基本组成 1. 车载电源 发展 (1)第一代EV电池:铅酸电池 (1)第一代EV电池:铅酸电池 优点:技术成熟,成本低。 优点:技术成熟,成本低。 缺点:比能量和比功率低不能满足EV续驶里程和 缺点:比能量和比功率低不能满足EV续驶里程和 动力性能的需求,但进一步发展了阀控铅酸电池、 铅布电池等,使铅酸电池的比能量有所提高。 2.0.3 基本组成 1. 车载电源 发展 (2)第二代高能电池:镍镉电池、镍氢电池、钠 (2)第二代高能电池:镍镉电池、镍 氢电池、钠 硫电池、钠氯化镍电池、锂离子电池、锂聚合物 硫电池、钠氯化镍电池、锂离子电池、锂聚合物 电池、锌空气电池和铝 电池、锌空气电池和铝空气电池等 优点:比能量和比功率都比铅酸电池高,大大提高 优点:比能量和比功率都比铅酸电池高 了EV的动力性能和续驶里程。 EV的动力性能和续驶里程。 缺点:有些高能电池需要复杂的电池管理系统和温 缺点:有些高能电池需要复杂的电池管理系统和温 度控制系统,各种电池对充电技术有不同要求。而 度控制系统,各种电池对充电技术有不同要求。而 且电化学电池中的活性物质在使用一定的期限后, 会老化变质以至完全丧失充电和放电功能而报废, 从而使EV的使用成本高。 从而使EV的使用成本高。 2.0.3 基本组成 1. 车载电源 发展 (3)第三代电池:飞轮电池、超级电容器 (3)第三代电池:飞轮电池、 飞轮电池是电能机械能 飞轮电池是电能机械能电能转换的电池。 超级电容器是电能电位能 超级电容器是电能电位能电能转换的电池。 这两种储能器在理论上都具有很大的转换能力,而 充电和放电方便迅速,但尚处于研制阶段。 且充电和放电方便迅速,但尚处于研制阶段。 2.0.3 基本组成 1. 车载电源 高压电源 动力电池组提供约155380V高压直流电。 动力电池组提供约155380V高压直流电。 动力电池组是供电机工作的唯一动力电源。 动力电池组是供电机工作的唯一动力电源。 空调系统的空压机,动力转向系统的油泵和制动系 空调系统的空压机,动力转向系统的油泵和制动系 统的真空泵等,也需要动力电池组提供动力电能。 统的真空泵等,也需要动力电池组提供动力电能。 低压电源 动力电池组通过DC/DC转换器,供应12V或24V低压 动力电池组通过DC/DC转换器,供应12V或24V低压 电,并储存到低压电池组中,作为仪表、照明和信 ,并储存到低压电池组中,作为仪表、照明和信 号装置等工作的电源。 号装置等工作的电源。 2.0.3 基本组成 2.电池管理系统 2.电池管理系统 管理 对动力电池组充电与放电时的电流、电压、放电深 度、再生制动反馈电流、电池温度等进行控制。 度、再生制动反馈电流、电池温度等进行控制。 个别电池性能变化后,会影响到整个动力电池组性 能,故需用电池管理系统来对整个动力电池组及其 每一单体电池进行监控,保持各个单体电池间的一 每一单体电池进行监控,保持各个单体电池间的一 致性。 致性。 充电 动力电池组必须进行周期性的充电。高效率充电装 动力电池组必须进行周期性的充电。高效率充电装 置和快速充电装置,是EV使用时所必须的辅助设备。 置和快速充电装置,是EV使用时所必须的辅助设备。 可采用地面充电器、车载充电器、接触式充电器或 可采用地面充电器、车载充电器、接触式充电器或 感应充电器等进行充电。 感应充电器等进行充电。 2.0.3 基本组成 3. 驱动电动机 驱动电动机是驱动EV行驶的唯一动力装置。 驱动电动机是驱动EV行驶的唯一动力装置。 类型 直流电动机、交流电动机、永磁电动机和 直流电动机、交流电动机、永磁电动机和开关磁阻 电动机等。 电动机等。 再生制动 再生制动是EV节能的重要措施之一。制动时电动机 再生制动是EV节能的重要措施之一。制动时电动机 可实现再生制动,一般可回收10%15%的能量,有 实现再生制动,一般可回收10%15%的能量,有 利于延长EV行驶里程。 