第4章 新能源汽车的储能装置

1、新能源汽车技术新能源汽车技术第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置May,2014Page 2第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.1 4.1 动力电池概述动力电池概述类型：动力蓄电池、燃料电池、超级电容、飞轮储能器等储类型：动力蓄电池、燃料电池、超级电容、飞轮储能器等储能装置，及其相互组合而形成的混合储能装置。能装置，及其相互组合而形成的混合储能装置。动力电池性能的提高是电动汽车发展的关键技术之一。它既动力电池性能的提高是电动汽车发展的关键技术之一。它既是目前普及电动汽车的瓶颈，也是电动汽车能否与传统内燃是目前普及电动汽车的瓶颈，也是电动汽车能否与传统

2、内燃机汽车竞争的重要因素之一。机汽车竞争的重要因素之一。 新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014化学电池的组成：化学电池的组成：电极（正极和负极）电极（正极和负极）电解质电解质隔膜隔膜外壳（容器）外壳（容器）Page 3新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.1 4.1 动力电池概述动力电池概述图4.1 化学电池的基本构造图Page 44.1.1 4.1.1 化学电池的基本构成化学电池的基本构成电极（核心部分）电极（核心部分）

3、一般由活性物质和导电骨架组成。一般由活性物质和导电骨架组成。活性物质：通过化学反应释放出电能的物质。活性物质：通过化学反应释放出电能的物质。导电构架：传导电子和支撑活性物质。导电构架：传导电子和支撑活性物质。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.1 4.1 动力电池概述动力电池概述Page 5电解质（核心部分）电解质（核心部分）液体、固体液体、固体液体：一般是酸、碱、盐的水溶液。液体：一般是酸、碱、盐的水溶液。固体：一般为盐类。【干电池】固体：一般为盐类。【干电池】tiptip：

4、电解质化学性质必须稳定，使蓄电池在静止状态（不充：电解质化学性质必须稳定，使蓄电池在静止状态（不充电也不放电的状态下）电解质与活性物质界面间的电化学反电也不放电的状态下）电解质与活性物质界面间的电化学反应速率小，这样在电池自放电时，电池的容量损失就小。应速率小，这样在电池自放电时，电池的容量损失就小。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.1 4.1 动力电池概述动力电池概述Page 6隔膜隔膜通常为薄膜、板材或胶状物等。通常为薄膜、板材或胶状物等。避免电池内阴、阳极之间的距离较近

5、而发生内部短路产生严避免电池内阴、阳极之间的距离较近而发生内部短路产生严重的自放电现象。重的自放电现象。要求：化学性质稳定，有一定的机械强度，对电解质离子运要求：化学性质稳定，有一定的机械强度，对电解质离子运动的阻力小，是电的良好绝缘体，并能阻挡从电极上脱落的动的阻力小，是电的良好绝缘体，并能阻挡从电极上脱落的活性物质微粒和枝晶的生长。活性物质微粒和枝晶的生长。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.1 4.1 动力电池概述动力电池概述Page 7外壳外壳盛放和保护电池电极、电解质

6、、隔膜的容器。盛放和保护电池电极、电解质、隔膜的容器。要求：足够的机械强度和化学稳定性、耐振动、耐冲击、耐要求：足够的机械强度和化学稳定性、耐振动、耐冲击、耐腐蚀。腐蚀。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.1 4.1 动力电池概述动力电池概述Page 84.1.2 4.1.2 电池的基本知识电池的基本知识1 1、电池的放电、电池的放电将电池内储存的化学能以电能方式释放出来的过程，即电池将电池内储存的化学能以电能方式释放出来的过程，即电池向外电路输送电流。向外电路输送电流。放电特

7、性的衡量参数：放电深度、放电率、连续放电时间。放电特性的衡量参数：放电深度、放电率、连续放电时间。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.1 4.1 动力电池概述动力电池概述Page 9蓄电池放电终了的特征：蓄电池放电终了的特征：单格电池电压降到放电终止电压；单格电池电压降到放电终止电压；电解液相对密度降到最小许可值。电解液相对密度降到最小许可值。tiptip：放电终止电压与放电电流的大小有关，放电电流越大，：放电终止电压与放电电流的大小有关，放电电流越大，允许的放电时间就越短，放

