第3章电动汽车能量源1

第3章电动汽车能量源3.1动力电池概述3.2铅酸蓄电池3.3二次锂电池3.4镍氢蓄电池3.5钠硫蓄电池3.6燃料电池3.7其它储能装置3.8电池性能的检测方法3.9电池组的选择与设计3.10电池的技术水平和发展方向电动汽车技术与原理第1页充电式混合动力电动汽车电动汽车结构电动汽车技术与原理第2页“增程式”电动汽车

电动汽车结构电动汽车技术与原理第3页长/宽/高（mm）3524/1560/1494整备质量（Kg）950额定/峰值功率（Kw）18/35最大扭矩(Nm)120电池锂电池340V50Ah最高车速（km/h）120续驶里程

(km)150百公里能耗(Kwh)10奔奔纯电动轿车电动汽车技术与原理第4页高压电源动力电池组是供电机工作的唯一动力电源，提供约150~380V高压直流电。空调系统的空压机，动力转向系统的油泵和制动系统的真空泵等，也需要动力电池组提供动力电能。低压电源动力电池组通过DC/DC转换器，供应12V或24V低压电，并储存到低压电池组中。低压电池组是仪表、照明和信号装置等工作的电源。车载电源配置电动汽车技术与原理第5页奔奔纯电动轿车结构CAN线高压线低压线电动汽车技术与原理第6页车载电源的发展第一代EV电池：铅酸电池

优点：技术成熟，成本低。

缺点：比能量和比功率低20小时率容量(C20(Ah))：36

额定电压(v)：12V

长*宽*高(mm)：197*130*202

参考重量(kg)：10.6

市场价：￥500.00(约)电动汽车技术与原理第7页

第二代高能电池：

镍—镉电池镍—氢电池锂离子电池锌—空气电池

优点：比能量和比功率都比铅酸电池高

缺点：复杂的电池管理系统和温度控制系统，成本高车载电源的发展镍氢电池锂离子电池电动汽车技术与原理第8页卡宴SHybrid镍氢电池组位于后备箱下方

240个独立单元288伏电压1.7千瓦时能量在纯电动模式下行驶大约2km最高车速60km/h

电动汽车技术与原理第9页第三代电池：飞轮电池、超级电容器

优点:效率高，充电和放电方便迅速不足：处于研制阶段车载电源的发展电动汽车技术与原理第10页3.1动力电池概述3.1.1化学电池的基本组成3.1.2电池的基本常识3.1.3电池的种类3.1.4电池的性能指标3.1.5各种车用电池的性能比较电动汽车技术与原理第11页3.1.1化学电池的基本组成电极（正极和负极）一般由活性物质和导电骨架组成电解质在电池内部阴、阳极之间担负传递电荷（带电离子）的作用隔膜阴、阳极之间起到绝缘作用的薄膜、板材或胶状物等

外壳盛放和保护电池电极、电解质、隔膜的容器电动汽车技术与原理第12页3.1.2电池的基本常识

1.电池的组合

蓄电池作为动力源，一般要求有较高的电压和电流，所以需要将若干个单体电池通过串联、并联与复联的方式组合成电池组使用。电池组合中对单体电池性能有严格的要求，在同一组电池中必须选择同一系列、同一规格、性能尽可能一致的单体电池。电动汽车技术与原理第13页3.1.2电池的基本常识2.电池的放电

电池放电是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。

放电深度（DepthofdischargeDOD）

电池使用过程中，实际放电容量与额定容量的百分比来。

放电率指放电时的速率，常用时率或倍率表示。时率是指一定的放电电流放完额定容量所需的小时数倍率是指规定时间内放出其额定容量时所输出电流的数值与额定值的倍数。电动汽车技术与原理第14页20Ah容量的电池，20安培放电一小时放完，为1小时率（1H），1C倍率放电10H率，就是放电电流减少到1C的1/10,就是0.1C放电，对应的电流为2安培20H率，就是放电电流减少到1C的1/20,就是0.05C放电，对应的电流为1安培放电时率倍率电动汽车技术与原理第15页练习问题：若电池额定容量为12Ah，充满电后以2C倍率放电10分钟，估算放电量。电流强度：12Ah×2/h=24A放电量：24A×（10/60）h=4Ah分析：电动汽车技术与原理第16页3.1.2电池的基本常识