利于延长EV行驶里程。 在EV制动系统中,还保留常规制动系统和ABS制动 EV制动系统中,还保留常规制动系统和ABS制动 系统,以保证车辆在紧急制动时有可靠的制动性能. 系统,以保证车辆在紧急制动时有可靠的制动性能. 2.0.3 基本组成 4. 控制系统 EV的控制系统主要是对动力电池组的管理和对电动 EV的控制系统主要是对动力电池组的管理和对电动 机的控制。 机的控制。 将加速踏板、制动踏板机械位移的行程量转换为电 信号,输入中央控制器,通过动力控制模块控制驱 动电动机运转。 计算动力电池组剩余电量和剩余续驶里程。 对整车低压系统的电子、电器装置进行控制。 采用各种各样的传感器、报警装置和自诊断装置等, 对整个动力电池组功率转换器 对整个动力电池组功率转换器驱动电动机系统 进行监控并及时反馈信息和报警。 进行监控并及时反馈信息和报警。 2.0.3 基本组成 5. 车身及底盘 车身 EV车身造型特别重视流线型,以降低空气阻力系数。 EV车身造型特别重视流线型, 降低空气阻力系数。 底盘 由于动力电池组的质量大,为减轻整车质量,采用 由于动力电池组的质量大,为减轻整车质量, 轻质材料制造车身和底盘部分总成。 轻质材料制造车身和底盘部分总成。 动力电池组占据的空间大,在底盘布置上还要有足 动力电池组占据的空间大,在底盘布置上还要有足 够的空间存放动力电池组,并且要求线路连接、充 够的空间存放动力电池组,并且要求线路连接、充 电、检查和装卸方便,能够实现动力电池组的整体 机械化装卸。 2.0.3 基本组成 6. 安全保护系统 高压安全 动力电池组具有高压直流电,必须设置安全保护系 统,确保驾驶员、乘员和维修人员在驾驶、乘坐和 维修时的安全。 故障处理 必须配备电气装置的故障自检系统和故障报警系统, 在电气系统发生故障时自动控制EV不能起动等,及 在电气系统发生故障时自动控制EV不能起动等,及 时防止事故的发生。 2.0.3 基本组成 小结 操纵:在操纵装置和操纵方法上继承或沿用内燃机汽车主 要的操纵装置和操纵方法,适应驾驶员的操作习惯,使操 要的操纵装置和操纵方法,适应驾驶员的操作习惯,使操 作简单化和规范化。 作简单化和规范化。 控制:在EV控制系统中,采用全自动或半自动的机电一体 控制:在EV控制系统中,采用全自动或半自动的机电一体 化控制系统,达到安全、可靠、节能、环保和灵活的目的。 化控制系统,达到安全、可靠、节能、环保和灵活的目的。 电池:提高电池的比能量和比功率,实现电池的高能化。 电池:提高电池的比能量和比功率,实现电池的高能化。 电机:采用高效率的电能转换系统和高效率的驱动电动机, 提高电动机和驱动系统的效率。 提高电动机和驱动系统的效率。 车身和底盘:采用流线型车身, 车身和底盘:采用流线型车身,降低迎风面积和空气阻力 系数。采用轻金属材料、高强度复合材料和新型EV专用车 系数。采用轻金属材料、高强度复合材料和新型EV专用车 身和底盘结构,实现车身和底盘的轻量化,减轻整备质量。 身和底盘结构,实现车身和底盘的轻量化,减轻整备质量。 采用低滚动阻力轮胎,降低行驶阻力。 采用低滚动阻力轮胎,降低行驶阻力。 再生制动:回收再生制动能量,延长行驶里程。 再生制动:回收再生制动能量,延长行驶里程。 1. 驱动电动机的选择及功率匹配 电动机应具有良好的转矩转速特性,一般具有 电动机应具有良好的转矩转速特性,一般具有 600015000r/min的转速。 600015000r/min的转速。 根据车辆行驶工况,驱动电动机可以在恒转矩区和 根据车辆行驶工况,驱动电动机可以在恒转矩区和恒功率区 运转。 驱动电动机应经常保持在高效率范围内运转。在低速 驱动电动机应经常保持在高效率范围内运转。在低速大转 矩(恒转矩区)运转范围内效率在0.750.85之间,在恒功率 矩(恒转矩区)运转范围内效率在0.750.85之间,在恒功率 运转范围内效率在0.80.9之间。 