2-3 混合动力汽车的电能储存装置VIP

用于2-3混合动力电动汽车的电能存储装置教学回顾：1.串联混合动力系统的基本结构和控制模式。2.并联混合动力系统的基本结构和控制模式。3.混合动力系统的基本结构和控制模式。4.丰田普锐斯混合动力系统低油耗原理。学习目标：1.熟悉混合动力电动汽车的电能储存装置的类型。2、熟悉电池的主要性能指标。3、熟悉铅酸电池的分类和特点。4、熟悉镍氢电池、锂离子电池的结构、工作原理和性能特点。5.熟悉电池管理系统的功能和组成。6.熟悉电动车电池充电器的基本功能和组成。导言：在混合动力汽车中，动力蓄电池是一个非常重要的部件，它必须有很强的能量来保证汽车的正常行驶需求；同时，它还必须具有很高的安全性。因此，在本章中，我们将了解混合动力电动汽车的电能存储装置。主要内容：1.混合动力电动汽车的电能存储装置类型混合动力电动汽车的电能储存装置可分为三种类型：二次电池、超级电容器和飞轮电池。1.蓄电池组二次电池也称为可充电电池。现代混合动力汽车中最常见的二次电池是铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池、镍氢电池等。2.超级电容器超级电容器，又称电化学电容器，是一种不同于普通物理电容器的新型双层电容器。其特点是电密度大，比物理电罩的碳极限容量高3-4个数量级，达到10f/a以上。3.飞轮电池又称飞轮储能装置、高速或超高速飞轮储能装置等。是一种利用飞轮高速旋转储存和释放电能的装置。这种电能储存装置目前很少使用。二。电池的主要性能指标在混合动力电动汽车中，动力蓄电池必须是一种具有强大能量的动力源，它不仅作为驱动动力源，还为空调系统、动力转向系统等提供电能。此外，一些还将为点火系统、黑白信号系统、刮水器和洒水器以及车载娱乐和通信设备提供低压电源。各种蓄电池通常都是直流供电，然后通过变频器或圣诞变压器转换成频率和电压幅度可调的交流电，供给驱动电机驱动车辆。电池是混合动力电动汽车的辅助电源，用作发动机的辅助电源，以提高整车的动力性能，或者当电机驱动车辆时用作电源。1.电压(v)1)开路电压开路时电池的端电压通常等于电池的电动势。2)额定电压在标准条件下工作时，电池应达到的电压。3)终端电压当电池在某些标准规定的放电条件下放电时，电池的电压将逐渐降低。当电池不适合继续放电时，电池的最低工作电压称为终止电压。2.电池容量1)根据电池活性物质的特性，根据法拉定律计算的最高理论值通常用质量容量(Ah/kg)或体积容量(Ah/L)表示。2)实际容量在一定条件下可以输出的电量等于放电电流和放电时间的乘积。3)充电状态充电状态是指参与电池容量的变化。SOC=1表示电池处于满状态。随着电池放电，电池的电荷逐渐减少。此时，电池中电荷的变化状态可以用荷电状态百分比的相对量来表示。通常，电池放电的高效区域是50% 80%的荷电状态。SOC的准确实时识别是电池管理系统中的一项关键技术。3.能量(瓦时，千瓦时)电池的能量决定了电动汽车的行驶距离。1电池在一定条件下可以输出的能量，电池的实际能量是电池实际容量和平均工作电压的乘积。电池的质量包括电池自身结构部件的质量和电解液的质量之和。3)比能(Wh/kg)指蓄电池单位质量的能量输出。用于普通混合动力汽车的动力蓄电池需要较大的比能量。比能是保证混合动力电动汽车达到基本合理行驶里程的重要性能，连续2小时的放电率比能至少不低于44瓦/千克。4)能量密度(瓦时/升)动力电池组的能量密度是指每单位体积的动力电池组可以输出的能量。4.功率(w，KW)在一定的放电条件下，单位时间内电池输出的能量和电池的功率决定了混合动力电动汽车的加速性能。一般来说：1)比功率(瓦/千克)2)功率密度(瓦/升)5.内电阻电流通过电接地内部时所受到的电阻降低了电池的电压。这种电阻称为电池的内阻。由于电池的内阻，放电时电池的端电压低于电动势和开路电压。