8、电终止压力也越低。允许的放电时间就越短，放电终止压力也越低。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.1 4.1 动力电池概述动力电池概述Page 102 2、电池的充电、电池的充电将外部电源的电能输入蓄电池，在蓄电池内将电能转换为化将外部电源的电能输入蓄电池，在蓄电池内将电能转换为化学能储存起来的过程。学能储存起来的过程。充电参数：充电参数：充电特性、完全充电和充电率充电特性、完全充电和充电率。充电方式：充电方式：恒压充电、恒流充电、涓流充电和浮充电恒压充电、恒流充电、涓流充电和浮

9、充电等。等。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.1 4.1 动力电池概述动力电池概述Page 11蓄电池充电终了的特征：蓄电池充电终了的特征：电解液中由大量气泡冒出，呈沸腾状态；电解液中由大量气泡冒出，呈沸腾状态；电解液的相对密度和蓄电池的端电压上升到规定值，且在电解液的相对密度和蓄电池的端电压上升到规定值，且在2 23h3h内保持不变。内保持不变。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置

10、新能源汽车的储能装置4.1 4.1 动力电池概述动力电池概述Page 123 3、电池的极化、电池的极化电池在静止状态（对外电路的电流电池在静止状态（对外电路的电流I=0I=0）时，出现的电池电压、）时，出现的电池电压、电极电位变化的现象。电极电位变化的现象。极化现象反映了在静止状态能量损失的大小，极化损失越小极化现象反映了在静止状态能量损失的大小，极化损失越小越好。越好。常见的极化现象有阳极极化、阴极极化、欧姆极化（电阻极常见的极化现象有阳极极化、阴极极化、欧姆极化（电阻极化）、浓差和电化学极化等。化）、浓差和电化学极化等。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehi

11、cles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.1 4.1 动力电池概述动力电池概述Page 134 4、记忆效应、记忆效应电池在没有完全放电之前就重新充电，电池会储存这一放电电池在没有完全放电之前就重新充电，电池会储存这一放电平台并在下次循环中将其作为放电的终点。平台并在下次循环中将其作为放电的终点。在每一次使用中，任何一次不完全的放电都将加深这一效应，在每一次使用中，任何一次不完全的放电都将加深这一效应，使电池容量逐渐变低。使电池容量逐渐变低。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章

12、新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.1 4.1 动力电池概述动力电池概述Page 14原因：电池内部枝晶的生长原因：电池内部枝晶的生长解决办法：深度充放电（损坏电池），脉冲充电法（适宜使解决办法：深度充放电（损坏电池），脉冲充电法（适宜使用）。用）。主要表现在镍镉电池中。对于其他蓄电池该效应较小或不存主要表现在镍镉电池中。对于其他蓄电池该效应较小或不存在。在。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.1 4.1 动力电池概述动力电池概述Page 155 5、电池的组合、电池的

13、组合将若干单体电池通过串联、并联与复联的方式组合成电池组。将若干单体电池通过串联、并联与复联的方式组合成电池组。为了获取较高的电压和电流。为了获取较高的电压和电流。电池组合中的单体电池：同一系列、同一规格、性能尽可能电池组合中的单体电池：同一系列、同一规格、性能尽可能一致。一致。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.1 4.1 动力电池概述动力电池概述Page 164.1.3 4.1.3 电池的种类电池的种类1 1、按照工作原理分类、按照工作原理分类主要可分为生物电池、物理电池和

14、化学电池。主要可分为生物电池、物理电池和化学电池。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.1 4.1 动力电池概述动力电池概述生物电池：生物电池：利用生物（如生物酶、微生利用生物（如生物酶、微生物或叶绿素等）分解反应过物或叶绿素等）分解反应过程中表现出来的带电现象所程中表现出来的带电现象所进行的能量转换。进行的能量转换。【酶电池、微生物电池和生【酶电池、微生物电池和生物太阳电池】物太阳电池】Page 17新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，

15、May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.1 4.1 动力电池概述动力电池概述物理电池：物理电池：利用物理原理制成的电池。利用物理原理制成的电池。【太阳能电池、飞轮电池、【太阳能电池、飞轮电池、核能电池和温差电池】核能电池和温差电池】Page 18新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.1 4.1 动力电池概述动力电池概述化学电池：化学电池：将化学反应产生的能量直接将化学反应产生的能量直接转换为电能的装置。转换为电能的装置。Page 19新能源汽车

16、技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.1 4.1 动力电池概述动力电池概述超级电容器：超级电容器：介于传统电解质电容器和电介于传统电解质电容器和电化学电池之间的新型储能元化学电池之间的新型储能元件。件。Page 20新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.1 4.1 动力电池概述动力电池概述Page 212 2、按照电解液种类分类（化学电池的分类）、按照电解液种类分类（化学电池

