第四章 电动汽车储能装置

第四章电动汽车储能装置,41动力电池概述411电池的种类412化学电池的组成413动力电池的基本术语1电池的放电制度2电池的容量3电池的开路电压4电池的内阻5电池的工作电压、放电终止电压和放电曲线6电池的能量7能量密度、电池的功率与功率密度9电池的寿命10电池的温度特性11成本,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。,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。,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,42铅酸蓄电池421铅酸蓄电池的型号422铅酸蓄电池的工作原理,423铅酸蓄电池的构造424铅酸蓄电池的特性,铅酸蓄电池的工作特性,1.放电特性(1)概念在恒流放电过程中，蓄电池的端电压和电解液相对密度随时间而变化的规律。,铅酸蓄电池的工作特性,(1)概念：在恒流充电过程中，蓄电池的端电压与电解液相对密度随时间而变化的规律。注意：充电电源必须采用直流电源，以一定的电流强度向一只完全放电的蓄电地进行充电。,2.充电特性,4.3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：,常用电动汽车动力电池,常用电动汽车动力电池,4.4.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：,常用电动汽车动力电池,锂电池工作原理示意图,4.5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。,4.5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。,典型的飞轮储能装置由飞轮组件(包括转子、支承轴承、壳)、电子控制设备(主要是电子电路控制器)、辅助运行系统等部分组成。（图4-33）,图4-33飞轮储能装置的结构,4.6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