新能源汽车运用技术课件

XINGNENGYUANQICHE

新能源汽车XINGNENGYUANQICHE

新能源汽车项目一认识新能源汽车任务一认识新能源

新能源又称非常规能源。是指传统能源之外的各种能源形式，是指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。一、新能源的定义

1980年联合国召开的“联合国新能源和可再生能源会议”对新能源的定义为：以新技术和新材料为基础，使传统的可再生能源得到现代化的开发和利用，用取之不尽、周而复始的可再生能源取代资源有限、对环境有污染的化石能源，重点开发太阳能在中国可以形成产业的新能源主要包括水能（主要指小型水电站）、风能、生物质能、太阳能、地热能等，是可循环利用的清洁能源。新能源产业的发展既是整个能源供应系统的有效补充手段，也是环境治理和生态保护的重要措施，是满足人类社会可持续发展需要的最终能源选择。新能源通常指太阳能、风能、地热能、氢能等。按类别可分为：太阳能，风能，生物质能，氢能，地热能，海洋能，小水电，化工能（如醚基燃料）等。项目一认识新能源汽车任务一认识新能源项目一认识新能源汽车任务一认识新能源二、新能源的特点

1、资源丰富，普遍具备可再生特性，可供人类永续利用；比如，陆上估计可开发利用的风力资源为253GW,而截止2003年只有0.57GW被开发利用，预计到2010年可以利用的达到4GW,到2020年到20GW，而太阳能光伏并网和离网应用量预计到2020年可以从的0.03GW增加1至2个GW。

2、能量密度低，开发利用需要较大空间；

3、不含碳或含碳量很少，对环境影响小；

4、分布广，有利于小规模分散利用；

5、间断式供应，波动性大，对继续供能不利；

6、除水电外，可再生能源的开发利用成本较化石能源高。项目一认识新能源汽车任务一认识新能源二、新能源项目一认识新能源汽车任务一认识新能源三、新能源的类型（一）太阳能太阳能一般指太阳光的辐射能量。太阳能的主要利用形式有太阳能的光热转换、光电转换以及光化学转换三种主要方式。

项目一认识新能源汽车任务一认识新能源三、新能源项目一认识新能源汽车任务一认识新能源（二）核能核能俗称原子能，它是原子核里的核子—中子或质子，重新分配和组合时释放出来的能量。核能的优点（1）核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气中，因此核能发电不会造成空气污染；（2）核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳；（3）核能发电所使用的铀燃料，除了发电外，暂时没有其他的用途；（4）核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍，故核能电厂所使用的燃料体积小，运输与储存都很方便，一座1000百万瓦的核能电厂一年只需30公吨的铀燃料，一航次的飞机就可以完成运送；（5）核能发电的成本中，燃料费用所占的比例较低，核能发电的成本较不易受到国际经济情势影响，故发电成本较其他发电方法为稳定。项目一认识新能源汽车任务一认识新能源（二）核能项目一认识新能源汽车任务一认识新能源核能的缺点：（1）核能电厂会产生高低阶放射性废料，或者是使用过之核燃料，虽然所占体积不大，但因具有放射线，故必须慎重处理，且需面对相当大的政治困扰。（2）核能发电厂热效率较低，因而比一般化石燃料电厂排放更多废热到环境裏，故核能电厂的热污染较严重。（3）核能电厂投资成本太大，电力公司的财务风险较高。（4）核能电厂较不适宜做尖峰、离峰之随载运转。（5）兴建核电厂较易引发政治歧见纷争。（6）核电厂的反应器内有大量的放射性物质，如果在事故中释放到外界环境，会对生态及民众造成伤害。

项目一认识新能源汽车任务一认识新能源核能的缺点项目一认识新能源汽车任务一认识新能源（三）海洋能海洋能指蕴藏于海水中的各种可再生能源，包括潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能、海水盐度差能等。这些能源都具有可再生性和不污染环境等优点，是一项亟待开发利用的具有战略意义的新能源。

海洋能特点：（1）海洋能在海洋总水体中的蕴藏量巨大，而单位体积、单位面积、单位长度所拥有的能量较小。这就是说，要想得到大能量，就得从大量的海水中获得。（2）海洋能具有可再生性。（3）海洋能有较稳定与不稳定能源之分。较稳定的为温度差能、盐度差能和海流能。（4）海洋能属于清洁能源，也就是海洋能一旦开发后，其本身对环境污染影响很小。

项目一认识新能源汽车任务一认识新能源（三）海洋项目一认识新能源汽车任务一认识新能源（四）风能风能是太阳辐射下流动所形成的。风能与其他能源相比，具有明显的优势，它蕴藏量大，是水能的10倍，分布广泛，永不枯竭，对交通不便、远离主干电网的岛屿及边远地区尤为重要。风能最常见的利用形式为风力发电。风力发电有两种思路，水平轴风机和垂直轴风机。水平轴风机应用广泛，为风力发电的主流机型。风力发电是当代人利用风能最常见的形式，自19世纪末，丹麦研制成风力发电机以来，人们认识到石油等能源会枯竭，才重视风能的发展，利用风来做其它的事情。

1977年，联邦德国在著名的风谷--石勒苏益格-荷尔斯泰因州的布隆坡特尔建造了一个世界上最大的发电风车。该风车高150米，每个浆叶长40米，重18吨，用玻璃钢制成。截止2009年底，全球累计装机容量已经达到了1.59亿千瓦，2009年全年新增装机容量超过3千万千瓦，涨幅31.9%。从累计装机容量看，美国已累计装机3516万千瓦，稳居榜首；中国为2610万千瓦，位列全球第二。

项目一认识新能源汽车任务一认识新能源（四）风能项目一认识新能源汽车任务一认识新能源（五）氢能氢气分子量为2,仅为空气的1/14,因此氢气泄漏于空气中会自动逃离地面，不会形成聚集。而其他燃油燃气均会聚集地面而构成易燃易爆危险。氢气无味无毒，不会造成人体中毒，燃烧产物仅为水，不污染环境。

