第一章 电动汽车动力电池Pack系统技术及检修

1、电动汽车动力电池电动汽车动力电池Pack系统技术及检修系统技术及检修Xiangyang Auto vocational technical college主讲人：陈主讲人：陈 斌斌第一章第一章 动力电池现状及发展趋势简述动力电池现状及发展趋势简述Xiangyang Auto vocational technical collegeXiangyang Auto vocational technical college1. 电池发展史电池发展史 电池的诞生，基于人们对获取持续而稳定的电流的需要。不过，电池的发明却来源于一次青蛙的解剖实验所产生的灵感，多少有些偶然 1780年，意大利解刨学家迦伐尼在

2、做解刨实验时发现：两手拿着不同金属器械同时碰在青蛙的大腿上，青蛙的腿部肌肉立刻抽搐了一下，仿佛受到电流的刺激，而如果只用一种金属器械去触动青蛙，就无此反应。迦伐尼认为，出现这种现象是因为动物躯体内部产生的一种电，他称之为“生物电”Xiangyang Auto vocational technical college1. 电池发展史电池发展史 伽伐尼的发现引起了物理学家们的极大兴趣，他们竞相重复伽伐尼的实验，企图找到一种产生电流的方法。而意大利物理学家伏特在多次实验后则认为：青蛙的肌肉之所以能产生电流，大概是肌肉中某种液体在起作用。为了论证自己的观点，伏特把两种不同的金属片浸在各种溶液中进行试验

3、。结果发现，这两种金属片中，只要有一种与溶液发生了化学反应，金属片之间就能够产生电流。1799年，伏特成功制成了世界上第一个电池“伏特电堆”。这个“伏特电堆”实际上就是串联的电池组。Xiangyang Auto vocational technical college1. 电池发展史电池发展史 1836年，英国的丹尼尔对“伏特电堆”进行了改良，又陆续有效果更好的“本生电池”和“格罗夫电池”等问世。然而在当时，无论哪种电池都需在两个金属板之间灌装液体，搬运很不方便，特别是蓄电池所用液体是硫酸，在挪动时很危险。Xiangyang Auto vocational technical college1

4、. 电池发展史电池发展史 干电池的诞生，干电池的鼻祖在19世纪中期诞生。1860年，法国的雷克兰士发明了碳锌电池，这种电池更容易制造，且最初潮湿水性的电解液，逐渐被黏浊状类似糨糊的方式取代，于是装在容器内时，“干”性的电池出现了。Xiangyang Auto vocational technical college1. 电池发展史电池发展史 事实上，蓄电池的最早发明同样可以追溯到1860年。当年，法国人普朗泰发明出用铅做电极的电池。这种电池的独特之处是，当电池使用一段时间电压下降时，可以给它通以反向电流，使电池电压回升。因为这种电池能充电，并可反复使用，所以称它为“蓄电池”。 Xiangyan

5、g Auto vocational technical college1. 电池发展史电池发展史 1890年，爱迪生发明可充电的铁镍电池，正极活性物质主要由镍制成，负极活性物质主要由铁制成的一种碱性蓄电池。铅蓄电池是一种酸性蓄电池，与之不同，铁镍蓄电池的电解液是碱性的氢氧化钾溶液，是一种碱性蓄电池。其正极为氧化镍，电动势约为1.31.4伏。其优点是轻便、寿命长、易保养，缺点是效率不高。Xiangyang Auto vocational technical college1.1 电池发展史电池发展史 进入20世纪后，电池理论和技术一度处于停滞状态，但在二次世界大战之后，随着一些基础研究在理论上取

6、得突破、新型电极材料的开发和各类用电器具日新月异的发展，电池技术又进入了一个快速发展的时期，科学家首先发展了碱性锌锰电池。进入80年代，科学技术发展越发迅速，对化学电源的要求也日益增多、增高。如集成电路的发展，要求化学电源必须小型化；电子器械、医疗器械和家用电器的普及不仅要求化学电源体积小，而且还要求能量密度高、密封性和贮存性能好、电压精度高。因此电池池的研究重点转向蓄电池，1988年，镍镉电池实现商品化。1992年，锂离子电池实现商品化，1999年，聚合物锂离子蓄电池进入市场。 Xiangyang Auto vocational technical college2. 动力电池概述动力电池概