17、的分类）碱性电池：氢氧化钾水溶液碱性电池：氢氧化钾水溶液 【碱性锌锰电池、镍镉电池、镍氢电池】【碱性锌锰电池、镍镉电池、镍氢电池】酸性电池：硫酸溶液酸性电池：硫酸溶液 【铅酸电池】【铅酸电池】中性电池：盐溶液中性电池：盐溶液 【锌锰干电池】【锌锰干电池】有机电解液电池：有机溶液【锂电池、锂离子电池】有机电解液电池：有机溶液【锂电池、锂离子电池】新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.1 4.1 动力电池概述动力电池概述Page 223 3、按照电池的正负极材料分类（化学电池的分类）

18、、按照电池的正负极材料分类（化学电池的分类）锌系列电池：锌锰电池、锌银电池等；锌系列电池：锌锰电池、锌银电池等；镍系列电池：镍镉电池、镍氢电池等；镍系列电池：镍镉电池、镍氢电池等；铅系列电池：铅酸电池等；铅系列电池：铅酸电池等；锂系列电池：锂离子电池、锂锰电池、聚合物锂电池、磷酸锂系列电池：锂离子电池、锂锰电池、聚合物锂电池、磷酸 铁锂电池；铁锂电池；二氧化锰系列电池：锌锰电池、碱锰电池等；二氧化锰系列电池：锌锰电池、碱锰电池等；空气电池系列：锌空气电池、铝空气电池等。空气电池系列：锌空气电池、铝空气电池等。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,

19、2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.1 4.1 动力电池概述动力电池概述Page 234 4、按照电池功能分类（化学电池的分类）、按照电池功能分类（化学电池的分类）一次电池：原电池，不能再充电的电池。若电解质不流动则一次电池：原电池，不能再充电的电池。若电解质不流动则称为干电池，如锌锰干电池、锌汞干电池、锌银干电池等。称为干电池，如锌锰干电池、锌汞干电池、锌银干电池等。二次电池：蓄电池，可充电电池。应用广泛。主要有铅酸蓄二次电池：蓄电池，可充电电池。应用广泛。主要有铅酸蓄电池、锂离子电池、镍氢电池及磷酸铁锂电池等。电池、锂离子电池、镍氢电池及磷酸铁锂电池等。新能

20、源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.1 4.1 动力电池概述动力电池概述Page 24燃料电池：连续电池，将活性物质连续注入电池，使其连续燃料电池：连续电池，将活性物质连续注入电池，使其连续放电的电池。放电的电池。储备电池：激活电池，正负极活性物质在储存期不直接接触，储备电池：激活电池，正负极活性物质在储存期不直接接触，使用前临时注入电解液或用其他方法使电池激活，如锌银电使用前临时注入电解液或用其他方法使电池激活，如锌银电池、镁银电池等。池、镁银电池等。新能源汽车技术，Facult

21、y of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.1 4.1 动力电池概述动力电池概述Page 254.1.4 4.1.4 电池的性能指标电池的性能指标1 1、电池的工作电压、放电终止电压和放电曲线、电池的工作电压、放电终止电压和放电曲线工作电压：电池放电时，电池两极之间的电位差，又称为放工作电压：电池放电时，电池两极之间的电位差，又称为放电电压或端电压。电电压或端电压。放电终止电压：电池放电时，电压下降到不宜再继续放电的放电终止电压：电池放电时，电压下降到不宜再继续放电的最低工作电压。最低工作电压。新能源汽车技术，F

22、aculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.1 4.1 动力电池概述动力电池概述放电曲线：放电曲线：在一定放电条件下，连续放电时电在一定放电条件下，连续放电时电池的工作电压随时间变化的关系曲池的工作电压随时间变化的关系曲线。线。放电小时率，电压下降速度，终止放电小时率，电压下降速度，终止电压大小，放电时间。电压大小，放电时间。Page 26新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.1 4.1

23、动力电池概述动力电池概述图4.2 蓄电池的放电曲线Page 27电池的放电深度（电池的放电深度（Depth of DischargeDepth of Discharge，DODDOD）电池已经放出的电量占其额定容量的百分比。电池已经放出的电量占其额定容量的百分比。 式中，式中，SOCSOC0 0为电池的初始荷电状态；为电池的初始荷电状态； I Ibatbat为为t t时刻电池的工作电流，充电时为正，放电时刻电池的工作电流，充电时为正，放电 时为负，单位为时为负，单位为A A； t t为充放电时间，单位为为充放电时间，单位为h h； C C为电池的额定容量，单位为为电池的额定容量，单位为AhAh