运转范围内效率在0.80.9之间。 2.0.4 关键技术 2.0.4 关键技术 2. 动力电池组的选择与特性 3. 减速器传动比的确定 由于电动机的转速高,不能直接驱动车辆的车轮, 通常在驱动系统中采用大速比的减速器或2档变速器。 通常在驱动系统中采用大速比的减速器或2档变速器。 作用:减速、增扭 作用:减速、增扭 减速器或变速器中不设置倒档齿轮,倒车是靠电动 减速器或变速器中不设置倒档齿轮,倒车是靠电动 机的反转来实现。 机的反转来实现。 2.0.4 关键技术 4. 控制系统的设计 目标:延长续驶里程 目标:延长续驶里程 续驶里程 续驶里程指电动汽车从动力蓄电池全充满状态开始 到标准规定的试验结束时所走过的里程。采用工况 到标准规定的试验结束时所走过的里程。采用工况 法按照一定的工况反复地循环行驶,是EV测定续驶 法按照一定的工况反复地循环行驶,是EV测定续驶 里程的基本方法。 我国颁布的GB/T 183862001电动汽车能量消耗 我国颁布的GB/T 183862001 率和续驶里程试验方法适用于EV最大总质量 率和续驶里程试验方法适用于EV最大总质量 3500kg ,最高车速 70km/h的EV。 ,最高车速 70km/h的EV。 2.0.4 关键技术 4. 控制系统的设计 延长续驶里程的方法 选用高比能量的电池。 选用高比能量的电池。 减少EV在行驶中各种环节中的能量损耗。 减少EV在行驶中各种环节中的能量损耗。 减少EV辅助系统的电能消耗,对空调、动力转向等 减少EV辅助系统的电能消耗,对空调、动力转向等 进行自动控制。 设计新EV时,在造型、结构、材料和配件方面,应 设计新EV时,在造型、结构、材料和配件方面,应 使G, f 和 CD等尽量降低。 2.0.5 发展趋势 当前EV主要向小型化、个性化、家庭化和休闲化方 当前EV主要向小型化、个性化、家庭化和休闲化方 向开辟市场,可适当地降低对动力性能、最高车速 和续驶里程方面的要求。 世界各国都有各式各样的微型和小型EV在使用。如 世界各国都有各式各样的微型和小型EV在使用。如 日本丰田汽车公司E com微型电动轿车和日产汽车公 日本丰田汽车公司E-com微型电动轿车和日产汽车公 司的Hypermini微型电动轿车。 司的Hypermini微型电动轿车。 Nissan Hypermini (2000) (2000 2.1 组成 电动汽车驱动系统 动力电池组 控制装置 驱动系统 驱动电动机 传动系统 驱动轮 2.1 电动汽车驱动系统 电驱动系统的结构形式 1. 传统的驱动系统 (1)电动机替代发动机。 (1)电动机替代发动机。 (2)仍然采用内燃机汽车的传动系统,包括离合器、 (2)仍然采用内燃机汽车的传动系统,包括离合器、 变速器、传动轴和驱动桥等总成。 (3)有电动机前置、驱动桥前置(F-F),电动机前置、 (3)有电动机前置、驱动桥前置(F-F),电动机前置、 驱动桥后置(F-R)等各种驱动模式。 驱动桥后置(F-R)等各种驱动模式。 (4)结构复杂,效率低,不能充分发挥电动机的性能。 (4)结构复杂,效率低,不能充分发挥电动机的性能。 M电动机 C离合器 GB变速器 GB D差速器 2.1 电动汽车驱动系统 电驱动系统的结构形式 2. 简化的传统驱动系统 采用固定速比减速器,去掉离合器,可减少机械传 采用固定速比减速器,去掉离合器,可减少机械传 动装置的质量、缩小其体积。 M电动机 FG固定速比减速器 FG D差速器 2.1 电动汽车驱动系统 电驱动系统的结构形式 3. 电动机驱动桥整体式驱动系统 电动机 (1)与发动机横向前置、前轮驱动的内燃机汽车的布 (1)与发动机横向前置、前轮驱动的内燃机汽车的布 置方式类似。 (2)把电动机、固定速比减速器和差速器集成为一个 (2)把 整体,两根半轴连接驱动车轮。 