3.电池的充电

电池充电是将外部电源输入蓄电池的直流电能转换为化学能储存起来的过程。充电特性充电时蓄电池的电流、电压与时间之间的关系。完全充电蓄电池内所有可利用的活性物质都已转变成完全荷电状态。充电率指充电时的速率，也用时率和倍率来表示。充电方式：恒压充电，恒流充电，涓流充电，浮充电电动汽车技术与原理第17页蓄电池的荷电状态（state

of

charge

）

蓄电池充放电后剩余的容量与全荷电容量的百分比。3.1.2电池的基本常识

SOC=0表示电池放电完全；SOC=1表示电池完全充满。电动汽车技术与原理第18页假设在△t时间内，电池以恒定电流放电，在时刻n其电池时间容量为：

△C为△t时间内电池的放电量。

转化为积分形式：

由上式可估算出t时刻电池SOCt：

安时法确定SOC电动汽车技术与原理第19页3.1.2电池的基本常识

4.电池的极化

极化是电池由静止状态转入工作状态产生的电池电压、电极电位的变化现象。极化现象反映了由静止状态转入工作状态能量损失的大小，极化损失越小越好。极化现象也可理解为对平衡现象的偏离。热力学平衡过程与可逆现象紧密相连。可逆过程或平衡过程的变化率是很小的，但实际过程必须有一定的速率，有时还要求有很高的速率。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。电动汽车技术与原理第20页3.1.2电池的基本常识5.记忆效应

记忆效应是指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，尽管电池本身的容量可以使电池放电到更低的平台上，但在以后的放电过程中，电池将只记得这一低容量。同样在每一次使用中，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。主要表现在镍镉电池中。电动汽车技术与原理第21页

电池是电力汽车的动力源，是能量的存贮装置。要使电动汽车能与燃油汽车相竞争，关键是开发住比能量高、比功率大、使用寿命长、成本低的电池。电动汽车动力电池化学电池物理电池生物电池3.1.3电池的种类电动汽车技术与原理第22页3.1.3电池的种类生物电池利用生物（如生物酶、微生物或叶绿素等）分解反应过程中表现出来的带电现象所进行的能量转换

酶电池、微生物电池、生物太阳电池物理电池利用物理原理制成，能在一定条件下实现直接能量转换

太阳能电池、飞轮电池、核能电池、温差电池、超级电容化学电池将化学反应产生的能量直接转换为电能的装置

原电池、蓄电池、燃料电池、（超级电容）电动汽车技术与原理第23页3.1.3电池的种类化学电池分类方式：1.按电池的电解液种类

碱性电池、酸性电池、中性电池、有机电解液电池

2.按电池的正负极材料

锌系列电池、镍系列电池、铅系列电池、锂系列电池、二氧化锰系列电池、空气系列电池3.按电池功能

一次电池、二次电池、燃料电池、贮备电池

电动汽车技术与原理第24页锌锰干电池铅酸蓄电池化学电池电动汽车技术与原理第25页车用化学电池结构比较

结构类型正极负极电解液隔板铅酸电池PbO2纯铅硫酸溶液玻璃棉材料镍氢电池NiOOH吸氢合金KOHNiOH

溶液维尼纶无纺布锂离子电池LiCoO2锂碳化合物有机溶剂聚烯烃薄膜电动汽车技术与原理第26页物理电池3.6V太阳能电池草坪灯美国BOOSTCAP超级电容器(125V)电动汽车技术与原理第27页电动机发电机飞轮输入电能输出电能机械能飞轮储能原理威廉姆斯的电驱飞轮

物理电池电动汽车技术与原理第28页飞轮电池轴承电机轴承真空容器飞轮电力电子装置超级电容器物理电池电动汽车技术与原理第29页生物电池阳极反应：葡萄糖→葡萄糖酸+2H++2e-

阴极反应：H2O2+2H++2e-→2H2O

电动汽车技术与原理第30页3.1.4电池的性能指标1.电池的容量

电池的容量是指完全充电的蓄电池在规定条件下所释放的总电量，常用字母C来表示，其单位为安培时（A·h）。电池容量通常有以下几种：理论容量，额定容量，可用容量，剩余容量。2.电池的能量

电池的能量是指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（W·h）或千瓦时（kW·h）。电池的能量通常有如下几种：总能量，充电能量，放电能量。电动汽车技术与原理第31页3.1.4电池的性能指标3.能量密度与功率密度分别指从蓄电池的单位质量（或体积）所获取的电能与输出功率，也分别被称为比能量与比功率。

（1）质量能量密度，也称质量比能量，单位为W·h/kg。（2）体积能量密度，也称体积比能量，单位为W·h/L。（3）质量功率密度，也称质量比功率，单位为W/kg。（4）体积功率密度，也称体积比功率，单位为W/L。

功率密度决定汽车的加速性、爬坡性和最高车速。能量密度决定汽车一次充电后的续驶里程。电动汽车技术与原理第32页比亚迪e6铁电池，重达600公斤能量密度100瓦时/千克一次充电60度

比亚迪e6铁电池电动汽车技术与原理第33页众泰朗悦电动车的电池电池重量60*4=240kg续驶里程200公里电动汽车技术与原理第34页日产的LEAF

能量24千瓦时，336KG，能量密度140瓦时/KG通用雪佛兰Volt

能量为16千瓦时，181.4KG，能量密度88瓦时/KG比亚迪E6

能量为60千瓦时，600KG，能量密度100瓦时/KG2015年能量密度150，电池组125200公斤电池组25度电，续航里程100-250公里2020年能量密度200，电池组180200公斤电池组36度电，续航里程250-400公里电池能量密度发展预测电动汽车技术与原理第35页3.1.4电池的性能指标