24、。bat00dDOD100%SOC100%tItC新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.1 4.1 动力电池概述动力电池概述Page 282 2、电池的容量（、电池的容量（C C）完全充电的蓄电池在规定条件下所释放的总电量，其单位为完全充电的蓄电池在规定条件下所释放的总电量，其单位为安培时（安培时（AhAh）。）。理论容量、理论容量、i i小时率放电容量、额定容量、实际容量、剩余容小时率放电容量、额定容量、实际容量、剩余容量。量。新能源汽车技术，Faculty of New En

25、ergy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.1 4.1 动力电池概述动力电池概述Page 293 3、电池的能量、电池的能量在一定标准所规定的放电条件下，电池对外做功所能输出的在一定标准所规定的放电条件下，电池对外做功所能输出的电能，其单位为瓦时（电能，其单位为瓦时（WhWh）或千瓦时（）或千瓦时（kWhkWh）。）。总能量、充电能量、放电能量。总能量、充电能量、放电能量。容量与能量的区别：前者表示电池输出的电量，而后者表示容量与能量的区别：前者表示电池输出的电量，而后者表示其做功能力。能量可以用容量乘以放电平均电压获得。当用其做功能

26、力。能量可以用容量乘以放电平均电压获得。当用电设备用电流控制时，则用容量衡量；当电压显得重要时，电设备用电流控制时，则用容量衡量；当电压显得重要时，则多用能量。分析比较电动汽车能量利用效率时即用电池的则多用能量。分析比较电动汽车能量利用效率时即用电池的能量来考虑。能量来考虑。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.1 4.1 动力电池概述动力电池概述Page 304 4、能量密度与功率密度、能量密度与功率密度比能量：蓄电池的单位质量（或体积）所获取的电能。比能量：蓄电池的单位质量（

27、或体积）所获取的电能。 质量能量密度：质量比能量，单位为质量能量密度：质量比能量，单位为Wh/kgWh/kg。 体积能量密度：体积比能量，单位为体积能量密度：体积比能量，单位为Wh/LWh/L。比功率：蓄电池的单位质量（或体积）所获取的输出功率。比功率：蓄电池的单位质量（或体积）所获取的输出功率。 质量功率密度：质量比功率，单位为质量功率密度：质量比功率，单位为W/kgW/kg。 体积功率密度：体积比功率，单位为体积功率密度：体积比功率，单位为W/LW/L。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽

28、车的储能装置4.1 4.1 动力电池概述动力电池概述Page 31性能评价性能评价能量密度能量密度 续驶里程续驶里程功率密度功率密度 加速性、爬坡性和最高车速等加速性、爬坡性和最高车速等一般来说，蓄电池的功率密度增加时，能量密度要下降。一般来说，蓄电池的功率密度增加时，能量密度要下降。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.1 4.1 动力电池概述动力电池概述Page 325 5、电池的开路电压、电池的开路电压蓄电池处于开路状态下电极两端的电位差。蓄电池处于开路状态下电极两端的电位

29、差。一般用高内阻的电压表或万用表测量。一般用高内阻的电压表或万用表测量。影响因素：正、负极材料，电解液的性质等。影响因素：正、负极材料，电解液的性质等。随着电池存放时间的延长，其开路电压会有所下降。随着电池存放时间的延长，其开路电压会有所下降。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.1 4.1 动力电池概述动力电池概述Page 336 6、电池的内阻、电池的内阻包括欧姆内阻和极化电阻。包括欧姆内阻和极化电阻。欧姆内阻：电池中各组成部分的电子导电阻力、离子导电阻欧姆内阻：电池中各组成

30、部分的电子导电阻力、离子导电阻力及力及接触电阻接触电阻之和，与电极结构和装配工艺有关。之和，与电极结构和装配工艺有关。极化电阻：电极反应形成的，与电极反应的本质及材料有关。极化电阻：电极反应形成的，与电极反应的本质及材料有关。电池内阻越小，电池工作输出电流时电池内部的压降就越小，电池内阻越小，电池工作输出电流时电池内部的压降就越小，电池就能输出较高的工作电压和较大的电流，输出能量和容电池就能输出较高的工作电压和较大的电流，输出能量和容量也就越大。量也就越大。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽

31、车的储能装置4.1 4.1 动力电池概述动力电池概述Page 347 7、电池的寿命、电池的寿命用电池使用时间或充电循环次数所表示的电池耐用性。用电池使用时间或充电循环次数所表示的电池耐用性。循环充电电池经历一次充电和放电的过程，称为一个循环或循环充电电池经历一次充电和放电的过程，称为一个循环或一个周期。一个周期。循环寿命：在一定的充放电制度下，电池容量下降到某一规循环寿命：在一定的充放电制度下，电池容量下降到某一规定值时，电池所能经受的循环次数。定值时，电池所能经受的循环次数。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源

32、汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.1 4.1 动力电池概述动力电池概述Page 35影响循环寿命的因素：影响循环寿命的因素： 在充放电过程中，电极活性表面积减小；在充放电过程中，电极活性表面积减小； 电极上活性物质脱落或转移；电极上活性物质脱落或转移； 电极材料发生腐蚀；电极材料发生腐蚀； 电池内部短路；电池内部短路； 隔膜损坏和活性物质晶型改变，活性降低；隔膜损坏和活性物质晶型改变，活性降低； 充电和放电的形式、使用环境温度和放电深度；充电和放电的形式、使用环境温度和放电深度； 使用环境，电池组中各个电池的均衡性以及安装方式等。使用环境，电池组中各个电池的均衡性以及安装方式等。新能源汽车

33、技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.1 4.1 动力电池概述动力电池概述Page 368 8、电池的温度特性、电池的温度特性电池性能随环境温度变化而变化的关系。电池性能随环境温度变化而变化的关系。大部分电池在较狭窄的温度范围内工作时，才能保持较高的大部分电池在较狭窄的温度范围内工作时，才能保持较高的性能。性能。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.1 4.1 动力电池概述动

34、力电池概述Page 379 9、电池的抗滥用能力、电池的抗滥用能力电池对短路、过充电、过放电、机械振动、撞击、挤压以及电池对短路、过充电、过放电、机械振动、撞击、挤压以及遭受高温、火烧等非正常使用情况的容忍度。遭受高温、火烧等非正常使用情况的容忍度。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.1 4.1 动力电池概述动力电池概述Page 381010、电池的荷电状态（、电池的荷电状态（SOCSOC）电池剩余容量占其额定容量的百分比。（电池剩余容量占其额定容量的百分比。（Stage of

35、 ChargeStage of Charge）蓄电池在工作中，其荷电状态由以下公式表示。蓄电池在工作中，其荷电状态由以下公式表示。 式中，式中，SOCSOC0 0为电池的初始为电池的初始SOCSOC；I Ibatbat为为t t时刻电池的工作电流，时刻电池的工作电流，充电时为正，放电时为负，单位为充电时为正，放电时为负，单位为A A；t t为充放电时间，单位为充放电时间，单位为为h h；C C为电池的额定容量，单位为为电池的额定容量，单位为AhAh。可见，可见，SOCSOC和和DODDOD之和等于之和等于100%100%。bat00dSOC100%DODSOC100%tItC新能源汽车技术，F

36、aculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.1 4.1 动力电池概述动力电池概述Page 394.1.5 4.1.5 各种车用电池的性能比较各种车用电池的性能比较新能源汽车对动力电源的要求：新能源汽车对动力电源的要求：比功率大（在大电流工况下可平稳放电，提高加速、爬坡比功率大（在大电流工况下可平稳放电，提高加速、爬坡性能）；性能）；比能量大（延长续驶里程）；比能量大（延长续驶里程）；循环寿命长；循环寿命长；安全可靠；安全可靠；新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，

37、May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.1 4.1 动力电池概述动力电池概述Page 40成本低；成本低；对使用环境温度要求低；对使用环境温度要求低；能量转换效率高；能量转换效率高；对环境污染小等。对环境污染小等。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.1 4.1 动力电池概述动力电池概述4.2.1 4.2.1 铅酸蓄电池的结构和原理铅酸蓄电池的结构和原理基本单元：单体电池基本单元：单体电池单体电池：正极板、负极板、隔单体电池：正极板、负极板、隔

38、板组板组第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.2 4.2 铅酸蓄电池铅酸蓄电池Page 41新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014图4.3 铅酸蓄电池的结构Page 42原理原理电子的流动形成电流。电子的流动形成电流。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.2 4.2 铅酸蓄电池铅酸蓄电池Page 43放电时，放电时，电池内部：电子由正极流向负极电池内部：电子由正极流向负极外电路：电子由负极流向正极外电路

