第二章电动汽车动力电池的种类、外特性介绍

第二章电动汽车动力电池的种类、外特性介绍,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,1.术语解释,电池（Battery）：指盛有电解质溶液和金属电极以产生电流的杯、槽或其他容器或复合容器的部分空间，能将化学能转化成电能的装置。,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,1.术语解释,电动势（ElectromotiveForce）是一个表示电源特征的物理量，是指电源将其它形式的能量转化为电能的本领，在数值上，等于非静电力将单位正电荷从电源的负极通过电源内部移送到正极时所做的功。常用符号E。,工作电源E，电阻RAB，限流电阻RP构成的测量电路，其中电流：待测电源EX与检流计G组成分路，调节滑动变阻器P使电流计G中电流为零，则EX=VAP=RABI0，波动开关K，改用标准电池ES，再次调节滑动变阻器使电流计G中电流为零，断开开关Ke测得滑动变阻器电阻RS，可得ES=RSI0，,电位差计测量电源电动势原理,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,1.术语解释,开路电压电池在开路状态下的端电压称为开路电压。电池的开路电压等于电池在断路时（即没有电流通过两极时）电池的正极电极电势与负极的电极电势之差。电池的开路电压用V开表示。,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,1.术语解释,额定电压电池在常温下的典型工作电压，又称标称电压。它是选用不同种类电池时的参考。电池的实际工作电压随不同使用条件等于正、负电极的平衡电极电势之差。它只与电极活性物质的种类有关，而与活性物质的数量无关。,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,1.术语解释,工作电压电池在某负载下实际的放电电压，通常是指一个电压范围。,终止电压指放电终止时的电压值，视负载和使用要求不同而异。,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,1.术语解释,充电电压指外电路直流电压对电池充电的电压，一般的充电电压要大于电池的开路电压，通常在一定的范围内。,电压效率指电池的工作电压与电池电动势的比值。电池放电，由于存在电化学极化、浓差极化和欧姆压降，使电池的工作电压小于电动势。,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,1.术语解释,容量完全充电的蓄电池在规定条件（如温度、放电率、终止电压等）下所释放的总的电量，单位为Ah。额定容量在设计规定的条件（如温度、放电率、终止电压等）下，电池应能放出的最低容量，单位为Ah，以符号C表示。n小时率容量完全充电的蓄电池以n小时率放电电流放电，达到规定终止电压时所释放的电量。,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,1.术语解释,理论容量假设活性物质完全被利用，蓄电池可释放的容量。实际容量实际容量是指电池在一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，对于实用中的化学电源，其实际容量总是低于理论容量，而通常比额定容量大10%-20%。比容量指单位质量或单位体积的电池所能给出的电量，相应的称之为质量比容量和体积比容量。,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,1.术语解释,容量受放电率的影响较大，所以常在字母C的右下角以阿拉伯数字标明放电率，如C20=50，表明在20时率下的容量为50Ah。电池的理论容量可根据电池反应式中电极活性物质的用量和按法拉第定律计算的活性物质的电化学当量精确求出。由于电池中可能发生的副反应以及设计时的特殊需要，电池的实际容量往往低于理论容量。,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,1.术语解释,能量电池的能量是指在一定的放电制度下，电池所能输出的电能，通常用瓦时（Wh）表示。电池的能量反映电池做功能力的大小，也是电池放电过程中能量转换的量度。理论能量假设电池在放电过程中始终处于平衡状态，其放电电压保持电动势的数值，而且活性物质的利用率为100%，即放电容量等于理论容量，则在此条件下电池所输出的能量为理论能量，也就是可逆电池在恒温、恒压下所做的最大功。,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,1.术语解释,实际能量指电池放电时实际输出的能量。它在数值上等于电池实际容量与电池平均工作电压的乘积。比能量比能量分为质量比能量和体积比能量。质量比能量是指单位质量电池所能输出的能量，单位常用Wh/kg；体积比能量是指单位体积电池所能输出的能量，也称能量密度，单位常用Wh/L，,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,1.