1、氢能的优点（1）1kg氢气的热值为34000Kcal，是汽油的三倍；（2）氢氧焰温度高达2800度，高于常规液气，氢氧焰火焰挺直，热损失小，利用效率高；（3）氢能来源于水，燃烧后又还原成水；（4）氢气是活性气体催化剂，可以与空气混合方式加入催化燃烧所有固体，液体、气体燃料，加速反应过程，促进完全燃烧，达到提高焰温、节能减排之功效；（5）氢气可由水电解制取，水取之不尽，而且每kg水可制备1860升氢氧燃气。2、氢能的缺点：（1）制取成本高，需要大量的电力；（2）生产、存储难：氢气密度小，很难液化，高压存储不安全。项目一认识新能源汽车任务一认识新能源（五）氢能项目一认识新能源汽车任务一认识新能源四、新能源的发展现状和趋势部分可再生能源利用技术已经取得了长足的发展，并在世界各地形成了一定的规模。生物质能、太阳能、风能以及水力发电、地热能等的利用技术已经得到了应用。国际能源署（IEA）对2000～2030年国际电力的需求进行了研究，研究表明，来自可再生能源的发电总量年平均增长速度将最快。IEA的研究认为，在未来30年内非水利的可再生能源发电将比其他任何燃料的发电都要增长得快，年增长速度近6%，在2000～2030年间其总发电量将增加5倍，到2030年，它将提供世界总电力的4.4%，其中生物质能将占其中的80%。中国政府高度重视可再生能源的研究与开发。国家经贸委制定了新能源和可再生能源产业发展的“十五”规划，并制定颁布了《中华人民共和国可再生能源法》，重点发展太阳能光热利用、风力发电、生物质能高效利用和地热能的利用。在国家的大力扶持下，中国在风力发电、海洋能潮汐发电以及太阳能利用等领域已经取得了很大的进展。新能源（或称可再生能源更贴切）主要有：太阳能、风能、地热能、生物质能等。项目一认识新能源汽车任务一认识新能源四、新能源项目一认识新能源汽车任务一认识新能源五、未来的几种新能源1、波能即海洋波浪能。这是一种取之不尽，用之不竭的无污染可再生能源。据推测，地球上海洋波浪蕴藏的电能高达9×104TW。2、可燃冰（图1-4）这是一种甲烷与水结合在一起的固体化合物，它的外型与冰相似，故称“可燃冰”。可燃冰在低温高压下呈稳定状态，冰融化所释放的可燃气体相当于原来固体化合物体积的100倍。据测算，可燃冰的蕴藏量比地球上的煤、石油和天然气的总和还多。项目一认识新能源汽车任务一认识新能源五、未来的项目一认识新能源汽车任务一认识新能源3、煤层气煤在形成过程中由于温度及压力增加，在产生变质作用的同时也释放出可燃性气体。从泥炭到褐煤，每吨煤产生68m3气；从泥炭到肥煤，每吨煤产生130m3气；从泥炭到无烟煤每吨煤产生400m3气。科学家估计，地球上煤层气可达2000Tm3。4、微生物世界上有不少国家盛产甘蔗、甜菜、木薯等，利用微生物发酵，可制成酒精，酒精具有燃烧完全、效率高、无污染等特点，用其稀释汽油可得到“乙醇汽油”，而且制作酒精的原料丰富，成本低廉。据报道，巴西已改装“乙醇汽油”或酒精为燃料的汽车达几十万辆，减轻了大气污染。此外，利用微生物可制取氢气，以开辟能源的新途径。5、第四代核能源世界科学家已研制出利用正反物质的核聚变，来制造出无任何污染的新型核能源。正反物质的原子在相遇的瞬间灰飞烟灭，此时会产生高当量的冲击波以及光辐射能。这种强大的光辐射能可转化为热能，如果能够控制正反物质的核反应强度，来作为人类的新型能源，那将是人类能源史上的一场伟大的能源革命。项目一认识新能源汽车任务一认识新能源3、煤层气项目一认识新能源汽车任务一认识新能源六、新能源汽车发展方向作为交通工具的汽车，每天要排放大量的碳、氮、硫的氧化物、碳氢化合物、铅化物等多种大气污染物，是重要的大气污染发生源，对人体健康和生态环境带来严重的危害。节能减排是汽车产业发展的永恒主题，不断加强节能减排工作，已成为我国经济实现又好又快发展的迫切需要。

2012年7月9日，国务院正式公布《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）》，规划称新能源汽车产业发展将以纯电驱动为新能源汽车发展和汽车工业转型的主要战略取向，当前重点推进纯电动汽车和插电式混合动力汽车产业化。项目一认识新能源汽车任务一认识新能源六、新能源感谢大家的聆听感谢大家的聆听项目一认识新能源汽车任务二新能源汽车的定义和分类

新能源汽车是指除汽油、柴油发动机之外所有其它能源汽车。包括燃料电池汽车、混合动力汽车、氢能源动力汽车和太阳能汽车等。据不完全统计，全世界现有超过400万辆液化石油气汽车，100多万辆天然气汽车。一、新能源汽车的定义新能源汽车英文为“Newenergyvehicles”。我国2009年7月1日正式实施了《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》，明确指出：新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源（或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置），综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。在美国通常将新能源汽车称作“代用燃料汽车”。项目一认识新能源汽车任务二新能源汽车的定义和项目一认识新能源汽车任务二新能源汽车的定义和分类

二、新能源汽车的定义和分类新能源汽车包括五大类型混合动力电动汽车(HEV)、纯电动汽车(BEV，包括太阳能汽车)、燃料电池电动汽车(FCEV)、其他新能源（如超级电容器、飞轮等高效储能器）汽车等。非常规的车用燃料指除汽油、柴油、天然气(NG)、液化石油气(LPG)、乙醇汽油(EG)、甲醇、二甲醚之外的燃料。1、混合动力汽车混合动力是指那些采用传统燃料的，同时配以电动机/发动机来改善低速动力输出和燃油消耗的车型。混合动力汽车的优点有：（1）采用混合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率，此时处于油耗低、污染少的最优工况下工作。（2）因为有了电池，可以十分方便地回收制动时、下坡时、怠速时的能量。（3）在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现“零”排放。（4）有了内燃机可以十分方便地解决耗能大的空调、取暖、除霜等纯电动汽车遇到的难题。（5）可以利用现有的加油站加油，不必再投资。（6）可让电池保持在良好的工作状态，不发生过充、过放，延长其使用寿命，降低成本。项目一认识新能源汽车任务二新能源汽车的定义和项目一认识新能源汽车任务二新能源汽车的定义和分类

