第二章 电动汽车基础一

.,第二章电动汽车基础,学习目标了解新能源汽车各种动力电池的主要种类、构造、原理以及充电方法；了解电动汽车的电源管理系统、制动能量回馈系统等控制技术的基础知识。学习任务描述：对新能源汽车电池技术的认知,.,学习任务,1.电动汽车动力电池2.电动汽车的能量管理系统与再生制动,.,学习任务,1.新能源汽车动力电池2.电动汽车的能量管理系统与再生制动,.,引导问题1：动力电池的基本概念,1.电压：工作电压：电池在一定负载条件下实际的放电电压，如铅酸蓄电池的工作电压为1.8V-2V，镍氢电池的工作电压：1.1V-1.5V，锂离子电池的工作电压：2.75-3.6V；额定电压：电池工作时公认的标准电压，如镍镉电池额定电压：1.2V，铅酸蓄电池的额定电压：2V；终止电压：放电终止时的电压值，通常与负载、使用要求有关；充电电压：外电路直流电压对电池充电的电压。一般，充电电压要大于开路电压，如镍镉电池的充电电压：1.45-1.5V，锂离子电池的充电电压：4.1-4.2V，铅酸蓄电池的充电电压：2.25-2.7V。,.,引导问题1：动力电池的基本概念,2.容量与比容量：容量是指在充电以后，在一定放电条件下所能释放出的电量，其单位为，容量与放电电流大小有关，与充放电截止电压有关。比容量是指单位质量或单位体积的电池所能给出的电量。额定容量，是指设计与制造电池时，按照国家或相关部门颁布的标准，保证电池在一定的放电条件下能够放出的最低限度的电量。实际容量，是指电池在定的放电条件下实际放出的电量。它等于放电电流与放电时间的乘积。值得注意的是，实际电池中正负极容量不等，多为负极容量过剩。,.,引导问题1：动力电池的基本概念,3.功率与比功率电池的功率是指电池在一定放电制度下，单位时间内输出的能量，单位为。比功率则是指单位质量或单位体积电池输出的功率，单位为KW/kg或KW/L。4.放电率放电率是指放电时的速率，常用“时率”和“倍率”表示。时率是指以放电时间表示的放电速率，即以一定的放电电流放完额定容量所需的时间。倍率是指电池在规定时间内放出额定容量所输出的电流值，数值上等于额定容量的倍数。放电深度（Depthofdischarge，DOD）表示放电程度的一种量度，它是放电容量与总放电容量的百分比。,.,引导问题1：动力电池的基本概念,5.荷电状态：荷电状态（Stateofcharge，SOC），是指剩余电量与额定容量或实际容量的比例。这一参数是在电动汽车使用中十分关键却不易获取的数据。6.自放电与存储性能：对所有化学电源，即使在与外界电路无任何接触的条件下开路放置，其容量也会自然衰减，这种现象称为自放电。电池自放电的大小用自放电率衡量，通常以单位时间内容量减少的百分比表示：自放电率=（储存前电池容量储存后电池容量）/储存前电池容量x100%,.,引导问题1：动力电池的基本概念,7.使用寿命：使用寿命是指电池实际使用的时间长短。对于充电电池而言，电池的寿命分为充放电循环寿命和湿搁置寿命。充放电循环寿命是衡量充电电池性能的重要参数。它是指在一定的充放电制度下，电池容量降到某规定值前，电池能耐受的充放电次数。充放电循环寿命赵长，电池性能越好。目前，镍镉电池的充放电循环寿命为500-800次，铅酸蓄电池为200-500次，锂离子电池为600-1000次。充电电池的充放电循环寿命与放电深度、温度、充放电制度工等条件有关。,.,引导问题2：新能源汽车对动力电池的要求,1.比能量高。为保证电动汽车的续驶里程，电动汽车的动力电池须尽可能储存多的能量，同时电动汽车的重量不能过大，电池的安装空间也受整车分布限制，因此动力电池必须有足够的比能量。2.比功率大。为满足电动汽车在加速、上坡、负载等行驶条件下的动力要求，电池必须具备大的比功率。3.连续放电率高，自放电率低，电池能够适应快速放电的要求。自放电率低，以保证电池能够长期存放。4.充电技术成熟，时间短，充电技术通用性强。能够实现快速充电。,.,引导问题2：新能源汽车对动力电池的要求,5.适应车辆运行环境。电池除能在常温条件下正常稳定地工作，不受环境温度影响，不需要特殊的加热、保温系统。能够适应电动汽车行驶过程中的振动。6.安全可靠。电池应干燥、洁净，电解质不会渗漏腐蚀接线柱、外壳。不会引起自燃或燃烧，在发生碰撞等事故时，不会对乘员造成伤害。废电池能够回收处理及再生利用，电池中的有害重金属能够集中回收处理。电池组可采用机械装置进行整体拆解、更换，线路连接方便。7.长寿命、免维护。电池的循环寿命不低于1000次，在使用寿命限定期间内，不需要进行维护与修理。,.,引导问题3：常用电动汽车动力电池,常用的车用动力电池主要包括铅酸电池、镍氢电池和锂电池等。铅酸电池广泛应用于内燃机汽车的低压供电电源，是一种成熟的汽车电池，但存在比能量低、质量和体积太、续驶里程短、使用寿命短、污染严重等问题，制约了其在电动汽车上的应用。