7、述l动力电池 指具有较大电能容量和输出功率，可配置电动自行车、电动汽车、电动设备及工具驱动电源的电池即为工具提供动力来源的电池，通常也包括军事(潜艇、高级智能机器人等）及企事业单位使用的蓄能电池设备、通讯指挥系统的常备电源等。l动力电池特点高能量（EV）和高功率（HEV）；高能量密度；高倍率部分荷电状态下（HRPSOC）的循环使用（HEV）；工作温度范围宽（一30 65）；使用寿命长，要求510 年；安全可靠。Xiangyang Auto vocational technical college2. 动力电池概述动力电池概述l动力电池分类 根据动力电池的特点、要求、应用领域不同，国内外动力电池

8、的研发种类大致为：铅酸电池镍镉/镍氢电池锂离子电池燃料电池 动力电池之所以成为当今世界的研究热点，主要由于私家车大量增加，环境污染日益加剧；同时石油资源匮乏，迫使世界各国寻找新能源，发展新的交通工具，因此，动力电池和电动交通工具的发展被放在更加重要的位置。Xiangyang Auto vocational technical college3. 动力电池应用领域动力电池应用领域电动工具类Xiangyang Auto vocational technical college3. 动力电池应用领域动力电池应用领域低速电动交通工具Xiangyang Auto vocational technical

9、 college3. 动力电池应用领域动力电池应用领域电动汽车Xiangyang Auto vocational technical college风光储能 用一个电化学接口（又称：保护线路板）将风力发电机、太阳能板、锂离子电池和LED环保节能灯（或其它用电装置）有机地链结在一起，实现风电光互补一体化智能储能供电系统。 3. 动力电池应用领域动力电池应用领域Xiangyang Auto vocational technical collegeUPS电源UPS即不间断电源，是将蓄电池（多为铅酸免维护蓄电池）与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。主要用于给单台计算机、

10、计算机网络系统或其它电力电子设备如电磁阀、压力变送器等提供稳定、不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS 将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断（事故停电）时， UPS 立即将电池的直流电能，通过逆变零切换转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS 设备通常对电压过高或电压过低都能提供保护。3. 动力电池应用领域动力电池应用领域Xiangyang Auto vocational technical college4. 电动车用动力电池现状电动车用动力电池现状 为了减少对石油的依赖程度

11、，控制环境污染和温室效应，电动车作为一种绿色交通工具，它的开发正在受到各国的重视。电池是电动车的心脏，电动汽车的开发关键在于动力电池的竞争，但由于目前动力电池的比能量不够高、充电时间长、一次充电行程短、安全性差、电池成本高等原因，尚不能得到大范围推广，所以电动车用动力电池的发展成了电动车发展的瓶颈。Xiangyang Auto vocational technical college铅酸蓄电池 铅酸蓄电池是1859年由普兰特发明的，至今已有一百多年的历史。铅酸蓄电池自发明后，在化学电源中一直占有绝对优势。 这是因为其有如下优点价格低廉、原材料丰富开路电压高安全可靠性高大电流放电环境温度适应范围

12、宽铅回收效率高4. 电动车用动力电池现状电动车用动力电池现状Xiangyang Auto vocational technical college 但铅酸蓄电池随着充放电次数的增加，容量会逐渐衰减，而且比能量较少，比功率较小，生产过程会造成污染。在电动车需求的刺激下，铅酸电池的研究取得了很大的进展，但是电动车动力使用任然面临巨大的挑战，即必须在3个问题上有待提高：提高比能量和比功率提高循环寿命提高快速充电能力 为了解决电动车用铅酸电池的三大技术难关，国际铅锌研究组织与1992年发起成立的先进铅酸电池联合会（ALABC）通过两个阶段的攻关开发，电动车用铅酸电池取得重大进展4. 电动车用动力电池现

13、状电动车用动力电池现状Xiangyang Auto vocational technical college4. 电动车用动力电池现状电动车用动力电池现状Xiangyang Auto vocational technical college镍镉电池 镍镉电池属于碱性蓄电池，与酸性蓄电池相比，容器和极板的强度高，寿命长，无硫化现象，工作可靠，耐强电流放电。 缺点是内阻大，价格高，镉是重金属，生产过程污染环境。 法国阿尔斯通电器公司下属的专门生产镍镉电池的子公司SAFT，生产的阳极烧结式、阴极粘结式电池是世界上水平最高的，该电池比能量为54Wh/kg，使用寿命可达2000次以上，可大电流放电，容量