整体,两根半轴连接驱动车轮。 (3)传动机构紧凑,传动效率较高,安装方便,在小 (3)传动机构紧凑,传动效率较高,安装方便,在小 型电动汽车上应用最普遍。 型电动汽车上应用最普遍。 M电动机 FG固定速比减速器 FG D差速器 2.1 电动汽车驱动系统 电驱动系统的结构形式 4. 双电动机驱动系统 (1)采用两个电动机通过固定速比减速器分别驱动两 (1)采用两个电动机通过固定速比减速器分别驱动两 个车轮。 个车轮。 (2)每个电动机的转速可以独立的调节控制,便于实 (2)每个电动机的转速可以独立的调节控制,便于实 现电子差速,不必选用机械差速器。 电子差速,不必选用机械差速器。 M电动机 FG固定速比减速器 FG 2.1 电动汽车驱动系统 电驱动系统的结构形式 4. 双电动机驱动系统 (3)电子差速器的优点是体积小、质量轻,在汽车转 (3)电子差速器的优点是体积小、质量轻,在汽车转 弯时可以实现精确的电子控制,提高电动汽车的性 弯时可以实现精确的电子控制,提高电动汽车的性 能;其缺点是由于增加了电动机和功率转换器,增 能;其缺点是由于增加了电动机和功率转换器,增 加了初始成本,而且在不同条件下对两个电动机进 加了初始成本,而且在不同条件下对两个电动机进 行精确控制的可靠性需要进一步发展。 行精确控制的可靠性需要进一步发展。 机械差速器 电子差速器 2.1 电动汽车驱动系统 电驱动系统的结构形式 5. 内转子电动轮驱动系统 (1) 电动机装在车轮内,形成轮毂电动机,可进一步 电动机装在车轮内,形成轮毂电动机,可进一步 缩短从电动机到驱动轮的传递路径。 (2) 采用高速内转子电动机(约10000r/min),需装固 采用高速内转子电动机( 10000r/min), 定速比减速器降低车速。一般采用高减速比行星齿 定速比减速器降低车速。一般采用高减速比行星齿 轮减速装置,安装在电动机输出轴和车轮轮缘之间, 且输入和输出轴可布置在同一条轴线上。 M电动机 FG固定速比减速器 FG 2.1 电动汽车驱动系统 电驱动系统的结构形式 5. 内转子电动轮驱动系统 (3)高速内转子电动机具有体积小、质量轻和成本低 (3)高速内转子电动机具有体积小、质量轻和成本低 的优点,但它需要加行星齿轮变速机构。 的优点,但它需要加行星齿轮变速机构。 内转子电动轮 2.1 电动汽车驱动系统 电驱动系统的结构形式 6. 外转子电动轮驱动系统 (1) 采用低速外转子电动机,可完全去掉变速装置。 采用低速外转子电动机,可完全去掉变速装置。 (2) 电动机外转子直接安装在车轮轮缘上,电动机转 电动机外转子直接安装在车轮轮缘上, 速和车轮转速相等,车轮转速和车速控制完全取决 速和车轮转速相等,车轮转速和车速控制完全取决 于电动机的转速控制。 M电动机 2.1 电动汽车驱动系统 电驱动系统的结构形式 6. 外转子电动轮驱动系统 低速外转子电动机结构简单, (3) 低速外转子电动机结构简单,无需齿轮变速传动 机构,但其体积大、质量大、成本高。 机构,但其体积大、质量大、成本高。 外转子电动轮 2.2 驱动电机及其控制系统 2.2.1 电机类型 2.2.2 电机性能要求与选用 2.2.3 直流电机 2.2.4 感应电机 2.2.5 永磁电机 2.2.6 开关磁阻电机 2.2.7 各种电机的比较 2.2.1 电机类型 驱动电机的基本类型 直流 异步电机 交流 同步电机 同步磁阻电机 特种 开关磁阻电机 其它特种电机 直流电机 绕线式感应电机 鼠笼式感应电机 永磁电机 永磁无刷电机 永磁同步电机 2.2.2 电机性能要求与选用 对电动汽车用驱动电机的基本要求 较大范围的调速性能。 高效率,低损耗。 在车辆减速时实现制动能量回收并反馈蓄电池。 电动机的质量、各种控制装置的质量和冷却系统的质 量等尽可能小。 