术语解释,功率密度表示指电池能输出最大的功率除以整个电池系统的重量或体积，单位是瓦/公斤或瓦/升。功率密度描述的是电池的倍率性能，即电池可以以多大电流放电。如果电动车电池的功率密度越大，则电动车在加速的时候会越快。,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,1.术语解释,恒流放电以一个受控的恒定电流对电池进行放电。恒功率放电以一个受控的恒定功率对电池进行放电。倍率放电以额定电流倍数值对电池进行放电。,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,1.术语解释,放电率为测算蓄电池或原电池的容量大小，以恒定电流放电时的电流值。习惯上有两种表达方式：（1）“小时率”由于电池的放电电流影响其容量，生产厂在规定其产品的额定容量C时必须标明其放电率。如C20=60Ah，表示这种电池以20小时率放电时额定容量为60安时，故放电率（即放电电流）I20=60/20=3A。（2）“C放电率”或称电池额定容量C的“倍率”。仍设C20=60Ah则放电倍率为0.05C、lC或10C，分别表示放电电流为3安、60安或600安时其容量应为60安时。放电率愈大，电池能输出的容量愈小。,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,1.术语解释,连续放电时间,电池不间断放电至终止电压时，从开始放电至终止放电的时间。,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,1.术语解释,放电深度（DOD),表示蓄电池放电状态的参数，等于实际放电容量与额定容量的百分比。放电深度的高低和二次电池（蓄电电池或充电电池）的充电寿命有很深的关系，当二次电池的放电深度越深，其充电寿命就越短，会导致电池的使用寿命变短，因此在使用时应尽量避免深度放电。,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,1.术语解释,自放电率,对于所有化学电源，即使在与外电路没有接触的条件下开路放置，容量也会自然衰减的现象称为自放电。电池自放电的大小，用自放电率来衡量，一般用单位时间内容量减少的百分比表示：自放电率=（储存前的容量-储存后的容量）/储存前的容量100%电池的自放电率主要由电极材料、制造工艺、储存条件等多方面因数决定，一般情况下，低温和低湿条件下，电池的自放电率低，有利于电池的存储。,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,1.术语解释,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,1.术语解释,充电从外部电源供给蓄电池直流电，将电能以化学能的方式贮存起来的过程。浮充电随时对蓄电池用恒压充电，使其保持一定的荷电状态。涓流充电为补充自放电，使蓄电池保持在近似完全充电状态的连续小电流充电。,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,1.术语解释,恒流充电,以一个受控的恒定电流对电池进行充电。研究和实践表明：电池充电过程对电池寿命影响最大，放电过程的影响则较少。也就是说绝大多数的蓄电池不是使用坏的，而是被“充坏”的。由此可见一个好的充电器对蓄电池的使用寿命有十分重要的影响。,脉冲充电,充放电时间比例为5:1的一种充电方式，脉冲充电器的电路结构由以下几部分组成：电路滤波、一次整流滤波、PWM变换、二次整流滤波、脉冲电路、充放电电路和反馈控制。该电路与普通开关电源电路相比，多了脉冲产生电路与充放电电路部分。,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,1.术语解释,恒压充电以一个受控的恒定电压给蓄电池充电的方式。,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,1.术语解释,感应式充电利用电池感应对蓄电池进行充电的方式。,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,1.术语解释,传导式充电利用电传导对蓄电池进行充电的方式。,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,1.术语解释,均衡充电为确保蓄电池中所有单体蓄电池荷电状态均匀的一种延续充电。均衡充电分为主动均衡充电和被动均衡充电,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,1.术语解释,被动均衡充电法在一般的电池管理系统中，每个电池单元都通过一个开关连接到一个负载电阻。这种被动电路可以对个别被选中的单元放电。但该方法只适用于在充电模式下抑制最强电池单元的电压攀升。为限制功耗，此类电路一般只允许以100mA左右的小电流放电，从而导致充电平衡耗时可高达几小时。,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,1.