镍氢电池因其能量密度高、无镉污染、可大电流快速充放电等优点，能够满足电动汽车对动力电池的要求，因此镍氢电池目前被成熟地应用到商业化的电动汽车，如丰田Prius。锂离子电池是目前新能源汽车研究的热点，它具备能量密度高、能量效率高、自放电率小、循环使用寿命长、可实现大电流充放电、无污染等优点。,.,各种动力电池,.,引导问题3：常用电动汽车动力电池,1.铅酸电池蓄电池工作过程就是化学能与电能的相互转化。当蓄电池将化学能转化为电能而向外供电时，称为放电过程；当蓄电池与外界直流电池相联而将电能转化为化学能储存起来时，称为充电过程。铅酸电池充足电时，正极板活性物质为，负极板活性物质为。铅酸电池的电解液由纯硫酸和蒸馏水按一定比例配制而成，其密度为,.,引导问题3：常用电动汽车动力电池,2.镍氢（MH/Ni）电池镍氢电池具有长期过放电和过充电保护能力，但寿命不如镍镉电池。镍氢电池已在20世纪90年代逐步实现产业化。镍氢（MH/Ni）电池采用镍的氧化物作为正极，储氢金属作为负极，电解液通常选用KOH溶液。由Ni(OH)2正极材料和储氢合金负极材料组成电池的反应式：,.,引导问题3：常用电动汽车动力电池,3.锂离子电池锂离子电池以碳为负极，以含锂的化合物为正极。锂电池的种类繁多，常见的有色锂离子电他、高温锂熔直盐电池、锂聚合物电池和但聚合物固体电解质电池等，锂离子电池比能量的理论值为570Wh/Kg，它目前达到的性能指标是：比能量为100Wh/Kg，比功率200W/Kg，循环使用寿命为1200次，充电时间2-4h。目前市场主流为：磷酸铁锂电池和三元锂电池以LiFeO4为例，其化学反应方程式如下：,.,引导问题3：常用电动汽车动力电池,锂电池工作原理示意图,.,引导问题4：飞轮电池,当飞轮以一定角速度旋转时，它就具有一定的动能。飞轮电池正是以其动能转换成电能的。飞轮电池是90年代才提出的新概念电池，它突破了化学电池的局限，用物理方法实现储能。,.,引导问题4：飞轮电池,飞轮电池中有一个电机，充电时该电机以电动机形式运转，在外电源的驱动下，电机带动飞轮高速旋转，即用电给飞轮电池“充电”增加了飞轮的转速从而增大其功能；放电时，电机则以发电机状态运转，在飞轮的带动下对外输出电能，完成机械能(动能)到电能的转换。据称，飞轮电池比能量可达5KW/Kg，比功率达20KW/Kg，使用寿命长达25年，可供电动汽车行驶500万公里。,.,引导问题5：超级电容,超级电容（Super-capacitors，ultra-capacitor），又名电化学电容器(ElectrochemicalCapacitors)，双电层电容器(ElectricalDouble-LayerCapacitor)、黄金电容、法拉电容，是从上世纪七、八十年代发展起来的通过极化电解质来储能的一种电化学元件。超级电容突出优点是功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽，是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种。超级电容可以弥补现阶段锂离子电池在功率密度等方面的不足。目前，它已经应用于军事、新能源汽车以及各种机电设备中。,.,引导问题5：超级电容,超级电容结构,.,引导问题5：超级电容,上海世博园运行的超级电容客车,.,引导问题6：电动汽车动力电池充电方式,常规充电该充电方式采用恒压、恒流的传统充电方式对电动汽车进行充电。以相当低的充电电流为蓄电池充电，电流大小约为15A，若以120Ah（例如360V，即串联12V100Ah30只）的蓄电池为例，充电时间要持续8个多小时。快速充电方式快速充电方式指在短时间内使蓄电池达到或接近充满状态的一种方法。该充电方式以1C3C的大充电电流在短时间内为蓄电池充电。,.,引导问题6：电动汽车动力电池充电方式,北汽新能源汽车的换电方案,更换电池充电方式,.,引导问题6：电动汽车动力电池充电方式,无线充电方式,.,学习任务,1.电动汽车动力电池2.电动汽车能量管理系统与再生制动,.,引导问题1：电源管理系统BMS,电池管理系统,是电池保护和管理的核心部件，在动力电池系统中，它的作用就相当于人的大脑。它不仅要保证电池安全可靠的使用，而且要充分发挥电池的能力和延长使用寿命，作为电池和整车控制器以及驾驶者沟通的桥梁，通过控制接触器控制动力电池组的充放电，并向VCU上报动力电池系统的基本参数及故障信息。实验证明，配备完善电源管理系统的电池组，其循环寿命是不配管理系统电池组的3倍以上。,.,引导问题1：电源管理系统BMS,电池包的结构组成,.,引导问题2：制动能量回馈系统,制动能量回馈，又称回馈制动或再生制动，在电动汽车一般采取电能式再生制动能量回收方法，是指在减速或制动过程中，驱动电机工作于发电状态，将车辆的部分动能转化为电能储存于储能装置中（如各