2、纯电动汽车电动汽车顾名思义就是主要采用电力驱动的汽车，大部分车辆直接采用电机驱动，有一部分车辆把电动机装在发动机舱内，也有一部分直接以车轮作为四台电动机的转子，其难点在于电力储存技术。

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3、燃料电池汽车燃料电池汽车是指以氢气、甲醇等为燃料，通过化学反应产生电流，依靠电机驱动的汽车。其电池的能量是通过氢气和氧气的化学作用，而不是经过燃烧，直接变成电能。燃料电池的化学反应过程不会产生有害产物，因此燃料电池车辆是无污染汽车，燃料电池的能量转换效率比内燃机要高2～3倍，因此从能源的利用和环境保护方面，燃料电池汽车是一种最理想的车辆。与传统汽车相比，燃料电池汽车具有以下优点：（1）零排放或近似零排放。（2）减少了机油泄露带来的水污染。（3）降低了温室气体的排放。（4）提高了燃油经济性。（5）提高了发动机燃烧效率。（6）运行平稳、无噪声。

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4、氢动力汽车氢动力汽车是一种真正实现零排放的交通工具，排放出的是纯净水，其具有无污染，零排放，储量丰富等优势，因此，氢动力汽车是传统汽车最理想的替代方案。与传统动力汽车相比，氢动力汽车成本至少高出20%。项目一认识新能源汽车任务二新能源汽车的定义和项目一认识新能源汽车任务二新能源汽车的定义和分类

5、燃气汽车燃气汽车是指用压缩天然气(CNG)、液化石油气(LPG)和液化天然气(LNG)作为燃料的汽车。近年来，世界上各国政府都积极寻求解决这一难题，开始纷纷调整汽车燃料结构。燃气汽车由于其排放性能好，可调正汽车燃料结构，运行成本低、技术成熟、安全可靠，所以被世界各国公认为当前最理想的替代燃料汽车。6、生物乙醇汽车乙醇俗称酒精，通俗些说，使用乙醇为燃料的汽车，也可叫酒精汽车。用乙醇代替石油燃料的活动历史已经很长，无论是从生产上和应用上的技术都已经很成熟。

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7、其它新能源汽车（1）空气动力汽车利用空气作为能量载体，使用空气压缩机将空气压缩到30MP以上，然后储存在储气罐中。需要开动汽车时将压缩空气释放出来驱动启动马达行驶。优点是无排放、维护少。（2）飞轮储能汽车利用飞轮的惯性储能，储存非满负载时发动机的余能以及车辆长大下坡、减速行驶时的能量，反馈到一个发电机上发电，再而驱动或加速飞轮旋转。飞轮使用磁悬浮方式，在70000r/min的高速下旋转。在混合动力汽车上作为辅助，优点是可提高能源使用效率、重量轻储能高、能量进出反应快、维护少寿命长，缺点是成本高、机动车转向会受飞轮陀螺效应的影响。（3）超级电容汽车超级电容器是利用双电层原理的电容器。在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场，这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上，以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上，这个电荷分布层叫做双电层，因此电容量非常大。优点是充电时间短、功率密度大、容量大、使用寿命长、免维护、经济环保等。缺点是功率输出随着行驶里程加长而衰减，受环境温度影响大等。项目一认识新能源汽车任务二新能源汽车的定义和项目一认识新能源汽车任务三新能源汽车发展现状

面对日益严峻的能源形势和环保压力，世界主要汽车生产国都把发展新能源汽车作为提高产业竞争能力、保持经济社会可持续发展的重大战略举措，新能源汽车成为市场新的增长点。各国政府高度重视21世纪的新能源汽车研发，各大汽车厂家都投入了大量的财力、物力研究新能源汽车的设计、制造、定型与市场投放中。一、我国新能源汽车发展现状“全球40%的石油被汽车消耗，中国是世界第一能源消费大国，57%的石油依赖进口，且即将突破60%的安全线。”中国发展新能源汽车比任何国家都更加紧迫。中国新能源汽车产业始于21世纪初。2001年，新能源汽车研究项目被列入国家“十五”期间的“863”重大科技课题，并规划了以汽油车为起点，向氢动力车目标挺进的战略。“十一五”以来，我国提出“节能和新能源汽车”战略，政府高度关注新能源汽车的研发和产业化。形成了完整的新能源汽车研发、示范布局。二、国外新能源汽车发展现状

1、美国发展电动汽车等各种新能源车，对于汽车大国美国来说，早在150年前就不是新话题。美国人托马斯·达文波特1834年就制造出第一辆直流电机驱动的电动汽车并获专利。在早期的美国汽车消费市场上，电动汽车还曾与蒸汽车和内燃机车三分天下。

项目一认识新能源汽车任务三新能源汽车发展现状项目一认识新能源汽车任务三新能源汽车发展现状

在国外，成立联盟已成为国外发展新能源产业的重要途径之一。2009年，美国电动汽车汽车产业链上的各方发起成立了美国电动汽车联盟(TheElectrificationCoalition，即EC)，成员涵盖雷诺汽车、江森自控、太平洋燃气和电力公司、A123电池系统公司、联邦快递公司等企业国。美国电动汽车联盟主要致力于从政策和行动上推动大规模实施电动汽车计划，最终改变美国经济、环境和对化石能源严重依赖的现状，实现美国电动汽车运输的革命性变化。2、日本日本新能源汽车的产业化成果在全球范围内是最好的。在新能源汽车方面，日本主要走混合动力电动汽车的技术路线。日本在混合动力电动汽车技术领域，领先世界。以丰田普锐斯为代表的日本混合动力电动汽车，在世界低污染汽车开发销售领域已经占据了领头地位。欧美市场上已上市的混合动力电动轿车，一半以上是由日本汽车公司生产销售，丰田普锐斯混合动力车截至2010年7月底销量已经超过了268万辆，预计到2015年累计销量将达到500万辆，成为目前最成功的混合动力车型。与此同时，日本还快速发展燃料电池汽车技术，丰田和本田汽车公司已成为当今世界燃料电池汽车市场上的重要企业。