39、：电子由负极流向正极化学反应方程式为化学反应方程式为负极：负极：Pb+HSOPb+HSO4 4- -PbSOPbSO4 4+H+H+ +2e+2e- -正极：正极：PbOPbO2 2+3H+3H+ +HSO+HSO4 4- -+2e+2e- -2PbSO2PbSO4 4+2H+2H2 2O O新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.2 4.2 铅酸蓄电池铅酸蓄电池Page 44充电时，充电时，电池内部：电子由负极流向正极电池内部：电子由负极流向正极外电路：电子由正极流向负极外电路：

40、电子由正极流向负极化学反应方程式为化学反应方程式为负极：负极：PbSOPbSO4 4+H+H+ +2e+2e- -Pb+HSOPb+HSO4 4- -正极：正极：2PbSO2PbSO4 4+2H+2H2 2OPbOOPbO2 2+3H+3H+ +HSO+HSO4 4- -+2e+2e- -新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.2 4.2 铅酸蓄电池铅酸蓄电池Page 45铅酸蓄电池单体两端的额定电压为铅酸蓄电池单体两端的额定电压为2V2V。实际应用中，一般将多个电池单体串联或并联

41、，来满足高电实际应用中，一般将多个电池单体串联或并联，来满足高电压、大容量等要求。压、大容量等要求。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.2 4.2 铅酸蓄电池铅酸蓄电池Page 464.2.2 4.2.2 铅酸蓄电池的充放电特性铅酸蓄电池的充放电特性充电过程：充电过程：高效阶段、混合阶段、析气阶段高效阶段、混合阶段、析气阶段新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.2

42、 4.2 铅酸蓄电池铅酸蓄电池Page 47高效阶段：两极的硫酸铅分别转换成了铅和二氧化铅。高效阶段：两极的硫酸铅分别转换成了铅和二氧化铅。在温度和充电率都能保证的情况下，这个阶段在单体电池端在温度和充电率都能保证的情况下，这个阶段在单体电池端电压达到电压达到2.39V2.39V时结束。时结束。充电接受率高，接近充电接受率高，接近100%100%。充电接受率：转化为化学能储备的电能与来自充电设备的电充电接受率：转化为化学能储备的电能与来自充电设备的电能的比值。能的比值。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能

43、装置新能源汽车的储能装置4.2 4.2 铅酸蓄电池铅酸蓄电池Page 48混合阶段：水解（电解水）副反应和充电主反应同时进行。混合阶段：水解（电解水）副反应和充电主反应同时进行。当两个反应达到平衡时，即电池两端电压与稀硫酸溶液浓度当两个反应达到平衡时，即电池两端电压与稀硫酸溶液浓度不再上升时，表示电池已经充满电。不再上升时，表示电池已经充满电。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.2 4.2 铅酸蓄电池铅酸蓄电池Page 49析气阶段：蓄电池已经被充满电，电池中所进行的反应只有析

44、气阶段：蓄电池已经被充满电，电池中所进行的反应只有水解副反应（电解水），再加上缓慢进行的自放电反应。此水解副反应（电解水），再加上缓慢进行的自放电反应。此时会产生大量的气体，主要是氢气和氧气。时会产生大量的气体，主要是氢气和氧气。在密封式铅酸蓄电池中，这两种气体在密闭环境中压力会变在密封式铅酸蓄电池中，这两种气体在密闭环境中压力会变高，还可以进一步反应生成水，这也是阀控式密封铅酸蓄电高，还可以进一步反应生成水，这也是阀控式密封铅酸蓄电池不需要加水的原因。池不需要加水的原因。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的

45、储能装置新能源汽车的储能装置4.2 4.2 铅酸蓄电池铅酸蓄电池Page 504.2.3 4.2.3 铅酸蓄电池的种类及发展现状铅酸蓄电池的种类及发展现状1 1、开口式铅酸蓄电池、开口式铅酸蓄电池新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.2 4.2 铅酸蓄电池铅酸蓄电池Page 512 2、阀控式密封铅酸蓄电池、阀控式密封铅酸蓄电池VRLAVRLA（Valve Regulated Lead Acid BatteryValve Regulated Lead Acid Battery）全

46、密封的，有一个可以控制电池内部气体压力的阀全密封的，有一个可以控制电池内部气体压力的阀。难点：充电时，水的电解。难点：充电时，水的电解。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.2 4.2 铅酸蓄电池铅酸蓄电池Page 52解决办法：解决办法：采用多元优质板栅合金，提高气体释放的过电位采用多元优质板栅合金，提高气体释放的过电位；让负极有多余的容量，充电后期正极释放的氧气与负极接触，让负极有多余的容量，充电后期正极释放的氧气与负极接触，发生反应，重新生成水；发生反应，重新生成水；采用新