4.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称为开路电压，一般用高内阻的电压表或万用表测量。5.电池的内阻

电池放电时的内阻包括欧姆内阻和极化电阻。欧姆内阻是电池中各组成部分的电子导电阻力、离子导电阻力及接触电阻之和，与电极结构和装配工艺有关。极化电阻是电极反应形成的，与电极反应本质及材料有关。电动汽车技术与原理第36页3.1.4电池的性能指标

6.电池的工作电压、放电终止电压和放电曲线

电池工作电压是指电池放电时，电池两极之间的电位差，也叫放电电压或端电压。工作电压应等于其开路电压减去电池内阻的压降。与放电制度有关。放电制度是指电池放电时所规定的各种条件，主要包括放电方式（指连续或间断）、放电电阻、放电电流、放电时间、放电终止电压及放电环境温度等。放电曲线表示在一定放电条件下，连续放电时电池的工作电压随时间变化的关系曲线。电动汽车技术与原理第37页实际电压源与外电路的联接。电压源US、电流I及其端电压U的关系为这是表征直流电压源端电压U和电流I的外特性方程。US、R0是常数，从外特性方程可知，电源开路时，I=0，U=US；电源短路时，U=0，I=IS＝US/R0。端电压开路电压电动势开路时，U=US，I=0，短路时，U=0，I=IS＝US/R0U=US-IR0I=US/(R+R0)电动汽车技术与原理第38页常用化学电池电压指标

指标类型额定电压(v)放电终止电压(v)充电终止电压(v)铅酸电池２1.752.7镍氢电池１.211.5

锂离子电池3.634.25电动汽车技术与原理第39页电池放电曲线电动汽车技术与原理第40页3.1.4电池的性能指标

7.电池的寿命

电池的寿命是指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，称为一个循环或一个周期。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，称为蓄电池的循环寿命。8.电池的温度特性环境温度是影响电池性能的重要因素。电池对环境温度及温度升高的情况都比较敏感。大部分都要求在较狭窄的温度范围内工作，才能保持较高的性能，否则就会损坏。电动汽车技术与原理第41页3.1.5各种车用电池的性能比较

电动汽车动力电源的主要要求有比功率高、比能量大、循环寿命长、安全可靠、成本低、对使用环境温度要求低、能量转换效率高、对环境污染小等。电动汽车的未来发展很大程度决定于动力电池的各项性能。为便于选取，有必要对各类车用动力电池的性能优缺点做集中比较。电动汽车技术与原理第42页各类车用动力电池的性能比较表电动汽车技术与原理第43页各类车用动力电池的性能比较表（续）返回电动汽车技术与原理第44页3.2.1铅酸蓄电池的结构和原理3.2.2铅酸蓄电池的充放电特性3.2.3铅酸蓄电池的种类及现状3.2.4铅酸蓄电池的应用3.2铅酸蓄电池电动汽车技术与原理第45页3.2.1铅酸蓄电池的结构和原理电动汽车技术与原理第46页3.2.1铅酸蓄电池的结构和原理电动汽车技术与原理第47页3.2.1铅酸蓄电池的结构和原理基本结构

正极板、隔板、负极板正极板表面上附着一层褐色的二氧化铅负极板是海绵状的铅板，颜色为深灰色电解液是浓度为（27～37）%的稀硫酸水溶液电动汽车技术与原理第48页极板—由栅架和活性物质组成分为正极板和负极板；以铅—锑合金浇铸成的栅架为骨架；栅架上填充活性物质制成极板。

活性物质正极板深棕色的二氧化铅(PbO2)，负极板海绵状、青灰色的纯铅(Pb)。3.2.1铅酸蓄电池的结构和原理电动汽车技术与原理第49页普通型放射型栅架

分为普通型和放射型。其中放射型栅架具有输出电流大、内阻小的特点，在新型蓄电池中采用。3.2.1铅酸蓄电池的结构和原理电动汽车技术与原理第50页极板组单格蓄电池极板组12V蓄电池极板组为了增大蓄电池的容量，每个单格蓄电池都由多个正、负极板组成极板组。极板组3.2.1铅酸蓄电池的结构和原理每个正极板都处于两片负极板之间，使正极板两侧充、放电均匀。负极板比正极板多一块电动汽车技术与原理第51页