对电气系统安全性和控制系统的安全性,都必须符合 国家(或国际) 国家(或国际)有关车辆电气控制的安全性能的标准和 规定,装置高压保护设备。 可靠性好、耐温和耐潮性能强,能够在较恶劣的环境 下长期工作。 结构简单,适合大批量生产,运行噪声低,使用维修 方便,价格便宜等。 2.2.2 电机性能要求与选用 电动车用电机的选用 采用技术成熟,性能可靠,控制方便和价格便宜的电 机,如感应电机和永磁电机。 电机在低速时应具有大的转矩和超载能力,过载系数 应达到34;在高速运转时,应具有大的功率和有较 应达到34;在高速运转时,应具有大的功率和有较 宽阔的恒功率范围。 有足够的动力性能克服各种行驶阻力,保证电动汽车 有良好的起动、加速性能和行驶速度及实现制动能量 回收。 电机驱动力与电动 车行驶阻力平衡图 2.2.3 分类 永磁直流电机 励磁绕组直流电机 它励 直流电机 并励 串励 (多用 于电 动车) 动车) 复励 优点 具有优良的电磁转矩控制特性,控制装置简单、价廉。 缺点 效率较低、质量大、体积大、可靠性低(有换向器和电刷). 效率较低、质量大、体积大、可靠性低(有换向器和电刷). 控制系统 斩波器是在直流电源与直流电机之间的一个周期性的通断 开关装置。 直流斩 波器控 制下的 输出电 压 2.2.3 直流电机 一象限 直流斩 波控制 2.2.4 感应电机 分类 绕线式感应电机 鼠笼式感应电机:多用于电动车 优点 效率高、结构简单、坚实可靠、免维护、体积小、 重量轻、易于冷却(可直接向定子和转子喷油) 重量轻、易于冷却(可直接向定子和转子喷油)、 寿命长、能有效的实现再生制动等 。 控制方法 脉冲宽度调节(PWM);变频变压调节(VFVV);矢 脉冲宽度调节(PWM);变频变压调节(VFVV);矢 量控制调节(VC);直接转矩控制(DSC) 量控制调节(VC);直接转矩控制(DSC) 2.2.5 永磁电机 优点 高质量比功率,高效率等。 缺点 控制系统复杂,成本高,功率范围较小等。 2.2.6 开关磁阻电机 优点 高起动转矩、低起动电流 高效率、低损耗 电机结构简单,适应于高速运转,成本低 电机功率电路简单 可靠性好 良好的适应性 缺点 控制系统复杂,输出转矩波动较大,振动大、噪 控制系统复杂,输出转矩波动较大,振动大、噪 声大等。 2.2.7 项目 比功率 峰值效率(%) 峰值效率(%) 负荷效率(%) 负荷效率(%) 功率因数(%) 功率因数(%) 恒功率区 转速范围(r/min) 转速范围(r/min) 可靠性 结构的坚固性 电机外廓 电机质量 电机成本 ($/kW) 控制操作性能 控制器成本 驱动电机的基本性能比较 直流电机 低 8589 8087 40006000 一般 差 大 大 10 最好 低 各种电机的比较 感应电机 中 9495 9092 8285 1:5 1200015000 好 好 中 中 812 好 高 永磁电机 高 9597 95 8597 85 9093 90 1:2.25 1:2 400010000 4000 优良 一般 小 小 1015 好 高 开关磁阻电机 较高 90 7886 6065 1:3 可15000 好 优良 小 小 610 好 一般 “十五”863计划电动汽车重大专项成果展示 十五”863计划电动汽车重大专项成果展示 电动汽车用电机及控制系统 课外作业1 比较各种驱动电机的性能优缺点。 2.3 蓄电池结构及性能 2.3.1 性能参数 2.3.2 工作原理 2.3.3 类型 2.3.4 铅酸电池 2.3.5 镍基电池 2.3.6 金属空气电池 2.3.7 钠-电池 2.3.8 常温锂电池 2.3.9 各种电池的比较 2.3.10 超级电容 2.3.11飞轮电池 2.3.11飞轮电池 2.3.1 t 性能参数 能量(Wh)= 能量(Wh)= 0 u(t )i (t )dt u(t)工作电压(V);i(t)放电电流(A); 放电时间(h) u(t)工作电压(V);i(t)放电电流(A);t放电时间(h) t 容量(Ah)= 容量(Ah)= 0 i (t )dt 截止电压 蓄电池放电曲线拐点对应的工作电压。