47、型超细玻璃纤维隔板，让正极释放的氧气尽快流通到采用新型超细玻璃纤维隔板，让正极释放的氧气尽快流通到负极；负极；采用密封式阀控滤酸结构，使酸雾不能逸出。采用密封式阀控滤酸结构，使酸雾不能逸出。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.2 4.2 铅酸蓄电池铅酸蓄电池Page 533 3、双极性密封铅酸蓄电池、双极性密封铅酸蓄电池组成：组成：双极性板、正负单极性板和隔板及电解液双极性板、正负单极性板和隔板及电解液双极性是指一块基板的两面分别涂上正极膏和负极膏形成的双极性是指一块基板的两面

48、分别涂上正极膏和负极膏形成的两个极性。两个极性。双极性电池最小单体由一个双极性板加两个单极性板构成双极性电池最小单体由一个双极性板加两个单极性板构成4V4V电池。电池。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.2 4.2 铅酸蓄电池铅酸蓄电池Page 54新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.2 4.2 铅酸蓄电池铅酸蓄电池图4.4 双极性密封铅酸蓄电池的内部结构示意图

49、Page 55优势：优势：铅耗量减少铅耗量减少40%40%左右、重量轻减少左右、重量轻减少40%40%、体积减小、体积减小40%40%、质量比、质量比能量提高约能量提高约50%50%、循环寿命延长、循环寿命延长1 1倍以上。倍以上。电流路径短，内阻小，充放电效率高。较好地满足了大电流电流路径短，内阻小，充放电效率高。较好地满足了大电流放电、短时间充能、深循环寿命长。放电、短时间充能、深循环寿命长。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.2 4.2 铅酸蓄电池铅酸蓄电池Page 56

50、4 4、卷绕式密封铅酸蓄电池、卷绕式密封铅酸蓄电池将正负极板做成软性条状，中间和两侧均夹有纤维隔板，然将正负极板做成软性条状，中间和两侧均夹有纤维隔板，然后紧卷起来装入圆柱形电池壳内，焊接好极柱，加盖密封，后紧卷起来装入圆柱形电池壳内，焊接好极柱，加盖密封，组成电池，就形成了卷绕式密封铅酸蓄电池。组成电池，就形成了卷绕式密封铅酸蓄电池。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.2 4.2 铅酸蓄电池铅酸蓄电池Page 57新能源汽车技术，Faculty of New Energy V

51、ehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.2 4.2 铅酸蓄电池铅酸蓄电池图4.5 卷绕式密封铅酸蓄电池的外形结构示意图Page 58优势：优势：内阻低，输出电压比较平稳；内阻低，输出电压比较平稳；比功率高，适合高功率密度放电；比功率高，适合高功率密度放电；循环寿命长；循环寿命长；低温性能好；低温性能好；快速充电性能好；快速充电性能好；放电速度小。放电速度小。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.2 4.2 铅酸蓄电池铅酸蓄电池P

52、age 594.2.4 4.2.4 铅酸蓄电池的应用铅酸蓄电池的应用优势：优势：技术可靠，生产工艺成熟，成本低；技术可靠，生产工艺成熟，成本低；单体电池电压高（高于其他液体电解液电池）；单体电池电压高（高于其他液体电解液电池）；具有适合电动汽车使用的良好的大电流输出特性，良好的高具有适合电动汽车使用的良好的大电流输出特性，良好的高温和低温性能，较高的能量效率（温和低温性能，较高的能量效率（75%75%80%80%）以及多种多样）以及多种多样的型号和尺寸。的型号和尺寸。 铅酸蓄电池仍是电动汽车最具吸引力的能量源选择方案。铅酸蓄电池仍是电动汽车最具吸引力的能量源选择方案。新能源汽车技术，Facul

53、ty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.2 4.2 铅酸蓄电池铅酸蓄电池Page 60劣势：劣势：（质量）比能量和（体积比）能量都比较低（分别为（质量）比能量和（体积比）能量都比较低（分别为35Wh/kg35Wh/kg和和70Wh/L70Wh/L）；）；自放电率较高（自放电率较高（2525环境每天降低环境每天降低1%1%）；）；循环寿命相对较低（循环寿命相对较低（10001000次）；次）；硫酸腐蚀电极不便于长期储存。硫酸腐蚀电极不便于长期储存。新能源汽车技术，Faculty of New Energy V