极板组3.2.1铅酸蓄电池的结构和原理电动汽车技术与原理第52页隔板3.2.1铅酸蓄电池的结构和原理正、负极板之间装有绝缘隔板，以防止极板之间短路。隔板有许多微孔，让电解液畅通无阻。隔板一面平整，一面有沟槽。沟槽面对着正极板。使充放电时，电解液能通过沟槽及时供给正极板，当正极板上的活性物质PbO2脱落时能迅速通过沟槽沉入容器底部。隔板材料有木质隔板、微孔橡胶、微孔塑料、玻璃纤维和纸板等。电动汽车技术与原理第53页64%蒸馏水H2O+36%硫酸H2SO4=电解液密度：1.000密度：1.835密度：1.265电解液密度对蓄电池的容量和寿命影响大。密度大可以提高蓄电池的容量，减少结冰的危险。但粘度增加，流动性变差，使蓄电池的容量下降，而且腐蚀作用增强，降低极板和隔板的寿命。电解液3.2.1铅酸蓄电池的结构和原理化学纯的硫酸（H2SO4）和蒸馏水（H2O）按一定比例配制而成的硫酸水溶液。密度为1.24～1.31克/立方厘米。电动汽车技术与原理第54页壳体采用耐酸、耐热和耐震的硬橡胶或聚丙稀塑料制成整体式结构。壳体内分成６个互不相通的单格，每个单格内装有极板组和电解液组成一个单格的蓄电池。壳体底部有凸起的筋，用来支撑极板组，并使极板上脱落的活性物质落入凹槽，防止极板短路。壳体3.2.1铅酸蓄电池的结构和原理电动汽车技术与原理第55页联条：串联各单格电池，材料为铅。加液孔盖：蓄电池的每一个单格都有一个加液孔，加注电解液和检测电解液密度；孔盖上有通气孔，应经常保持畅通，随时排除蓄电池化学反应放出的氢气和氧气，防止外壳胀裂和发生事故。附件3.2.1铅酸蓄电池的结构和原理联条加液孔盖电动汽车技术与原理第56页3.2.1铅酸蓄电池的结构和原理基本原理电池两端加上负荷时，在电池外部，电路电子流动形成电流，而在电池内部，化学能转换为电能，电以离子的形式从一个电极到另一个电极。正电极在放电时，外界电路接收电子，形成还原反应；负电极释放电子到外界电路，形成氧化反应；电解液的作用是给正负电极之间流动的离子创造一个液体环境，或者说充当离子流动的介质作用。

化学反应方程式：电动汽车技术与原理第57页1.电动势的建立正极板：

PbO2→Pb4+Pb4++2e→Pb2+

＋2.0V负极板：Pb-2e→Pb2+

-0.1V两极板之间的电动势为2.1V

3.2.1铅酸蓄电池的结构和原理电动汽车技术与原理第58页负极：Pb-2e→Pb2+Pb2++SO42-→PbSO4

附在阴极板上2.放电时化学反应正极：

Pb2++SO42-→PbSO4

附在阳极板上

电解液中：H++OH-→H2OSO42+→减少电解液浓度降低3.2.1铅酸蓄电池的结构和原理电动汽车技术与原理第59页3.充电时化学反应阳极的氧化反应为阴极的还原反应为充电时的总反应为

随着电流的通过，在阴极上变成蓬松的金属铅，在阳极上变成黑褐色的二氧化铅，溶液中有生成。3.2.1铅酸蓄电池的结构和原理电动汽车技术与原理第60页4.水的电解充电时，随着电池端电压升高，水开始被电解；阳极给出电子，阴极得到电子，从而形成了回路电流；端电压越高，电解水也越激烈，此时充入的大部分电荷参加水电解，形成活性物质很少；当电压达到约2.39V/单体时，水的电解不可忽视。

3.2.1铅酸蓄电池的结构和原理电动汽车技术与原理第61页3.2.2铅酸蓄电池的充放电特性多变量

影响电池充放电的因素很多，诸如电池中电解液的浓度、正负极板的活性物质状态及活跃程度、环境温度、电池内部的压力，以及带孔隔板的质量等。非线性

铅酸蓄电池的充电过程最大可接受充电电流随时间成指数规律下降。离散性

随着放电状态、使用时间和放置时间长短的不同，相同类型的不同电池所表现出来的充电曲线也不尽相同，所以不能按照同一种方式充电。电动汽车技术与原理第62页指蓄电池在静止状态(不充电也不放电)下正负极板之间的电位差(即开路电压)。它的大小与电解液的相对密度和温度有关，当相对密度在1.050～1.300的范围内时，可由下述经验公式计算其近似值：E0=0.85十25摄氏度的电解液相对密度25℃密度＝测量密度×（1-0.007×（25℃－实际温度））汽车用蓄电池的电解液相对密度在充电时增高，放电时下降，一般在1.12～1.30之间波动，因此，蓄电池的静止电动势也相应地变化在1.97～2.15V之间。静止电动势3.2.2铅酸蓄电池的充放电特性电动汽车技术与原理第63页内电阻

蓄电池的内电阻大小反映了蓄电池带负载的能力。内电阻越小，输出电流越大，带负载能力越强。由极板电阻、电解液电阻、隔板电阻及联条电阻等组成。3.2.2铅酸蓄电池的充放电特性电动汽车技术与原理第64页1．铅酸蓄电池的放电特性放电特性是将充足电的蓄电池，在以20h放电率的电流连续放电过程中，端电压U、电动势E和电解液密度ρ随放电时间的变化规律。放电过程中，由于蓄电池内阻有压降IfR0，所以，蓄电池的端电压总是小于其电动势E，即：