充电期间的端电压高于电动势和开路电压。6.周期数(次)电池的运行是一个连续充电、放电、充放电的循环过程。电池按照一定的标准放电。当电池容量下降到某个特定值时，电池必须停止放电，然后需要充电才能继续使用。在每个循环中，电池的化学活性物质都会发生可逆的化学反应。随着充放电次数的增加，电池中的化学活性物质会劣化，其化学功能一个接一个地减弱，使得电池的充放电效率逐渐降低，最终电池会失去所有功能而报废。对于混合动力车辆，要求电池的循环寿命不小于1000次。7.放电率(放电率)通常，它由电池的放电时间或放电电流与额定电流的比率来表示。1)放电时间率当电池在一定电流下轻微放电，直到电池电压降至终止电压时，时间就过去了。2)放大电池在一定电流强度下的放电值是额定容量值的倍数。8.自放电率自放电率是指电池在储存期间空载自放电造成的电池容量损失率。自放电率表示为单位时间(月/年)电池容量下降的百分比。9.记忆效应经过长时间的浅充放电循环后，电池在进行深放电时表现出明显的容量损失和放电电压下降。经过几次完全充电/放电循环后，电池特性可以恢复。三。铅酸电池以酸性水溶液为电解液的电池称为酸性电池。因为电池电极是由铅及其氧化物制成的，所以也被称为铅酸电池。铅酸电池被广泛用于启动燃料汽车。铅酸蓄电池根据其工作环境可分为移动式和固定式。固定式铅酸电池根据电池槽的结构可分为半密封型和密封型，半密封型包括耐酸型和除氢型。根据排气方式，密封铅酸蓄电池可分为两种类型：排气型和非排气型。铅酸蓄电池具有开路电压高、放电电压稳定、充电效率高、常温正常运行、生产技术成熟、价格低廉等特点。四.镍氢电池镍氢电池是20世纪90年代发展起来的一种新型绿色电池。它也是碱性电池。它具有高倍率放电特性，能在短时间内以3C(C为额定电流放电时的实际放电容量)放电。1.镍氢电池的工作原理镍氢电池的正极是由球形氢氧化镍粉末和添加剂如金属、塑料、粘合剂等制成的糊状物。其通过自动浆料涂布机涂布在正电极板上，然后干燥以形成泡沫n储氢合金是镍氢电池负极的关键技术。要求储氢合金能够稳定地承受气体储存和放气的反复循环。电解质是水溶性氢氧化钾和氢氧化锂的混合物。在电池充电过程中，水在电解质溶液中分解成氢离子和氢氧根离子，氢离子被负极吸收，负极从金属转化为金属氢化物。在放电过程中，氢离子离开负电极，氢氧根离子离开正电极，氢离子和氢氧根离子在电解质氢氧化钾中结合形成水并释放电能。正极：ni=noohe负极：电动势=氢氧化钾电池总反应：镍氢电池=镍氢电池2.镍氢电池的结构镍氢电池由氢氧化镍正极、储氢合金负极、隔膜纸、氢氧化钾电解液、外壳、顶盖、密封圈等组成。正极和负极之间设有隔板，共同构成镍氢单体电池。在铂的催化下，完成了充放电的可逆反应。3.镍氢电池的特性储氢电池单体电池电压为1.2V，比能量为75-80Wh/kg，能量密度为200Wh/L，比功率为160-230 W/Ag，功率密度为400-600 W/L，充电18分钟后可恢复40%-80%的容量。镍氢电池不含铅、镉等重金属元素，对环境无污染。镍氢电池可以同时充电和放电，没有“记忆效应”。五、锂离子电池锂离子电池出现于20世纪90年代初，在短短十几年的时间里发展迅速。它被认为是一种具有巨大发展潜力的新型动力电池。与其他蓄电池相比，锂离子电池具有电压高、比能量高、充放电寿命长、无记忆效应、无污染、充电快、自放电率低、工作温度范围宽、安全可靠等优点。1.锂离子电池的分类根据锂离子电池的形状，它们可以分为方形锂离子电池和圆柱形锂离子电池。锂离子电池的发展呈现出多方向同步发展的态势。发展方向的不同主要在于所用正极材料的不同，因为正极材料的性能将极大地影响电池的性能，而正极材料也直接决定电池的成本。锂离子电池负极材料的发展带动了锂离子电池的发展。