项目一认识新能源汽车任务三新能源汽车发展现状项目一认识新能源汽车任务三新能源汽车发展现状3、法国

1973年雷诺汽车集团已研制出电动汽车。标致-雪铁龙与雷诺两大汽车公司一直在积极研制电动汽车，1990年标致-雪铁龙公司的J-5和C-25电动货车投入生产，该公司1995年正式将标致106和雪铁龙AX电动轿车投入生产。从1995年7月1日开始，政府给购买电动汽车的用户提供5000法郎补贴，法国电力公司从自身利益考虑，向电动汽车制造厂生产的电动汽车每辆提供一万法郎的补助。4、德国德国在新能源汽车方面也做出了重要贡献。宝马也是氢动力发动机车型研究的先行者，早在2004年宝马所研发的H2R赛车就在法国南方小镇Miramas高速赛道创造了9项世界记录。2007年，其向外界推出了7系氢动力车型，这台发动机是基于宝马760i的6.0LV12发动机改进而来，按照双模式驱动的要求，在汽油模式下燃油通过直接喷射供应，同时在发动机进气系统中集成了氢供应管路。德国政府表示，到2020年，可再生能源要占全部能源消耗的47%，因此，2020年德国境内的新能源汽车要超过100万辆。在2009年年初德国政府通过的500亿欧元的经济刺激计划中，很大一部分用于电动汽车研发、“汽车充电站”网络建设和可再生能源开发。项目一认识新能源汽车任务三新能源汽车发展现状项目一认识新能源汽车任务三新能源汽车发展现状三、中国发展新能源汽车产业的优势1、中国在电动汽车发展方面拥有较好的社会基础我国电动自行车、电动摩托车等轻型电动车保有量已超过5000万辆，在世界上遥遥领先，为新能源电动汽车产业化奠定了良好基础。2、中国的能源状况、自然资源对发展新能源汽车产业比较有利进入新世纪以来，新能源电动汽车技术突飞猛进。油电混合动力技术进入产业化，锂动力电池技术取得重大突破，车用燃料电池技术不断进步。这一系列技术非常适合在我国能源资源状况下推广应用。3、中国政府对发展新能源汽车高度重视我国政府高度重视交通领域的节能减排和交通能源的可持续发展，通过《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006～2020年)》、《汽车产业发展政策》、《节能减排综合性工作方案》、《新能源汽车生产准入管理规则》等政策以及国家重大科技经济计划项目引导，初步构筑了我国新能源汽车多元化发展战略。

项目一认识新能源汽车任务三新能源汽车发展现状项目二电动汽车用动力电池

任务一认识动力电池

一、动力电池的基本知识电动汽车动力电池的主要任务是提供驱动电能，通常以Wh来表示动力电池的能量EC的单位，定义如下：式中为v工作电压(V)；i为放电电流(A)；t为放电时间(h)。如果不考虑工作电压，采用Ah数来表示动力电池的容量，定义如下：

除电化学蓄电池外，以Wh数表示的理论容量可实际代表电动汽车动力电池的容量，这是因为电化学蓄电池工作电压不能降低到0V，否则，蓄电池就会受到损坏。如图2-1所示需要定义一个截至工作电压，该电压对应于蓄电池放电曲线的拐点，并约定此时蓄电池的放电深度DOD达到100％。

项目二电动汽车用动力电池任务一认识动力电池一项目二电动汽车用动力电池

任务一认识动力电池

蓄电池的可利用容量和可利用能量通常是放电电流、放电环境温度、电池老化程度的函数。蓄电池的放电、充电电流通常用充/放电率表示：

式中I为蓄电池的充/放电电流（A）；n为与蓄电池额定容量对应的标定放电时间；C为蓄电池的额定容量（Ah）；k为比例系数。

动力电池能量密度定义为单位质量或单位体积的蓄电池所具有的能量。通常质量能量密度定义为蓄电池的比能量（Wh/kg），体积能量密度定义为蓄电池的能量密度（Wh/l）。蓄电池的质量比能量指标比体积比能量指标更为重要，因为蓄电池质量比能量影响电动汽车的整车质量和续驶里程，而体积比能量只影响到蓄电池的布置空间。项目二电动汽车用动力电池任务一认识动力电池项目二电动汽车用动力电池

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质量比能量是评价电动汽车的能量源是否能满足预定的续驶里程的重要指标。既然蓄电池的可利用容量是蓄电池充放电率的函数，那么，蓄电池比能量和能量密度的定义也与蓄电池的充放电率有关。动力电池的功率密度表示单位质量或单位体积的蓄电池所具有的输出能量的速率，称为比功率（对应质量比功率：W/kg）和功率密度（体积比功率：W/l）。对电动汽车而言，重点考虑比功率参数。比功率是评价能量源能否满足电动汽车加速和爬坡能力的重要指标。对电化学蓄电池，比功率与蓄电池的DOD密切相关。因此，在表示蓄电池比功率时还要指出蓄电池的放电深度DOD。循环寿命是基于能量存储原理评价电动汽车能量源使用寿命的重要参数。通常定义为动力电池失效前所允许的深放电次数。既然循环寿命受蓄电池DOD影响，因此循环寿命的表示还要同时指出放电深度DOD。比如，蓄电池循环寿命400次@100%DOD或1000次@50％DOD。因为电动汽车能量源的寿命计算是基于能量产生原理而非能量存储原理，相应的采用以h或kh为计量单位的使用时间来表示动力电池的寿命。电动汽车动力电池的工作效率通常定义为输出能量与输入能量的百分比。对能量存储装置来说，能量效率表示为放电过程的输出电能与充电过程的输入电能的百分比。通常，蓄电池的能量效率为55~75%。项目二电动汽车用动力电池任务一认识动力电池项目二电动汽车用动力电池