54、ehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.2 4.2 铅酸蓄电池铅酸蓄电池Page 614.3.1 4.3.1 镍氢电池的分类与特点镍氢电池的分类与特点正极材料：镍正极材料：镍负极材料：储氢合金负极材料：储氢合金是一种碱性蓄电池。是一种碱性蓄电池。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.3 4.3 镍氢蓄电池镍氢蓄电池Page 62按照工作电压可分为高压和低压两类。按照工作电压可分为高压和低压两类。1 1、高压镍氢电池、高压镍氢电池

55、正极：镍（正极：镍（NiNi），压制或烧结的），压制或烧结的Ni(OH)Ni(OH)2 2电极电极负极：氢（负极：氢（H2H2），活性炭作载体的聚四氯乙烯（），活性炭作载体的聚四氯乙烯（PTFEPTFE）黏结）黏结式多孔气体扩散电极式多孔气体扩散电极电解液：氢氧化钾（电解液：氢氧化钾（KOHKOH）溶液）溶液优点：比能量高、寿命长、耐过充放电、可以通过氢压来指优点：比能量高、寿命长、耐过充放电、可以通过氢压来指示电池荷电状态。示电池荷电状态。缺点：容器需要耐高氢压，电池的体积比能量及质量比能量缺点：容器需要耐高氢压，电池的体积比能量及质量比能量较低；自放电较大；不能漏气；成本高。较低；自放电较

56、大；不能漏气；成本高。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.3 4.3 镍氢蓄电池镍氢蓄电池Page 632 2、低压镍氢电池、低压镍氢电池分为两种：一种是在镍氢电池中放入具有可逆吸放氢的储氢分为两种：一种是在镍氢电池中放入具有可逆吸放氢的储氢合金，以降低氢压；另一种低压镍氢电池以储氢合金（合金，以降低氢压；另一种低压镍氢电池以储氢合金（MHMH）为负极，氢氧化镍为负极，氢氧化镍Ni(OH)Ni(OH)2 2为正极，氢氧化钾（为正极，氢氧化钾（KOHKOH）溶液为）溶液为电解质。

57、电解质。优点：能量密度高；可快速充电；低温性能好；可密封，耐优点：能量密度高；可快速充电；低温性能好；可密封，耐过放电能力强；无毒无环境污染，不使用贵金属；无记忆效过放电能力强；无毒无环境污染，不使用贵金属；无记忆效应。应。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.3 4.3 镍氢蓄电池镍氢蓄电池Page 644.3.2 4.3.2 镍氢电池的工作原理镍氢电池的工作原理充电时充电时正极：正极：Ni(OH)Ni(OH)2 2+OH+OH- -e-e- -NiOOH+HNiOOH+H2

58、2O O负极：负极：2MH+2e2MH+2e- -2M+H2M+H2 2放电时放电时正极：正极：NiOOH+HNiOOH+H2 2O+eO+e- -Ni(OH)Ni(OH)2 2+OH+OH- -负极：负极：2M+H2M+H2 22MH+2e2MH+2e- -当镍氢电池以标准电流放电时，平均工作电压为当镍氢电池以标准电流放电时，平均工作电压为1.2V1.2V。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.3 4.3 镍氢蓄电池镍氢蓄电池Page 65新能源汽车技术，Faculty of

59、New Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.3 4.3 镍氢蓄电池镍氢蓄电池图4.6 镍氢电池的工作原理示意图Page 664.3.3 4.3.3 镍氢电池的结构镍氢电池的结构镍氢电池主要由正极、负极、电解液、极板、隔膜等组成。镍氢电池主要由正极、负极、电解液、极板、隔膜等组成。正极材料：氢氧化镍正极材料：氢氧化镍负极材料：储氢合金负极材料：储氢合金极板结构：发泡体、烧结体极板结构：发泡体、烧结体电解质：氢氧化钾电解质：氢氧化钾在正负极之间有隔膜在正负极之间有隔膜催化剂：铂催化剂：铂新能源汽车技术，Faculty of N

60、ew Energy Vehicles，May,2014第第4 4章章 新能源汽车的储能装置新能源汽车的储能装置4.3 4.3 镍氢蓄电池镍氢蓄电池Page 674.3.4 4.3.4 镍氢电池的性能特征镍氢电池的性能特征优点：优点：比能量高、质量轻、体积小、比功率高、循环寿命长、无污比能量高、质量轻、体积小、比功率高、循环寿命长、无污染、使用温度范围宽、安全可靠。染、使用温度范围宽、安全可靠。缺点：缺点：成本高、自放电损耗大、电压低、电池组热管理要求比较高。成本高、自放电损耗大、电压低、电池组热管理要求比较高。新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May