蓄电池工作 电压不应低于该值,此时蓄电池放电深度DOD 电压不应低于该值,此时蓄电池放电深度DOD (Deepness Of Discharge)达到100%。 Discharge)达到100%。 蓄电 池端 电压 开路电压 工作电压 截止电压 0 放电电流 2.3.1 性能参数 可利用能量和容量 达到蓄电池截至工作电压之前的放电总能量和总容 量。 两者通常是放电电流、放电环境温度、电池老化程 两者通常是放电电流、放电环境温度、电池老化程 度的函数。 2.3.1 性能参数 放电率 蓄电池放电电流(A)I=kCn 蓄电池放电电流(A)I k放电率;C蓄电池的额定容量(Ah); 放电率;C 蓄电池的额定容量(Ah); n与蓄电池额定容量对应的标定放电时间 例 额定容量5Ah的蓄电池以C/5 额定容量5Ah的蓄电池以C/5放电率放电,则放电电 流为kC =(1/5)x5=1A。 流为kCn=(1/5)x5=1A。 额定容量10Ah的蓄电池以2A放电,则放电率为 额定容量10Ah的蓄电池以2A放电,则放电率为 I/Cn=(2/10)C=0.2C,即C/5。 (2/10)C=0.2C,即C/5。 随放电率的提高,蓄电池可利用能量和容量降低。 随放电率的提高,蓄电池可利用能量和容量降低。 在表示蓄电池的可利用能量或容量时,一定要指出 放电率。 放电率。 2.3.1 性能参数 荷电状态SOC 荷电状态SOC (State Of Charge) 定义:剩余容量与总容量的百分比。 定义:剩余容量与总容量的百分比。 用于描述蓄电池的剩余容量。 是蓄电池放电率、工作环境温度和蓄电池老化程度的函 数。 理论上: SOC=Cr/Ct100% SOC=Cr/Ct Cr蓄电池在计算时刻的剩余容量 Cr Ct蓄电池在计算时刻的总容量 Ct 由于容量受放电率或放电电流的影响很大,则 实际上: SOCI=CrI/CtI100% SOCI蓄电池以恒流I放电时在计算时刻的SOC 蓄电池以恒流I放电时在计算时刻的SOC CrI蓄电池以恒流I放电时在计算时刻的剩余容量 蓄电池以恒流I CtI 蓄电池以恒流I放电时在计算时刻的总容量 蓄电池以恒流I 2.3.1 性能参数 Peukert方 Peukert方程 (1蓄电池有效容量与放电电流之间的关系式:CtI=kI(1-n) k=I 其中:n=lg(t )/lg(I 其中:n=lg(t2/t1)/lg(I1/I2);k=I1nt1=I2nt2 I1最高的放电电流; I2最低的放电电流 t1 与I1相对应的放电时间; t2 与I2相对应的放电时间 相对应的放电时间; 2.3.1 性能参数 计算SOC的方法 计算SOC的方法 密度法 有些蓄电池电解液密度的变化取决于电解液浓度的变 化,相应的会引起SOC变化,密度法适合于测量这些 化,相应的会引起SOC变化,密度法适合于测量这些 蓄电池。只有在蓄电池稳定后才能用该方法来测量。 开路电压法(OCV) 开路电压法(OCV) SOC与开路电压有对应关系。该方法只适用于SOC SOC与开路电压有对应关系。该方法只适用于SOC 随开路电压变化明显的蓄电池。开路电压需要很长的 时间才能稳定(一般12 h)。 时间才能稳定(一般12 h)。 铅酸电池SOC 铅酸电池SOC 与OCV关系曲 OCV关系曲 线图 2.3.1 性能参数 计算SOC的方法 计算SOC的方法 恒定电流电压法 假定负载电流不变,则负载电压与OCV成正比, 假定负载电流不变,则负载电压与OCV成正比, 由此可估计电池SOC。 由此可估计电池SOC。 