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二、动力电池的分类电动汽车使用的动力电池可以分为化学电池、物理电池和生物电池三大类。1．化学电池化学电池是利用物质的化学反应发电。化学电池按工作性质分为原电池、蓄电池、燃料电池和储备电池。（1）原电池原电池又称一次电池，是指电池放电后不能用简单的充电方法使活性物质复原而继续使用的电池，如锌—二氧化锰干电池、锂锰电池、锌空气电池、一次锌银电池等。（2）蓄电池蓄电池又称二次电池，是指电池在放电后可通过充电的方法使活性物质复原而继续使用的电池，而这种充放电可以达数十次到上千次循环。如铅酸蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池等。（3）燃料电池燃料电池又称连续电池，是指参加反应的活性物质从电池外部连续不断地输入电池，电池就连续不断地工作而提供电能。如质子交换膜燃料电池、碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、直接甲醇燃料电池、再生型燃料电池等。项目二电动汽车用动力电池任务一认识动力电池二项目二电动汽车用动力电池

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（4）储备电池储备电池是指电池正负极与电解质在储存期间不直接接触，使用前注入电解液或者使用其它方法使电液与正负极接触，此后电池进入待放电状态，如镁电池、热电池等。化学电池按电解质分为酸性电池、碱性电池、中性电池、有机电解质电池、非水无机电解质电池、固体电解质电池等。化学电池按电池的特性分为高容量电池、密封电池、高功率电池、免维护电池、防爆电池等。化学电池按正负极材料分为锌锰电池系列、镍镉镍氢系列、铅酸系列、锂电池系列等。2．物理电池物理电池是利用光、热、物理吸附等物理能量发电的电池。如太阳能电池、超级电容器、飞轮电池等。

3．生物电池生物电池是利用生物化学反应发电的电池，如微生物电池、酶电池、生物太阳电池等。

项目二电动汽车用动力电池任务一认识动力电池（项目二电动汽车用动力电池

任务一认识动力电池

三、动力电池的性能指标1、电动势电池的电动势，又称电池标准电压或理论电压，为电池断路时正负两极间的电位差。电池的电动势可以从电池体系热力学函数自由能的变化计算而得。2、额定电压额定电压(或公称电压)，系指该电化学体系的电池工作时公认的标准电压。例如，锌锰干电池为1.5V，镍镉电池为1.2V，铅酸蓄电池为2V，锂离子电池为3、开路电压电池的开路电压是无负荷情况下的电池电压。开路电压不等于电池的电动势。必须指出，电池的电动势是从热力学函数计算而得到的，而电池的开路电压则是实际测量出来的。4、工作电压指电池在某负载下实际的放电电压，通常是指一个电压范围。例如，铅酸蓄电池的工作电压在2V～1.8V；镍氢电池的工作电压在1.5V～1.1V；锂离子电池的工作电压在3.6V～2.75V。5、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。以铅酸蓄电池为例：电动势为2.1V，额定电压为2V，开路电压接近2.15V，工作电压为2V～1.8V，放电终止电压为1.8V～1.5V(放电终止电压根据放电率的不同，其终止电压也不同)。项目二电动汽车用动力电池任务一认识动力电池三项目二电动汽车用动力电池任务一认识动力电池

6、充电电压系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。例如，镍镉电池的充电压在1.45V～1.5V；锂离子电池的充电压在4.1V～4.2V；铅酸蓄电池的充电压在2.25V～2.5V。7、内阻蓄电池的内阻包括：正负极板的电阻，电解液的电阻，隔板的电阻和连接体的电阻等。8、容量电池的容量单位为库仑(C)或安时(Ah)。表征电池容量特性的专用术语有三个：（1）理论容量系指根据参加电化学反应的活性物质电化学当量数计算得到的电量。通常，理论上1电化当量物质将放出1法拉第电量，即96500C或26.8Ah(1电化当量物质的量，等于活性物质的原子量或分子量除以反应的电子数)。（2）额定容量系指在设计和生产电池时，规定或保证在指定放电条件下电池应该放出的最低限度的电量。（3）实际容量系指在一定的放电条件下，即在一定的放电电流和温度下，电池在终止电压前所能放出的电量。

项目二电动汽车用动力电池任务一认识动力电池6项目二电动汽车用动力电池

任务一认识动力电池

9、比能量和比功率电池的输出能量是指在一定的放电条件下，电池所能作出的电功，它等于电池的放电容量和电池平均工作电压的乘积，其单位常用瓦时(Wh)表示。电池的比能量有两种。一种叫重量比能量，用瓦时/千克(Wh/kg)表示；另一种叫体积比能量，用瓦时/升(Wh/L)表示。比能量的物理意义是电池为单位重量或单位体积时所具有的有效电能量。它的比较电池性能优劣的重要指标。必须指出，单体电池和电池组的比能量是不一样的。由于电池组合时总要有连接条、外部容器和内包装层等，故电池组的比能量总是小于单体电池的比能量。10、贮存性能和自放电电池经过干贮存(不带电解液)或湿贮存(带电解液)一定时间后，其容量会自行降低，这个现象称自放电。所谓“贮存性能”是指电池开路时，在一定的条件下(如温度、湿度)贮存一定时间后自放电的大小。电池在贮存期间，虽然没有放出电能量，但是在电池内部总是存在着自放电现象。即使是干贮存，也会由于密封不严，进入水份、空气及二氧化碳等物质，使处于热力学不稳定状态的部分正极和负极活性物质构成微电池腐蚀机理，自行发生氧化还原反应而白白消耗掉。如果是湿贮存，更是如此。长期处在电解液中的活性物质也是不稳定的。负极活性物质大多是活泼金属，都会发生阳极自溶。酸性溶液中，负极金属是不稳定的，在碱性溶液及中性溶液中也非十分稳定。项目二电动汽车用动力电池任务一认识动力电池9项目二电动汽车用动力电池