Uf=E-IfR03.2.2铅酸蓄电池的充放电特性电动汽车技术与原理第65页铅酸蓄电池的放电曲线密度ρ随着放电的进行而直线下降，因此，在使用中可以根据电解液的密度来判断蓄电池的放电程度。静止电动势E０与电解液的密度变化相似，单格蓄电池的放电终止电压1.75V（10.5V）。电动汽车技术与原理第66页蓄电池放电终了特征：（1）单格电池电压降到终止电压（2）电解液密度下降到最小许可值蓄电池在恒流放电过程中，端电压的变化规律:(1)开始放电阶段(2)相对稳定阶段(3)迅速下降阶段电动汽车技术与原理第67页2．铅酸蓄电池的充电特性充电特性是指在恒电流充电过程中，蓄电池的端电压U、电动势E和电解液密度ρ随时间变化的规律。充电时电源电压必须克服蓄电池的电动势和蓄电池内阻产生的电压降ICR0，因此，充电过程中蓄电池的端电压总是大于蓄电池的电动势，即:UC=E+ICR03.2.2铅酸蓄电池的充放电特性电动汽车技术与原理第68页铅酸蓄电池的充电特性随着充电的进行，电动势逐渐升高，电解液密度增大，充满电后，单格蓄电池的电压为2.1V（12.6V）。电动汽车技术与原理第69页蓄电池充电终了特征：（1）电解液中有大量气泡冒出，呈沸腾状态（2）电解液密度和端电压上升到规定值（2.7v)，且2～3小时保持不变蓄电池在恒流充电过程中，端电压的变化规律:(1)开始充电阶段(2)相对稳定阶段(3)迅速上升阶段电动汽车技术与原理第70页可以根据蓄电池的开路端电压的大小，判断充电情况：3.2.2铅酸蓄电池的充放电特性电动汽车技术与原理第71页3.2.2铅酸蓄电池的充放电特性高效阶段

两极的硫酸铅分别转换成了铅和二氧化铅，充电接受率高，接近100%。这个阶段在温度和充电率都保证的情况下单体端电压达到2.39V时结束。混合阶段

水解副反应和充电主反应同时进行，此时的充电接受率逐步下降。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，这表示电池已经充满电。析气阶段

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，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。电动汽车技术与原理第72页常用的充电方法有1.定流充电2.定压充电3.快速充电3.2.2铅酸蓄电池的充放电特性电动汽车技术与原理第73页1、定流充电在充电过程中，充电电流保持为恒定值的充电方法称为“定流充电”。可以将不同电压值、容量相近的蓄电池串联起来充电。如果容量不同，应按容量小的蓄电池来决定充电电流。电动汽车技术与原理第74页定流充电的方法：定流充电时，随着蓄电池电动势的提高，要保持充电电流恒定，必须提高充电电压；当单格电压上升到2.4V时，应将电流减半后再充电，直到单格电压上升到2.7V，端电压和电解液密度在2-3小时内保持不变为止。定流充电的特点：定流充电有较大的适应性，可以根据需要选择充电电流，但充电时间长，而且需要经常调节充电电流。一般适用于新蓄电池和故障修复蓄电池的初充电。1、定流充电电动汽车技术与原理第75页2、定压充电在充电过程中，始终保持充电电压不变的充电方法称为“定压充电”。定压充电时，可以将相同电压值的蓄电池并联起来一起充电。电动汽车技术与原理第76页定压充电在充电初期，由于蓄电池的电动势较低，因而充电电流大；随着电动势的升高，充电电流逐渐减小，在接近充电终了时，充电电流已降低到很小值。

定压充电的特点：充电过程中电解液无沸腾现象，可以减少水分的损失；在充电4～5小时后，容量可达90%～95%，缩短了充电的时间。定压充电方法适用于蓄电池的补充充电，不适用于新蓄电池和故障蓄电池的初充电。2、定压充电定压充电电流电动汽车技术与原理第77页蓄电池快速充电的原理快速充电要想方设法加快电池的化学反应速度(提高充电电压或电流等)，使充电速度得到最大提高；快速充电又要保证负极吸收能力，使负极能够跟得上正极氧气产生的速度，同时要尽可能的消除电池的极化现象。3、快速充电电动汽车技术与原理第78页1）脉冲式充电法脉冲充电法首先是用脉冲电流对电池充电，然后停充一段时间，如此循环。充电脉冲使蓄电池充满电量，而间歇期使蓄电池经化学反应产生的氧气和氢气有时间重新化合而被吸收掉。间歇脉冲使蓄电池有较充分的反应时间，减少了析气量，提高了蓄电池的充电电流接受率。