14、可达到100Ah4. 电动车用动力电池现状电动车用动力电池现状Xiangyang Auto vocational technical college镍氢电池4. 电动车用动力电池现状电动车用动力电池现状 镍氢电池是由氢离子和金属镍合成，电量储备比镍镉电池多30%，比镍镉电池更轻，使用寿命也更长，并且对环境无污染。镍氢电池的缺点是价格比镍镉电池要贵好多，性能比锂电池要差。 镍氢电池现主要应用于混合电动车。2011年HEV市场占56%，零售市场（包括遥控车、玩具、家用电器、数码摄像机）占24%，无绳电话占11%，其他市场为9%。 世界镍氢电池主要由中国和日本企业生产，占全球产量的95%以上。我国镍

15、氢电池增长乏力，近几年的产品产值、产量均未超过2008年的高峰。2011年，镍氢电池的产值、产量分别为55亿元、9.5亿只，与2008相比分别下降15.38%、26.36%。产品规模的缩小使得镍氢电池更不具规模经济，未来情景堪忧，其发展空间仍然取决于混合电动车的应用情况。Xiangyang Auto vocational technical college锂离子电池4. 电动车用动力电池现状电动车用动力电池现状 锂离子电池是一种二次电池（充电电池），它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作，充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。Xiangyang Au

16、to vocational technical college4. 电动车用动力电池现状电动车用动力电池现状 锂离子电池作为车载动力也已经成为国内外开发的热点，原因是电池作为车载动力与铅酸电池、镍氢电池相比有如下优点：工作电压高，单体电压可达到3.6V，是镍氢电池的3倍；体积小，重量轻，相同容量下体积比镍氢电池小，质量是铅酸电池的1/4;能量密度高，是镍氢电池的两倍，铅酸电池的4倍；循环寿命长无污染、电池材料没有有毒物质工作温度范围宽：-40-70；无记忆效应；储存期长Xiangyang Auto vocational technical college4. 电动车用动力电池现状电动车用动力电

17、池现状 锂离子电池以其优越的特性被作为未来电动车最主要的候选动力源，是目前竞争研究热点，但是安全性一直是制约锂离子电池发展的技术难题。Xiangyang Auto vocational technical college4. 电动车用动力电池现状电动车用动力电池现状Xiangyang Auto vocational technical college4. 电动车用动力电池现状电动车用动力电池现状 综上所述：对常用车用动力电池的特性做如下比较。Xiangyang Auto vocational technical college燃料电池4. 电动车用动力电池现状电动车用动力电池现状 燃料电池是将

18、燃料具有的化学能直接变为电能的发电装置。目前燃料电池技术尚未完全成熟且质子交换膜和用作催化剂的Pt，价格昂贵，导致制造成本过高，短期内实现商业化的可能性不大。Xiangyang Auto vocational technical college5. 电动车用动力电池发展趋势电动车用动力电池发展趋势 铅酸蓄电池 铅酸电池虽便宜，并在叉车、观光车或者短途公共汽车上作为动力源应用，但新一代铅酸电池的比能量和循环次数仍存在严重的限制。未来使用铅酸电池来驱动在高速公路上行驶的电动汽车是不实际的，但价格优势使其在轻度混合或者短途行驶的电动汽车（如观光车）中仍占一席之地。然而，近期美国的“下一代电池和电动车

19、”中有一种超级电池（ultra battery）是超级电容器与铅酸电池的并联使用。这种电池具有双电层电容器的高比功率、长寿命以及铅酸电池价格便宜的优势，将具有市场竞争力。Xiangyang Auto vocational technical college5. 电动车用动力电池发展趋势电动车用动力电池发展趋势 镍氢电池 镍氢电池虽然具有较高的比能量和比功率等优点；但由于需要大量使用镍和钴其成本较高，镍钴的稀缺性会导致其大批生产和使用时价格反而会上涨。目前，它仍然大量地应用于混合动力车，随着锂离子电池的大规模生产和成本的降低，镍氢电池终将退出。日本丰田汽车公司宣布最新一代Prius不再使用镍氢电池而使用锂离子电池。镍氢电池是电动汽车过渡阶段使用的电池，但在近期和中期仍然是非常关键的动力电池之一。Xiangyang Auto vocational technical college5. 电动车用动力电池发展趋势电动车用动力电池发展趋势 锂离子电池目前市场上的电池中，锂离子电池（锂离子电池和锂高聚合物电池）的性能最好，同质量的锂离子电池其能量是铅酸电池的46倍，是镍氢电池的23倍。价格和大功率锂离子电池的安全性