动力电池pack-(12).ppt

第4章动力电池系统、4.1动力电池概要4.2锂离子动力电池4.3其他电池4.4动力电池管理系统4.5动力电池包的寿命4.6动力电池的逐步利用和回收、4.1动力电池概要、电池：化学能直流电能、直流电能化学能、4.1.1动力电池的基本结构、 铅蓄电池结构图6-6电池铅蓄电池的结构1-电池2-盖3-负极端子台4-电解液投入口5-壳体6-电极连接板7-负极板8-隔膜9-正极板10-沉淀物储存槽11-外隔膜12-极板连接板13-电池正极端子台14-电池负极端子台15-活性物质、几个电池的种类和外形. 图2-11蓄电池类型，1、端电压与电动势，(1)端电压：动力电池正极与负极之间的电位差。 (2)开路电压：无负载时的端子电压。 (3)负载电压：与负载连接放电状态的电压。 也称为动作电压。 (4)终止电压：电池充放电结束时的电压分为充电终止电压和放电终止电压。 (5)电动势(e ) :构成电池的两个电极的平衡电极电位之差。 4.1.2动力电池的基本参数，2，容量：电池在一定放电条件下可放出的电量用c表示，单位A.h或mA.h，(1)理论容量：计算，是电池容量的最大极限值。 (2)额定容量：又称额定容量，是检测电池质量的重要技术指标。 (3)实际容量：实际工作中释放的电量。 3、内阻；(1)放电时，端电压低于电动势和开路电压充电时，端电压高于电动势和开路电压。 (2)内阻越小越好。 (3)电池的内阻不一定。 包括欧姆内阻和极化内阻。 4、能量和能量密度，(1)能量：电池在一定的放电制度下能够释放的电能。 单位W.h或kW.h。 (2)理论能量(W0 ) :电池的理论容量及其电动势的乘积。 (3)实际能量(w ) :电池放电时实际输出的能量。 (4)能量密度：单位质量或单位体积的电池输出的能量也称为比能，分为质量比能和体积比能。 5、电力和电力密度；(1)电力：电池采用一定的放电制度，每单位时间输出的能量。 单位w或kW。 (2)电力密度：单位质量或单位体积的电池输出的电力也称为比电力，是单位W/kg或W/L。 电动汽车、质量比能量影响着电动汽车整车的质量和行驶距离，体积比能量影响着电池的布置空间。 比电是衡量电池和电池组是否满足电动汽车加速和爬坡能力的重要指标。 6、带电状态：记述SOC、(1)电池的剩馀电量。 (2)值是相同条件下剩馀电量与额定容量之比。 (3)是相对量，一般用百分比表示，SOC取0SOC100%的值。 7、放电深度： DOD是放电容量与额定容量之比百分比。 8、循环寿命；(1)电池充电和放电一次为一个循环。 (2)以一定的测试基准，电池容量降低到某一规定值(一般为额定值的80% )之前，电池经历的充放电循环的合计次数。 (3)是评价电池寿命性能的重要指标。 9、自放电率(1)无负荷自放电。 (2)单位时间(月或年)内电池容量的下降率表示。 (1)常用容量效率和能效显示。 (2)通常能效为55%-85%，容量效率为65%-95%。 (3)对电动汽车来说，能效比容量效率更重要。 (1)一般以电池的单位容量或能量的成本来表示。 (2)单位为元/(A.h )或元/(kW.h )。 12、成本11、防止滥用能力：对非正常使用情况的容忍度。13、放电制度：电池放电时规定的各项条件。 (1)放电电流：放电时的电流的大小通常用放电率表示，有放电时的速度，有时是比率和倍率两种。时率：用放电时间(h )表示的放电率，即用一定的放电电流使额定容量放电所需的时间(h )、常用C/n表示。 倍率：在规定时间内释放从该额定容量输出的电流值。 在数值上等于额定容量的倍数。 例如3C放电。 (2)放电终止电压：放电时，电压下降到不能继续放电的最低动作电压。 1、电解液的种类，(1)碱性电池：电解质主要是KOH水溶液。 (2)酸性电池：电解质主要为H2SO4水溶液。 (3)中性电池：电解质主要为盐溶液。 (4)有机电解液电池：以有机溶液为介质。 4.1.3根据动力电池的分类、2、工作性质和储存方式，(1)一次电池：即一次电池、二次电池为锌-锰干电池、锌-汞电池、锂电池等不能再充电的电池。 (2)二次电池：铅酸电池、镉镍电池、氢镍电池、锂离子电池等可充电电池。 (3)燃料电池：又称“连续电池”，是将活性物质连续注入电池，使其连续放电的电池。 