术语解释,主动均衡充电法在一般的相关资料中有很多种主动平衡法，均需要一个用于转移能量的存储元件。如果用电容来做存储元件，将其与所有电池单元相连就需要庞大的开关阵列。更有效的方法是将能量存储在一个磁场中。该电路中的关键元件是一个变压器。,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,1.术语解释,充电特性充电时蓄电池的电流、电压等与时间之间的关系。完全充电蓄电池内所有可利用的活性物质都已经转变成完全荷电的状态。荷电状态（SOC）蓄电池放电后剩余容量与全荷电容量的百分比。,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,1.术语解释,寿命,电池的寿命分为贮存寿命和使用寿命贮存寿命：贮存寿命又分干储存寿命和湿贮存寿命，对于在使用过程中加入电解液的电池储存寿命，习惯上称为干贮存寿命，干贮存寿命可以很长。对于出厂前已加入电解液的电池贮存寿命，习惯上称为湿贮存寿命。湿贮存时自放电严重，寿命较短。使用寿命：是指电池实际使用的时间长短，对一次电池而言，电池使用寿命是表征给出额定容量的工作时间。对充放电循环寿命，是衡量二次电池性能的一个重要参数，在一定的充放电制度，电池容量将至某一规定值之前，电池能耐受的充放电次数，称为二次电池的循环寿命。,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,1.术语解释,循环寿命,循环寿命是蓄电池在满足规定条件下所能达到的最大充放电循环次数。在规定循环寿命时必须同时规定充放电循环试验的制度，包括充放电速率、放电深度和环境温度范围等。,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,1.术语解释,内阻,电池的内阻是指电流通过电池内部时受到的阻力。它包括欧姆内阻和极化内阻，极化内阻又包括电化学极化内阻和浓差极化内阻。由于内阻的存在，电池的工作电压总是小于电池的电动势或开路电压。电池的内阻不是常数，在充放电过程中随时间不断变化（逐渐变大），这是因为活性物质的组成，电解液的浓度和温度都在不断的改变。欧姆内阻遵守欧姆定律，极化内阻随电流密度增加而增大，但不是线性关系。常随电流密度增大而增加。内阻是决定电池性能的一个重要指标，它直接影响电池的工作电压，工作电流，输出的能量和功率，对于电池来说，其内阻越小越好。,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,1.术语解释,阻抗,电池内具有很大的电极-电解质界面面积，故可将电池等效为一大电容与小电阻、电感的串联回路。但实际情况复杂得多，尤其是电池的阻抗随时间和直流电平而变化，所测得的阻抗只对具体的测量状态有效。,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,2.铅酸蓄电池,铅酸电池（VRLA）：是一种电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的蓄电池。铅酸电池荷电状态下，正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅；放电状态下，正负极的主要成分均为硫酸铅。,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,2.铅酸蓄电池,常用的单个12V的铅酸电池是用6个单格铅酸电池串联起来组成的。还有24V、36V、48V等。,根据铅酸蓄电池结构与用途区别，粗略将电池分为四大类：1、启动用铅酸蓄电池；2、动力用铅酸蓄电池；3、固定型阀控密封式铅酸蓄电池；4、其它类，包括小型阀控密封式铅酸蓄电池，矿灯用铅酸蓄电池等。,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,2.铅酸蓄电池,1.安全密封在正常操作中，电解液不会从电池的端子或外壳中泄露出。没有自由酸，特殊的吸液隔板将酸保持在内，电池内部没有自由酸液，因此电池可放置在任意位置。2.泄气系统电池内压超出正常水平后，VRLA电池会放出多余气体并自动重新密封，保证电池内没有多余气体。3.维护简单由于独一无二的气体复合系统使产生的气体转化成水，在使用VRLA电池的过程中不需要加水。,主要特性,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,2.铅酸蓄电池,4.使用寿命长采用了有抗腐蚀结构的铅钙合金栏板VRLA电池可浮充使用10-15年。5.质量稳定，可靠性高采用先进的生产工艺和严格的质量控制系统，VRLA电池的质量稳定，性能可靠。电压、容量和密封在线上进行100%检验。,VRLA电池电池中，一部分数量的电解液被吸收在极片和隔板中，以此增加负极吸氧能力，阻止电解液损耗，使电池能够实现密封。,铅酸电池结构,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,2.铅酸蓄电池,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,2.铅酸蓄电池,铅酸电池结构,铅酸蓄电池主要由极板、电解液、格板、电极、壳体等部分组成。