任务一认识动力电池

11、寿命电池的寿命有“干贮存寿命”和“湿贮存寿命”两个概念。电池的真正寿命是指电池实际使用的时间长短。对一次电池而言，电池的寿命是表征给出额定容量的工作时间(与放电倍率大小有关)。对二次电池而言，电池的寿命分充放电循环寿命和湿搁置使用寿命两种。充放电循环寿命，是衡量二次电池性能的一个重要参数。经受一次充电和放电，称为一次循环(或一个周期)。在一定的充放电制度下，电池容量降至某一规定值之前，电池能耐受的充放电次数，称为二次电池的充放电循环寿命。充放电循环寿命越长，电池的性能越好。在目前常用的二次电池中，镉镍电池的充放电循环寿命500～800次，铅酸电池200～500次，锂离子电池600～1000次，锌银电池很短，约100次左右。二次电池的充放电循环寿命与放电深度、温度、充放电制式等条件有关。所谓“放电深度”是指电池放出的容量占额定容量的百分数。湿搁置使用寿命，也是衡量二次电池性能的重要参数之一。它是指电池加入了电解液后开始进行充放电循环直至充放电循环寿命终止的时间(包括充放电循环过程中电池处于放电态湿搁置的时间)。湿搁置使用寿命越长，电池性能越好。在目前常用的电池中，镉镍电池湿搁置使用寿命2～3年，铅酸电池3～5年，锂离子电池5～8年，锌银电池最短，只有1年左右。项目二电动汽车用动力电池任务一认识动力电池1项目二电动汽车用动力电池任务一认识动力电池

四、电动汽车对动力电池的要求电动汽车对动力电池的要求主要有：（1）比能量高为了提高电动汽车的续驶里程，要求电动汽车上的动力电池尽可能储存多的能量，但电动汽车又不能太重，其安装电池的空间也有限，这就要求电池具有高的比能量。（2）比功率大为了能使电动汽车在加速行驶、爬坡能力和负载行驶等方面能与燃油汽车相竞争，就要求电池具有高的比功率。（3）充放电效率高电池中能量的循环必须经过充电—放电—充电的循环，高的充放电效率对保证整车效率具有至关重要的作用。（4）相对稳定性好电池应当在快速充放电和充放电过程变工况的条件下保持性能的相对稳定，使其在动力系统使用条件下能达到足够的充放电循环次数。（5）使用成本低除了降低电池的初始购买成本外，还要提高电池的使用寿命以延长其更换周期。（6）安全性好项目二电动汽车用动力电池任务一认识动力电池四项目二电动汽车用动力电池

任务二铅酸蓄电池

铅酸蓄电池自1859年发明以来，其使用和发展已有100多年的历史，广泛用作内燃机汽车的起动动力源。电动汽车用铅酸蓄电池要用于给电动汽车提供动力，它的主要发展方向是提高比能量，增大循环使用寿命。铅酸蓄电池的定义是电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的一种蓄电池。英语：Lead-acidbattery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。一、汽车用蓄电池的要求⑴容量大，比功率高⑵使用寿命长⑶低温性能好⑷充电接受能力好⑸安全可靠⑹更好的一致性⑺绿色环保项目二电动汽车用动力电池任务二铅酸蓄电池项目二电动汽车用动力电池

任务二铅酸蓄电池二、电动汽车用蓄电池采用的标准电动汽车用蓄电池要符合GB/T18332.1-2009电动道路车辆用铅酸蓄电池和QC/T742-2006电动汽车用铅酸蓄电池标准的要求。1、铅酸动力蓄电池的型号和意义目前根据电动汽车（EV）国际通用的命名方式，并附带各种数字来表示蓄电池的用途、特性和容量。例如：6-EVF-100蓄电池…………（参考新国标GB/T18332.1-2009）式中：6—表示串联单体蓄电池数，额定电压为12伏；EV—表示电动车辆用F—表示密封阀控式100—表示3h率额定容量100Ah2、术语解释(参照GB/T2900.11)C3—3h率额定容量（A·h）；I3—3h率放电电流，数值等于C3/3(A)。项目二电动汽车用动力电池任务二铅酸蓄电池二、电动项目二电动汽车用动力电池

任务二铅酸蓄电池三、铅酸蓄电池的概念和基本原理化学电源就是化学能直接转化为电能的装置。蓄电池就是把化学能和电能进行相互直接转化的装置。蓄电池也叫二次电池，可以多次进行充电、放电，循环使用。铅酸蓄电池的正极板活性物质为PbO2，负极板活性物质为多孔状（海绵状）Pb，蓄电池放电时，PbO2和Pb都生成PbSO4，消耗H2SO4，对外放出电量，把化学能转化成电能；蓄电池在充电时，正极上的PbSO4生成PbO2，负极上的PbSO4生成海绵状Pb，同时生成H2SO4，从而把电能转化成化学能贮存起来。四、铅酸蓄电池的组成蓄电池主要由正极板、负极板、隔板、蓄电池槽、蓄电池盖、电解液、引出端子线、限压阀等组成。

项目二电动汽车用动力电池任务二铅酸蓄电池三、铅酸项目二电动汽车用动力电池

任务二铅酸蓄电池项目二电动汽车用动力电池任务二铅酸蓄电池项目二电动汽车用动力电池任务二铅酸蓄电池四、电动汽车用铅酸蓄电池的使用与维护

1、蓄电池的安装⑴搬运：避免蓄电池倒置、遭受摔掷或冲击；避免使用钢绳等金属线;禁止在端子部位用力，防止对密封部位造成不良；⑵检查电池：蓄电池外观无损伤，电池及配件齐全，并参阅说明书及注意事项；⑶放置：将电池放在指定地点（如电池房），应尽可能置于房间的最低处，并避免靠近热源、火花及产生火花装置；⑷将金属安装工具（如扳手）用绝缘胶带包裹，进行绝缘处理；连接前，检查所有连接线及电池，确认清洁且无硬件破损，电池极性正确无误；⑸连接前，擦干净电池端子，使其呈现金属光泽；连接前后，在蓄电池极柱表面敷涂适量防锈剂（如凡士林）；⑹多个电池一起使用时，先进行蓄电池之间的连接，然后再将蓄电池组与充电器或负载连接，注意电池组正极应与充电器或负载的正极连接，负极与负极连接；若电池与充电器或者负载电机连接不正确,充电器或者负载电机将可能被烧坏；⑺小心导电材料接触蓄电池正负极端子造成电池短路；⑻为保证较好的散热条件，蓄电池间距应保持20mm以上；⑼进行连接线连接时，须将连接线连接紧固，使扭矩达到一定值，且不对端子产生扭矩应力。蓄电池安装完毕,测量电池组总电压无误后,方可负载通电使用。项目二电动汽车用动力电池任务二铅酸蓄电池四、电动项目二电动汽车用动力电池