电动汽车技术与原理第79页变电流间歇充电法将恒流充电段改为限压变电流间歇充电段。充电前期的各段采用变电流间歇充电的方法，保证加大充电电流，获得绝大部分充电量。充电后期采用定电压充电段，获得过充电量，将电池恢复至完全充电态。2）变电流间歇充电法定流定压电动汽车技术与原理第80页3）变电压间歇充电法与变电流间歇充电方法不同之处在于第一阶段的不是间歇恒流，而是间歇恒压。在每个恒电压充电阶段，由于是恒压充电，充电电流自然按照指数规律下降，符合电池电流可接受率随着充电的进行逐渐下降的特点。定压电动汽车技术与原理第81页4）正反向快速充电定流和定压充电时间长，消耗电能多，给使用带来不方便。利用快速充电，完成一次初充电，只需5小时左右；完成一次补充充电约1小时左右。快速充电具有充电时间短、空气污染小、节省能量和去硫化效果明显等特点，已被广泛应用。电动汽车技术与原理第82页3.2.3铅酸蓄电池的种类及现状1.开口式铅酸蓄电池

这种电池大多是在启动型蓄电池的基础上进行局部改进而成的。国内研制的电动汽车用的12V/150A·h电池，其C/5放电比能达40W·h/kg。开口式铅酸蓄电池多用于短距离的电瓶车、巡逻车、游览车和居民小区内的小交通车等。2.阀控式密封铅酸蓄电池

原用于UPS系统中，现已广泛应用于各种电动助力车，我国电动自行车约95%使用该类电池。循环寿命达到700次以上，100%DOD放电循环寿命达到300次以上。电动汽车技术与原理第83页3.2.3铅酸蓄电池的种类及现状3.双极性密封铅酸蓄电池全部正极板并联焊在一起组成电池的正极；全部负极板并联焊在一起组成电池的负极。比能量很高，循环寿命也很高。双极性密封铅酸蓄电池目前正在研发中，还没有达到商品化阶段。4.水平式密封铅酸蓄电池

正负极和隔板是采用卧式组合起来的；导电板栅是由将铅挤压在细的玻璃纤维四周形成的铅丝编织而成的；正极和负极铅膏分别涂在一片铅网的两端，中间留有一段未涂膏的板栅将两种铅膏分开，再用封包机将该双极板用超细纤维包起来。内阻很小，即可大电流放电又适合快速充电，这一特点正满足了电动车对蓄电池的要求。电动汽车技术与原理第84页3.2.3铅酸蓄电池的种类及现状5.卷式圆柱形电池

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。主要优点有：（1）内阻低，输出电压比较平稳；（2）比功率高，适合高功率密度放电；（3）循环寿命长；（4）低温性能好；（5）快速充电性能好；（6）放电速度小。电动汽车技术与原理第85页ⅠⅡⅢ额定容量（安·时/A·h）类型和特征Q—起动型A—干荷电式W—免维护式单格蓄电池个数例如：铅酸蓄电池的规格型号AUDIA6车用电池6-QW-70BORAA4车用电池6-QW-60电动汽车技术与原理第86页3.2.4铅酸蓄电池的应用优点：

技术可靠，生产工艺成熟，成本低，单体电池电压高，大电流输出特性，良好的高温和低温性能，较高的能量效率（75～80）%以及多种多样的型号和尺寸。缺点：

比能量和能量密度比较低（35W·h/kg和70W·h/L），自放电率较高（25℃环境每天降低1%），循环寿命相对较低（<1000次），硫酸腐蚀电极不便于长期储存。目前，性能得到改进的多种类型的铅酸蓄电池正不断地被应用到电动汽车上，铅酸蓄电池仍是电动汽车最具吸引力的能量源选择方案之一。返回电动汽车技术与原理第87页复习讨论题理解电池放电倍率及荷电状态的意义.电池的正负极和阴阳极如何区分?

10H、0.2C、C20、I20、0.1C20表示什么意思?3.理解电流速度与电流强度的关系.电子由电池负极流向正极的速度是否等于电流速度?4.化学电池充电后是否电荷流入电池，正极贮存正电荷，负极贮存负电荷?电动汽车技术与原理第88页蓄电池充电放电电解池原电池蓄电池电解池原电池电极

充电分阴阳；放电分正负电动汽车技术与原理第89页正负极正极：电势较高的电极

负极：电势较低的电极

阴阳极

阳极：发生氧化反应的电极，失电子

阴极：发生还原反应的电极，得电子

电池外部原电池电子从负极流出,流入正极电解池电子从阳极流出,流入阴极电池内部原电池阴离子移向负极,阳离子移向正极

电解池阴离子移向阳极,阳离子移向阴极

电池的正负极和阴阳极电动汽车技术与原理第90页电池电极的对应关系阳阴(负)(正)e－电流电流电子流原电池电解池e－e－e－阳阴(正)(负)原电池中,正极=阴极,负极=阳极;

电解池中,正极=阳极,负极=阴极电动汽车技术与原理第91页蓄电池充放电简化示意图e-RR0+-+-+-作为电解池作为原电池e-电源负载蓄电池充电蓄电池放电e-e-+-电动汽车技术与原理第92页C2020小时率额定容量(Ah)I2020小时率放电电流(A),电流值为C20/20(A)（或写为C20