例如氢氧燃料电池。 (4)备用电池：也称为“激活电池”，在使用前暂时注入电解液或用其他方法激活电池。 例如镁-氯化银电池。 3、电池中使用正、负的材料分别为(1)锌系电池(2)镍系电池(3)铅系电池(4)锂系电池(5)二氧化锰系电池(6)空气(氧)系电池、4.2锂离子动力电池、1、分类、4.2.1概要、(1)按正极材料分别为：钴酸锂离子电池、锰酸锂离子(2)根据使用的电解质材料而不同：液态锂离子电池(LIB )和高分子锂离子电池(LIP )。 2、优点： (1)工作电压高，(2)能量高，(3)循环寿命长，(4)自放电小，(5)没有记忆效果，(6)环境性高，锂离子电池优点是没有环境污染，绿色电池，输出电压高，能量密度高，安全，循环性好自放电率小，快速充放电，充电效率高，锂离子电池工作原理，4.2.2工作原理， 锂离子浓度差电池锂离子电池动作原理、锂离子电池的动作原理、充电、放电、锂离子电池的动作原理、锂一次电池(也称为锂一次电池、PrimaryLB )、锂电池(也称为LithiumBattery、LB )、锂二次电池(也称为锂二次电池， RechargeableLB )，备注：锂电池和锂离子电池、锂一次电池的发展史、现在70年代、60年代的能源危机、20世纪50年代、多种材料应用于锂一次电池，锂一次电池商品化锂一次电池的研究开始，手表、计算器、植入式医疗器械、Li-MnO2、Li-CuO、Li-SOCl2、Li-SO2、Li-Ag2CrO4等锂一次电池在商品化的同时，发现了很多层状无机硫族化合物与碱金属发生可逆反应在嵌入化合物的基础上，锂二次电池诞生了，其中最具代表性的是1970年埃克森公司的M.S.Whittingham利用Li-TiS系统首次制造了锂电池。 但是，因为那盏灯引起了严重的安全危险，所以没有成功商品化。 由、循环100次形成的锂枝晶、锂二次电池的发生，1941年出生，以牛津大学BA(1964 )、MA(1967 )、DrPhil(1968 )学位，现在在宾汉顿大学工作。 Dr.Whittingham是发明锂离子电池的重要人物，首次与埃克森公司合作制造锂电池后，发现水热合成法可用于制造电极材料。 该方法现已被磷酸铁锂专利拥有独家使用权的Phostech公司使用。 因为他的杰出贡献，1971年被电气化学会评为青年作家奖，2004年被评为电池研究奖，会员。、ManleyStanleyWhittingham、锂与过渡金属的复合氧化物、锂离子电池的产生、锂离子电池、比能、电压、层状结构的石墨、120-150Wh/kg为普通镍镉电池的2-3倍、高度为3.6V、正极、20世纪80年代末、日本锂离子电池与锂电池有所区别，“早期锂电池”锂离子电池(Li-ionBatteries )发展了锂电池。 在介绍之前，先介绍一下锂电池。 例如，传统照相机使用的扣扣电池是锂电池。 锂电池正极材料为二氧化锰或亚硫酰氯，负极为锂. 电池组装完成后，电池会施加电压，无需充电。 该电池也可以充电，但循环性能差，充放电循环中容易形成锂晶体，电池内部短路，因此一般禁止充电。 “锂离子电池：碳材料锂电池”后，索尼发明了以碳材料为负极、以含有锂的化合物为正极的锂电池，充放电过程中不存在金属锂，只有锂离子是锂离子电池。 对电池充电后，在电池的正极生成锂离子，生成的锂离子通过电解液向负极移动。 另一方面，作为负极的碳呈层状结构，有很多细孔，到达负极的锂离子被碳层的细孔吸收，吸收的锂离子越多，充电容量越高。 同样，放电电池时(使用电池的过程)，埋入负极碳层的锂离子被释放出来，再次返回正极。 回到正极的锂离子越多，放电容量越高。 目前，所谓锂离子电池通常是锂二次电池。 “摇椅电池”于1980年代初，M.B.Armond首次提出了嵌入锂的化合物来代替锂二次电池的金属锂负极。 在新的系统中，正极和负极的材料采用了锂离子的吸藏/释放材料。 对电池充电后，正极的含锂化合物释放出锂离子，锂离子通过电解液向负极移动。 负极的碳材料呈层状结构，有很多细孔，到达负极的锂离子被碳层的细孔吸藏，吸藏的锂离子越多，充电容量越高。 当电池放电时(使用电池的过程)，嵌入负极碳层的锂离子被释放出来，再次返回正极。 回到正极的锂离子越多，放电容量越高。 我们通常所说的电池容量是指放电容量。 