任务二铅酸蓄电池

2、蓄电池的充电

⑴若充电参数不匹配或充电器类型不准确，充电电压过高、电流大或充电时间长，就会导致蓄电池的失水率加大，对于免维护电池，严重的析气会损害蓄电池，造成蓄电池的早期失效；

⑵长期的充电不足，未反应的活性物质会产生不可逆的粗大PbSO4晶粒（即不可逆硫酸盐化）使蓄电池容量的降低，内阻加大，充电难度加大，造成蓄电池早期损坏。因此，蓄电池要尽量保证充足电，防止不可逆硫酸盐化。3、蓄电池的充电方法和充电工艺（1）蓄电池的充电方法①检查蓄电池组的连接情况，确保蓄电池组连接正确，连接线牢固；②充电机连接蓄电池组端的接口先接上蓄电池组，若充电机有充电指示灯，查看指示灯是否正常在工作；③充电机连接电源端的接口接上220V交流电源；④充满电需拔掉充电机时，检查充电机充电指示灯是否显示在充满电状态。显示正常可以拔掉充电机，若显示不正常需查明原因。（2）蓄电池的充电工艺蓄电池的充电方法（以单只额定电压12.0V/只为例）：项目二电动汽车用动力电池任务二铅酸蓄电池2、蓄项目二电动汽车用动力电池

任务二铅酸蓄电池

第一阶段：预充电，恒电流0.05CA充电至12.0V或充电2h未能达到12.0V，充电器应报警提示异常情况。第二阶段：恒电流0.15CA-0.2CA充电至14.4V或者充电时间达到5h，充电自动转换到第三阶段；第三阶段：恒电流0.1CA-0.12CA充电至14.8V或者充电时间达到2h，充电自动转换到第四阶段；第四阶段：恒电压14.8V，限流0.05CA充电，充电至电流到1A时或充电时间达到2h，充电自动转换到第五阶段；第五阶段：限电压16.0V，限电流0.01CA充电两小时自动转换第六阶段。第六阶段：浮充电，浮充电电压为13.8V，充电时间2-4h。充电方法标准为20℃，随着温度降低或者升高，电压调整为升高或降低0.018V/℃（额定电压12.0V/只）。浮充电电压随温度变化如表2-2（以单只12V为例）。项目二电动汽车用动力电池任务二铅酸蓄电池项目二电动汽车用动力电池

任务二铅酸蓄电池

4、蓄电池使用的注意事项（1）放电电流启动电流应控制小于1.5C3；匀速行驶电流应控制小于0.5C3。（2）放电深度所以车辆应在电量表低电压之前对蓄电池进行充电或回充电站对电池进行更换，并对换下的电池及时进行充电，不能长时间的闲置。（3）充电电流、电压及充电量蓄电池的充电应依据相应的充电方法，若蓄电池在充电过程中长时间的大电流、高电压的充电都会导致蓄电池温度上升过快，造成蓄电池内部正板活性物质的松动、脱落；尤其在充电末期的浮充电阶段，若电流过大或者电压过高，电池内部气体析出量剧增，不仅导致蓄电池内活性物质的松动、脱离，还会导致电池失水。最终导致电池出现容量快速降低、电池被充鼓包等现象的发生。（4）防止短路（5）防止连接松动、虚焊项目二电动汽车用动力电池任务二铅酸蓄电池项目二电动汽车用动力电池

任务二铅酸蓄电池

5、电动汽车蓄电池的维护知识

⑴蓄电池禁止亏电存放。

⑵定期检验

⑶电动汽车在起步是应缓踏油门踏板，以小电流启动车辆直至车辆的匀速行驶。所以减少大电流的放电，可以延长电池的使用寿命，增加续行里程。

⑷冬季电池容量随气温的降低而下降这是正常的现象，以20℃为标准，一般-10℃时容量为80%。

⑸长期保持电池表面的清洁，车辆停放应停放在阴凉通风干燥的地方。

⑹需要长时间放置车辆的时候必须先把车辆上电池充满电，且每一个月对电池进行一次补充电。

⑺充电器要选用与该型号蓄电池相匹配的充电器，充电时候应避免高温和潮湿，切勿让水进入充电器内，避免短路事故的发生。

6、影响电动汽车动力电池寿命的因素⑴电池本身的质量水平⑵电动汽车本身电气系统的匹配水平⑶充电不足⑷过度充电⑸控制器对电池寿命的影响⑹消费者对电动汽车的使用正确与否也对电池的寿命密切相关项目二电动汽车用动力电池任务二铅酸蓄电池项目二电动汽车用动力电池

任务三镍氢电池

金属氢化物－镍（MH—Ni）电池由于其高能、安全、无污染、无记忆效应、价格适宜，已成为目前最具发展前景的“绿色能源”电池之一。

StanfordOvshinsky（如图2-3）发明的镍金属氢化物电池改变了我们的生活，在他50年的工作生涯中，共为美国提供了400多项技术专利，涵盖镍氢电池，氢燃料电池，和薄膜太阳能电池等各方面。当然，在斯坦福所有的发明中，最优秀的莫过于镍氢反应电池（Ni-MH电池）。这是一款可用于为混合型汽车充电的便携电池，同时它也非常地环保。通用EV1汽车就采用了这种镍氢电池