I20）C=60Ah10H率放电I=C/10=6(A)0.2C放电I=C*0.2=12(A)C20=12Ah0.1C20I=0.1*12=1.2(A)0.1I20I=0.1*12/20=0.06(A)放电速率时率倍率电动汽车技术与原理第93页练习：电池额定容量C=60Ah，t0时刻荷电状态80%，10小时率放电30分钟，0.2C放电10分钟至t时刻，t时刻荷电状态？C=60Ah10H率放电I1=C/10=6(A)0.2C放电I2=C*0.2=12(A)放电量ΔC=I1T1+I2T2=6A*(1/2)h+12A*(1/6)h=5Ah电池荷电状态分析：电动汽车技术与原理第94页铅酸电池的容量随放电率变化的而变化的这种关系，可用1898年Peukert提出的一个经验公式表达：C=InTT=C/In式中：I－电流AT－时间HC－电池容量AHn称为“Peukert常数Peukert常数电动汽车技术与原理第95页容量与放电率关系放电电流越大，蓄电池的容量越小电动汽车技术与原理第96页同一个电池其理论容量只有一个.分别测得不同的放电率I1，I2下的放电持续时间T1，T2则T1*I1n=T2*I2n=ClogT1+n*logI1=logT2+n*logI2n=(logT2-logT1)/(logI2-logI1)Peukert常数n的计算电动汽车技术与原理第97页电流的速度电场的传播速度，等于光速导线单位体积内自由电子数为n，电子定向移动速度为v，每个电子带电量为e导线横截面积为S则时间t内通过导线横截面自由电子数N=nvtS总电量Q=Ne=nvtSe电流强度I=Q/t=nvSe

电子移动速度v=I/(neS)，电子移动速度电场强度电动汽车技术与原理第98页3.3二次锂电池3.3.1锂离子电池3.3.2磷酸铁锂电池3.3.3聚合物锂离子电池电动汽车技术与原理第99页3.3.1锂离子电池80年代，由Armand提出了“摇椅式”锂离子二次电池的新概念。电池的正、负极材料采用可以储存和交换锂离子的材料，利用充放电时，锂离子的来回移动进行能量交换。1991年由日本SONY公司生产出以LiCoO2为正极材料，碳黑为负极材料的商业化锂离子电池。电动汽车技术与原理第100页锂离子电池的分类按照形状，分为（1）方形锂离子电池；（2）圆柱形锂离子电池。电动汽车技术与原理第101页我国自主开发的电动汽车用锂离子电池锂离子电池的分类电动汽车技术与原理第102页按照正极材料，分为

（1）锰酸锂离子电池；（2）磷酸铁锂离子电池；（3）镍钴锂离子电池或镍钴锰锂离子电池。锂离子电池的分类电动汽车技术与原理第103页

锂离子电池的构造电动汽车技术与原理第104页锂离子电池的构造电动汽车技术与原理第105页电池正极负极电解质LiCoO2

、

LiNiO2

、

LiMn

2O

4

等人造石墨系列、天然石墨系列、焦炭系列等有机溶剂电解质（液态）（碳酸酯类溶剂）

聚合物电解质（固态、凝胶）锂离子电池的组成隔膜让离子通过，电子的绝缘体电动汽车技术与原理第106页锂电池的几种典型正极材料的特性比较

电动汽车技术与原理第107页1锂离子电池的工作原理电池在充电时，锂离子从正极材料晶格中脱出，通过电解质溶液和隔膜，嵌入到负极中；放电时，锂离子从负极脱出，通过电解质溶液和隔膜，嵌入到正极材料晶格中。在整个充放电过程中，锂离子往返于正负极之间。3.3.1锂离子电池电动汽车技术与原理第108页1锂离子电池的工作原理正极负极电解质充电放电锂离子锂离子3.3.1锂离子电池电动汽车技术与原理第109页

锂离子电池工作原理图电动汽车技术与原理第110页电池反应:6C+LiCoO2正极反应:LiCoO2Li1-xCoO2+xLi++xe-负极反应:6C+xLi++xe-充电放电LixC6Li1-xCoO2+LixC6充电放电充电放电1锂离子电池的工作原理嵌锂碳锂碳层间化合物3.3.1锂离子电池电动汽车技术与原理第111页2.锂离子电池的特点

(1）能量密度高。100～125W·h/kg、240～300W·h/cm3（2）输出电压高。单体电压为3.6V（3）循环寿命长。循环寿命可达1000次以上（4）安全性能好。不存在“记忆效应”（5）自放电小。自放电率为10%左右（6）环保性能好。生产和使用过程中均无污染（7）充电效率高。充电效率可接近100%。（8）可实现快速充电。（9）工作温度范围宽。（-25～45）℃3.3.1锂离子电池优点电动汽车技术与原理第112页2.锂离子电池的特点（1）成本高。因钴Co材料的资源少，导致正极材料钴酸锂LiCoO2的价格高，电解质体系的提纯较难。（2）须有特殊的保护电路。需设置对电池过充电和过放电的保护线路控制。必须在（4.1～4.2）V的电压下充电；电池过放电会导致活性物质的恢复困难，也需要有保护线路控制。3.3.1锂离子电池不足电动汽车技术与原理第113页