目前，批量使用的锂电池正极材料主要有钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂。然而，钴金属储量少，价格高。目前，磷酸铁锂电池和三元锂聚合物被广泛使用。2.锂离子电池的结构锂离子电池主要由正极(含锂化合物)、负极(碳材料)、电解液、隔膜和安全阀组成。锂离子电池的结构如图所示。3、锂离子电池的工作原理锂离子电池使用槌状碳化合物(LiC)作为负极，锂化过渡金属氧化物(Lih-MQ)作为正极，液体有机溶液或固体聚合物作为电解液。在充电和放电期间，锂离子在电池的正极和负极之间来回流动。电化学反应公式为：负极：Li-e-锂正极：二氧化锰e-二氧化锰-总反应式：limo 2lim NO2当电池充电时，正极上的锂原子被电离成锂离子和电子(脱嵌)，锂离子通过电解质移动到负极以获得电子，电子被还原成锂原子并嵌入碳层的微孔(插入)。当电池放电时，嵌在负电极碳层中的锂原子失去电子(脱嵌)，变成锂离子，这些锂离子穿过电解质并移回到正电极(插嵌)。展示了它是如何工作的。锂电池的充放电过程是锂离子在正极和负极之间嵌入和脱出的过程，伴随着电化学行为5)没有记忆它可以根据需要随时充电，而不会降低电池性能。6)对环境无污染锂离子电池不含有害物质，是真正的“绿色”电池。7)可以被制造成任何形状锂离子电池也有一些缺点。1)成本高主要原因是正极材料钴酸锂的价格较高，低于单位能量的价格氢电池与镍铜电池相同，但比铅酸电池高。2)必须提供特殊保护电路，以防止过充电和过放电。六、电池管理系统1.混合动力汽车电池管理系统介绍除了由蓄电电池组提供的主电源之外，混合动力电动车辆还具有发动机和发电机组，其通过转换器持续地向蓄电电池组补充电能。根据电动汽车使用的电池类型和蓄电池的组合方式，电池管理系统主要包括热(温)管理子系统、电池管理子系统和线路管理子系统。数字。1)热(温度)管理子系统混合动力汽车的动力蓄电池在工作时会发热，不同电池的发热程度不同。为了保证电池的安全性和良好散热，有必要对电池的工作温度进行实时监控和热量管理。2)电池组管理子系统电池组管理子系统的功能是对电池组的组合、安装、充电、放电、电压、电流、电池中各电池的不平衡、电池的热管理以及电池的维护进行监控和管理，以提高电池组的工作效率，保证正常工作。3)线路管理子系统线路管理子系统管理电池和电池、电池组和电池组之间的线路。还需要在每个电池组之间安装连接线，以串联每个电池组。通常，手动和自动断路器安装在电池组和电池组之间，以在安装、拆卸和维护期间切断电流。2.动力电池管理系统的功能和组成动力蓄电池管理系统承担动力蓄电池的全面管理。一方面要保证动力蓄电池的正常运行，显示动力蓄电池的动态响应，并及时报警，以便驾驶员随时掌握蓄电池的状况。另一方面，人和车辆应该受到保护，以避免电池引起的各种事故。基本功能：1)电池管理。监控蓄电池双向总电压、总电流和电池温度的变化，通过显示屏动态显示总电压、总电流和总温升的变化，避免电池过充、过放和过热。2)单电池管理。监控单体电池的电气状态，实时测量单体电池的动态电压和温度，及时发现单体电池存在的问题，并采取有效的预防措施。3)电荷状态估计和故障诊断。电池管理系统具有充电状态估计和故障诊断功能，能够有效反映和显示充电状态。动力电池管理系统的组成：通过集成动力电池管理系统的各种功能，动力电池管理系统的基本组成如下图所示。带测温装置的动力电池管理系统的基本组成如下图所示。它利用充电过程中受损电池的温度高于正常电池温度的原理，利用温度传感器测量和监控充电过程中各电池的温度是否在允许范围内。如果温度异常，电池状态显示异常，电池的在线响应信息反馈给管理系统，由故障诊断系统进行故障预测。八、电动车电池充电器1.电池充电器的基本功能有三个基本功能，即电源转换和向商用电源的直流供电(世界各国常用的交流电频率为50HZ和60HZ，民用电压范围为100伏至380伏)；提