极板极板分为正极板和负极板两种。正极板上的活性物质是深棕色的二氧化铅(PbO2)，负极板上的活性物质是海绵状、青灰色的纯铅(Pb)。正、负极板的活性物质分别填充在铅锑合金铸成的栅架上，加入锑的目的是提高栅架的机械强度和浇铸性能。但锑有一定的副作用，锑易从正极板栅架中解析出来而引起蓄电池的自行放电和栅架的膨胀、溃烂，从而影响蓄电池的使用寿命。负极板的厚度为1.8mm，正极板为2.2mm，为了提高蓄电池的容量，国外大多采用厚度为1.11.5mm的薄型极板。另外，为了提高蓄电池的容量，将多片正、负极板并联，组成正、负极板组。在每单格电池中，负极板的数量总比正极板多一片，正极板都处于负极板之间，使其两侧放电均匀，否则因正极板机械强度差，单面工作会使两侧活性物质体积变化不一致，造成极板弯曲。,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,2.铅酸蓄电池,铅酸电池结构,隔板为了减少蓄电池的内阻和体积，正、负极板应尽量靠近但彼此又不能接触而短路，所以在相邻正负极板间加有绝缘隔板。隔板应具有多孔性，以便电解液渗透，而且应具有良好的耐酸性和抗碱性。隔板材料有木质、微孔橡胶、微孔塑料以及浸树脂纸质等。近年来，还有将微孔塑料隔板做成袋状，紧包在正极板的外部，防止活性物质脱落。先进的多微孔AGM隔板保持电解液，防止正极与负极短路。隔板采用无纺超细玻璃纤维，在硫酸中化学性能稳定。多孔结构有助于保持活性物质反应所需的电解液防止正负极短路，防止活性物质从电极表面脱落,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,2.铅酸蓄电池,铅酸电池结构,电解液在电池的电化学反应中，硫酸作为电解液传导离子。使电子能在电池正负极活性物质间转移。电解液的作用是使极板上的活性物质发生溶解和电离，产生电化学反应，它由纯净的硫酸与蒸馏水按一定的比例配制而成。电解液的相对密度一般为1.241.30(15)。,外壳和盖子蓄电池的外壳是用来盛放电解液和极板组的，外壳应耐酸、耐热、耐震，以前多用硬橡胶制成。现在国内已开始生产聚丙稀塑料外壳。这种壳体不但耐酸、耐热、耐震，而且强度高，壳体壁较薄(一般为3.5mm，而硬橡胶壳体壁厚为10mm)，重量轻，外型美观，透明。壳体底部的凸筋是用来支持极板组的，并可使脱落的活性物质掉入凹槽中，以免正、负极板短路，若采用袋式隔板，则可取消凸筋以降低壳体高度。在没有特别说明下，外壳和盖子为ABS树脂提供电池正负极组合栏板放置的空间;具有足够的机械强度可承受电池内部压力,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,2.铅酸蓄电池,铅酸电池结构,安全阀材质为具有优质耐酸和抗老化的合成橡胶。帽状阀中有氯丁二烯橡胶制成的单通道排气阀;电池内压高于正常压力时释放气体，保持压力正常;阻止氧气进入,端子根据电池的不同，正负极端子可为连接片、棒状、螺柱或引出线。端子的密封为可靠的粘结剂密封。,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,2.铅酸蓄电池,铅酸电池结构,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,2.铅酸蓄电池,铅酸蓄电池使用条件,（1）避免将电池与金属容器直接接触，应采用防酸和阻热材料，否则会引起冒烟或燃烧。（2）使用指定的充电器在指定的条件下充电，否则可能会引起电池过热、放气、泄露、燃烧或破裂。（3）不要将电池安装在密封的设备里，否则可能会使设备浦破裂。（4）将电池使用在医护设备中时，请安装主电源外的后备电源，否则主电源失效会引起伤害。（5）将电池放在远离能产生火花设备的地方，否则火花可能会引起电池冒烟或破裂。（6）不要将电池放在热源附近（如变压器），否则会引起电池过热、泄漏、燃烧或破裂。（7）应用中电池数目超过一只时，请确保电池间连接无误，且与充电器或负载连接无误，否则会引起电池破裂、燃烧或电池损害，某些情况下还会伤人。,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,2.铅酸蓄电池,（8）特别注意别让电池砸在脚上。（9）电池的指定使用范围如下。超出此范围可能会引起电池损害。电池的正常操作范围为：25电池放电后（装在设备中）：-15到50充电后：0到40储存中：-15到40（10）不要将装在机车上的电池放在高温下、直射阳光中、火炉或火前，否则可能会造成电池泄漏、起火或破裂。（11）不要在充满灰尘的地方使用电池，可能会引起电池短路。在多尘环境中使用电池时，应定期检查电池。,XiangyangAutovocationaltechnicalcollege,2.铅酸蓄电池,（1）使用带有绝缘套的工具如钳子等。使用不绝缘的工具会造成电池短路、发热或燃烧，损害电池。（2）不要将电池放置在密闭的房间或近火源的地方，否则可能会由于电池释放的氢气造成爆炸或起火。（3）不要用稀释剂、汽油、煤油或合成液去清洁电池。使用上述材料会导致电池外壳破裂泄漏或起火。（4）当处理45伏或更高电压的电池时，要采取安全措施带上绝缘橡皮手套，否则可能会遭到电击。（5）