锂离子电池与镍镉、镍氢电池性能的对比

技术参数

镍镉电池

镍氢电池

锂离子电池

工作电压（V）

1.2

1.2

3.6

比容量(Wh/Kg)

50

65

100-125

充放电寿命(次)

500

500

1000

自放电率（%/月）

25-30

30-35

6-9

有无记忆效应

有

有

无

有无污染

有

无

无

锂离子电池的特点电动汽车技术与原理第114页3.3.2磷酸铁锂电池1.磷酸铁锂电池的结构与工作原理结构电动汽车技术与原理第115页3.3.2磷酸铁锂电池1.磷酸铁锂电池的结构与工作原理原理橄榄石结构的LiFePO4作为电池的正极；充电时，正极中的锂离子通过聚合物隔膜向负极迁移；放电时，负极中的锂离子通过隔膜向正极迁移。电动汽车技术与原理第116页磷酸铁锂电池工作原理LiFePO4FePO4充电放电锂离子移入负极锂离子移入正极电动汽车技术与原理第117页3.3.2磷酸铁锂电池2.磷酸铁锂电池的性能特点优点：

（1）成本低；（2）寿命长；（3）安全性好；（4）环保性好；（5）温度特性好；（6）充放电特性好。缺点：

振实密度低（1.3～1.5）g/cm3电动汽车技术与原理第118页3.3.3聚合物锂离子电池聚合物锂离子电池也称高分子锂电池，它属于第二代可充电锂离子电池。锂离子蓄电池使用的是液体电解质，而聚合物锂离子电池则以固态聚合物电解质来代替。聚合物可以是“干态”的，也可以是“胶态”的，目前大部分采用聚合物胶体电解质。电动汽车技术与原理第119页聚合锂离子电池的结构电动汽车技术与原理第120页3.3.3聚合物锂离子电池聚合物锂离子电池可分三类：（1）固体聚合物电解质锂离子电池；（2）凝胶聚合物电解质锂离子电池；（3）聚合物正极材料的锂离子电池。电动汽车技术与原理第121页3.3.3聚合物锂离子电池1.聚合物锂离子电池的工作原理负极可采用高分子导电材料、聚乙炔、聚苯胺或聚对苯酚等，正极为LiCoO2、LiMnO2、LiNiO2和LiMn2O4等。如电解质为LiPF6有机碳酸酯混合物的聚合物锂离子电池，正极用LiMn2O4，负极为人造石墨。

化学反应方程式为：充电放电电动汽车技术与原理第122页3.3.3聚合物锂离子电池2.聚合物锂离子电池的性能特点工作电压3.8V，质量比能量为150W·h/kg，体积比能量为246W·h/L，比功率为315W/kg，循环寿命大于300次，自放电小于0.1%/月，工作温度为（-25～60）℃，充电速度1h达到80%容量，3h达到100%容量。性能指标电动汽车技术与原理第123页3.3.3聚合物锂离子电池2.聚合物锂离子电池的性能特点安全性能好小型化程度高超薄化轻量化适用温度范围宽自放电小能量密度高成本低优点电动汽车技术与原理第124页3.3.3聚合物锂离子电池2.聚合物锂离子电池的性能特点当多个聚合物锂离子电池串联成电池组使用时，要防止过充电和过放电。另外聚合物锂离子电池的快速充电性能还有待于进一步提高。不足返回电动汽车技术与原理第125页3.4镍氢蓄电池3.4.1镍氢电池的分类与特点3.4.2镍氢电池的工作原理3.4.3镍氢电池的结构3.4.4镍氢电池的性能特征电动汽车技术与原理第126页镍氢电池是20世纪90年代发展起来的一种电池；

比镍镉电池更轻，使用寿命更长，对环境无污染。

正极活性物质主要由镍制成；负极活性物质主要由储氢合金制成；电解质主要是KOH作电解液；镍氢电池是一种碱性蓄电池。镍氢电池可分为高压镍氢电池、低压镍氢电池。3.4.1镍氢电池的分类与特点Ni-H2Ni-MH电动汽车技术与原理第127页1．镍氢电池的分类按照外形，镍氢电池可以分为（1）方形镍氢电池；（2）圆形镍氢电池；（3）圆柱形镍氢电池。3.4.1镍氢电池的分类与特点电动汽车技术与原理第128页镍氢电池类型方形圆形圆柱形电动汽车技术与原理第129页2镍氢电池的特点

（1）比功率高150W/KG（2）循环次数多100%DOD50080%DOD1000（3）无污染（4）耐过充过放（5）无记忆效应（6）使用温度范围宽-30～55℃(工作