在锂离子电池的充放电中，锂离子处于正极负极正极的运动状态。 这就像摇椅，摇椅的两端是电池的两极，锂离子往复于摇椅的两端。 这种电化学储存系统在对象上被称为“摇滚ing-chaircell”。 Armand教授是锂离子电池的创始人之一，是国际学术和产业界公认的在电池领域具有独创性成果的电池专家。 Armand教授主要有独创性的学术贡献：1.1977年，首次将石墨锂化合物作为二次电池的电极材料发现并提出。 在此基础上，1980年首次提出了“摇椅电池”的概念，解决了锂负极材料的安全性问题。 2.1978年首次提出将高分子固体电解质应用于锂电池。 3.1996年，提出将离子液体电解质材料应用于染料敏化太阳能电池。 4 .碳包复解决了磷酸铁锂(LiFePO4)正极材料的导电性问题，为动力电池和电动汽车的产业化奠定了基础。 M.Armand，锂离子电池的商品化，1990年日本SONY公司正式发表了LiCoO2/石墨这一锂离子电池，该电池成功地利用了能够可逆地释放锂的碳材料代替金属锂，克服了锂二次电池的循环寿命低、安全性差的缺点象征着电池工业的革命。 与锂离子电池的特点、镍镉(Ni/Cd )、镍氢(Ni/MH )电池相比，锂离子电池的主要特点如下：4.2.3故障机制，理想：锂离子在正负极之间吸留和释放，除此之外不发生其他副反应，锂离子不可逆实际：总是存在副反应，也有活性物质的不可逆消耗。 例如，电解液的分解、活性物质的溶解、金属锂的析出等，只是程度不同。 锂离子电池容量衰退的主要原因是： (1)正极材料的溶解；(2)正极材料的相变；(3)电解液的分解；(4)过充电引起的容量损失；(5)自放电；(6)SEI界面膜的形成；(7)集电体的腐蚀； 第二阶段，恒压限流。 (2)从电动汽车的实用化观点出发，恒流时间越长，充电时间越短，越有利于应用。 (3)防止电池过放电，避免对电池造成不可逆损害。 1、充放电特性、充电电流对充电特性的影响放电深度对充电特性的影响充电温度对充电特性的影响放电特性影响因素、滥用状况：热冲击、过充电、过放电、短路等。 危害：电池内部压力升高时，电池可能着火、爆炸。 2、安全性、主要原因： (1)材料稳定性：正负电极、有机电解液相互作用的热稳定性是制约锂离子电池安全性的主要因素。 (2)制造技术：液态和聚合物锂离子电池，消费类电子，4.2.5的典型应用，消费类电子，消费类电子，消费类电子，交通运输业，交通运输业，工业工具类电子，新型电子产品，仪器产品，仪器产品，医疗器械产品，行政事务产品，DC600V客车电池系统采用锂离子电池，独立的25.6V/40Ah锂同容量的锂离子电池的质量、体积只有镍-镉电池的1/3左右的低温不同倍率的放电性能，锂离子电池远优于镍-镉电池的锂离子电池的充电不需要温度补偿等优点得到了社会的关注和研究！ (1)电池串联方式：通常用于满足高电压的动作需求。 (2)电池并联方式：通常用于满足大电流的动作需求。 (3)串联耦合：要求满足向电池组供给高电压和大电流放电的工作条件。 EV车的应用称为以“绿色”电池为动力的EV车。 因此，世界发达国家如美国、日本、德国、法国等都积极开展了EV车的研究试制。 美国从90年代初就成立了为EV车提供电池的“先进电池联盟(US-ABC )”。 为支持EV用电池(主要是锂离子电池)的开发，投资2.6亿美元，其中美国SAFT公司投资1180万美元，开发锂离子电池，加拿大魁北克公司投资8500万美元，开发锂离子电池和锂聚合物电池，此外， 向美国的杜拉塞尔及其合作伙伴德国Varta公司投入1450万美元，开发了以LiMn2O4为增量的锂离子动力电池。 日本政府投资了1亿美元，制定了LIBES的计划，开发了EV车。 德固赛致力于开发应用于锂离子电池生产的新材料，启动电池只有2.5公斤。 目前，这种新型电池已经在标准的严格赛道上推出，应用于英国莲花汽车公司的下一代莲花赛车。 北大先行科技产业采用磷酸铁锂正极材料的动力电池首次应用于奥运巴士。 奔驰和宝马09年推出锂电池混合动力车！ 梅赛德斯奔驰汽车公司和宝马汽车公司在日内瓦国际车展上展出了s 400蓝混合动力车，宣布2009年实现批量生产。 丰田汽车日前开始量产车载锂离子二次电池，用于2003年2月发售的以小型车“Vitz”型号、4.3其他电池、4.3.1铅蓄电池、1、镍