安培小时法 SOC = 1 ? Idt / CtI t CtI 蓄电池以恒流I放电时在计算时刻的总容量 蓄电池以恒流I t 放电时间 0 2.3.1 性能参数 比能量( 比能量( Wh/kg) 定义:单位质量的蓄电池所具有的能量,即蓄电池的 定义:单位质量的蓄电池所具有的能量,即蓄电池的 质量能量密度。 影响电动汽车整车质量和续驶里程的重要指标。 影响电动汽车整车质量和续驶里程的重要指标。 能量密度(Wh/L) 能量密度(Wh/L) 定义:单位体积的蓄电池所具有的能量,即蓄电池的 定义:单位体积的蓄电池所具有的能量,即蓄电池的 体积能量密度。 只影响蓄电池的布置空间。 影响蓄电池的布置空间。 蓄电池比能量和能量密度与蓄电池的放电率有关。 2.3.1 性能参数 比功率(W/kg) 比功率(W/kg) 定义:单位质量的蓄电池所具有的输出能量的速率, 定义:单位质量的蓄电池所具有的输出能量的速率, 即质量比功率。 影响电动汽车加速和爬坡能力等动力性的重要指标。 影响电动汽车加速和爬坡能力等动力性的重要指标。 与蓄电池放电深度DOD密切相关,在表示蓄电池比 与蓄电池放电深度DOD密切相关,在表示蓄电池比 功率时要指出蓄电池DOD 功率时要指出蓄电池DOD 。 功率密度(W/L) 功率密度(W/L) 定义:单位体积的蓄电池所具有的输出能量的速率, 定义:单位体积的蓄电池所具有的输出能量的速率, 即体积比功率。 2.3.1 性能参数 能量效率 定义:放电过程的输出电能与充电过程的输入电能的 百分比。 蓄电池能量效率通常为55%75%。 蓄电池能量效率通常为55%75%。 电量效率 定义:蓄电池放电Ah数与充电Ah数的百分比。 定义:蓄电池放电Ah数与充电Ah数的百分比。 蓄电池电量效率通常为65%90%。 蓄电池电量效率通常为65%90%。 2.3.1 性能参数 循环寿命 定义:蓄电池失效前所允许的深放电次数。 定义:蓄电池失效前所允许的深放电次数。 受蓄电池放电深度DOD的影响,放电深度越大,循 受蓄电池放电深度DOD的影响,放电深度越大,循 环寿命越短。表示循环寿命时要同时指出放电深度 环寿命越短。表示循环寿命时要同时指出放电深度 DOD,如:蓄电池循环寿命400次100%DOD或 DOD,如:蓄电池循环寿命400次100%DOD或 1000次50%DOD。 1000次50%DOD。 成本 包括初始的生产成本和使用过程中的维护使用成本。 初始成本具有决定意义,目前初始成本约为 1201200US$/kWh (9609600RMB/kWh)。 (9609600RMB/kWh)。 正是因为成本问题使电动汽车不能与燃油车竞争。 2.3.1 性能参数 对蓄电池性能的要求 高比能量满足车辆续驶里程的要求。 高比能量满足车辆续驶里程的要求。 高比功率满足车辆动力性的要求。 高比功率满足车辆动力性的要求。 与车辆使用寿命相当的循环寿命。 与车辆使用寿命相当的循环寿命。 高效率。 高效率。 良好的性能价格比。 良好的性能价格比。 免维护。 免维护。 充放电性能适合车辆使用要求。 充放电性能适合车辆使用要求。 蓄电池是纯电动汽车发展的制约因素。 2.3.2 工作原理 多个单体电池串联组成蓄电池。 电化学电池单体的基本工作原理 电池正极和负极都浸在电解液中。 放电:负极发生氧化反应,向外电 路释放电子;正极发生还原反应, 从外电路得到电子。 充电:与放电过程正好相反,负极 得到电子发生还原反应;正极失去 电子发生氧化反应。 充电 负 电 极 e正 子 极 电解液 电 放电 + 类型 铅酸电池 阀控铅酸电池(VRLA) (2V) 阀控铅酸电池(VRLA) 镍基电池 镍镉电池(Ni-Cd) (1.2V) 镍锌电池(Ni-Zn) (1.6V) 镉电池(Ni锌电池(Ni镍氢电池(Ni-M

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