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任务三镍氢电池一、镍氢电池的定义镍氢电池是二十世纪九十年代发展起来的一种新型绿色电池，具有高能量、长寿命、无污染等特点，因而成为世界各国竞相发展的高科技产品之一。镍氢（Ni-MH）电池与Ni-Cd电池有许多相同的特性，但由于无镉，因此不存在重金属污染问题，被称为“绿色电池”，批量生产的成本约为铅酸电池的四倍。Ni-MH电池单体额定电压为1.2V，其负电极为经吸氢处理后的储氢合金，正电极为氢氧化镍，电解液为KOH溶液。镍氢电池是有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。镍氢电池的诞生应该归功于储氢合金的发现。早在20世纪六十年代末，人们就发现了一种新型功能材料储氢合金，储氢合金在一定的温度和压力条件下可吸放大量的氢，因此被人们形象地称为“吸氢海绵”。其中有些储氢合金可以在强碱性电解质溶液中，反复冲放电并长期稳定存在，从而为我们提供了一种新型负极材料，并在此基础上发明了镍氢电池。储氢合金的主要来源是稀土，而中国的稀土资源占世界总储量的70%以上，发展镍氢电池具有得天独厚的优势。项目二电动汽车用动力电池任务三镍氢电池一、镍氢项目二电动汽车用动力电池

任务三镍氢电池二、镍氢电池（Ni-MH）的材料构成镍氢电池的材料构成主要由电极材料、电解液、金属材料及隔膜组成，正负极及电解液材料上不同工艺上的差异使电池有不同的性能，其中正极材料决定了电池的容量，负极材料决定了大电流或高温工作时，电池充放电的稳定性。目前正极材料多用高密度氢氧化镍，负极材料为贮氢合金粉。

项目二电动汽车用动力电池任务三镍氢电池二、镍氢项目二电动汽车用动力电池

任务三镍氢电池正极性能可通过添加制剂来改善。影响氢氧化镍电池正极性能的主要因素有：（1）稳定高比容量（>500mAh/cm3）Ni(OH)2正极的制备；（2）宽温度（大电流）使用范围（−20~50℃）下电池性能的稳定性，特别是较高温度下，氢氧化镍正极上氧的过电位下降而引起充电过程内压过高，效率降低；（3）由于极片膨胀使隔膜电液干涸，电液内阻加大，引起电池性能衰退。针对这些因素，一般通过增加添加剂、导电剂、粘合剂等来改善其性能。从狭义上讲，储氢材料是一种能与氢反应生成金属氢化物的物质；但是它与一般金属氢化物有明显的差异。即储氢材料必须具备高度的反应可逆性，而且，此可逆循环的次数必须足够多，循环次数超过5000次。实际上它必须是能够在适当的温度、压力下大量可逆的吸收和释放氢的材料。对于理想的金属储氢材料应具备以下条件：（1）在不太高的温度下，储氢量大，释放氢量也大；（2）原料来源广，价格便宜，容易制备；（3）经多次吸、放氢，其性能不会衰减；（4）有较平坦和较宽的平衡压力平台区，即大部分氢均可在一持续压力范围内放出；（5）易活化，反应动力学性能好。项目二电动汽车用动力电池任务三镍氢电池正极性能项目二电动汽车用动力电池

任务三镍氢电池

镍氢电池中的“金属”部分实际上是金属氢化物。用在镍氢电池的制造上，它们主要分为两大类。最常见的是AB5一类，A是稀土元素的混合物（或者）再加上钛（Ti）；B则是镍（Ni）、钴（Co）、锰（Mn），（或者）还有铝（Al）。而一些高容量电池的“含多种成分”的电极则主要由AB2构成，这里的A则是钛（Ti）或者钒（V），B则是锆（Zr）或镍（Ni），再加上一些铬（Cr）、钴（Co）、铁（Fe）和（或）锰（Mn）。所有这些化合物扮演的都是相同的角色：可逆地形成金属氢化物。电池充电时，氢氧化钾（KOH）电解液中的氢离子（H+）会被释放出来，由这些化合物将它吸收，避免形成氢气（H2），以保持电池内部的压力和体积。当电池放电时，这些氢离子便会经由相反的过程而回到原来的地方。Ni-MH电池负极材料如表2-3所示。项目二电动汽车用动力电池任务三镍氢电池项目二电动汽车用动力电池

任务三镍氢电池三、Ni-MH电池工作原理1、电解质主要用KOH作电解液（电解质7moL/LKOH+15g/LLiOH）。2、充电时正极反应：Ni(OH)2+OH-→NiOOH+H2O+e-

负极反应：M+H2O+e-→MH+OH-

总反应：M+Ni(OH)2→MH+NiOOH3、放电时正极：NiOOH+H2O+e-→Ni(OH)2+OH-

负极：MH+OH-→M+H2O+e-

总反应：MH+NiOOH→M+Ni(OH)2

以上式中M为储氢合金，MH为吸附了氢原子的储氢合金。最常用储氢合金为LaNi5。

项目二电动汽车用动力电池任务三镍氢电池三、Ni项目二电动汽车用动力电池

任务三镍氢电池四、镍氢动力电池的不足自放电率高，常温下30天不使用时，电池的放电容量只有额定容量的65~70%；比能量较小，极限值为80kw/kg，较小的比能量值使得镍氢动力电池续航能力较低，只能用在混合动力汽车上，电动汽车必须选用锂电等高比能量的材料。五、Ni-MH电池在汽车上的应用

1、混合动力车辆方面大功率的镍氢电池也使用在油电混合动力车辆中，最佳的例子就是丰田的prius，该车使用了特别的充放电程序，使电池充放电寿命可足够车辆使用十年。其他使用镍氢电池的混合动力车辆包括有：本田洞察者、福特汽车的FordEscape、雪佛兰的ChevroletMalibu、本田的HondaCivicHybrid、2、纯电池动力车方面虽然在重量上比锂离子电池重，但仍然有部份纯电池动力车使用镍氢电池，例如：通用汽车的HondaCivicHybrid、本田的HondaEVPlus、福特汽车的FordRangerEV、Vectrix等。3、怠速停止车用能量再生系统目前各厂家研发采用镍氢充电电池的怠速停止车用能量再生系统，该系统是在通常配备的铅蓄电池的基础上组合使用镍氢充电电池，将减速时产生的能量存储在镍氢充电电池中再利用，这样不但能提高燃效，还能减轻铅蓄电池的负担，延长铅蓄电池的寿命。项目二电动汽车用动力电池任务三镍氢电池四、镍氢项目二电动汽车用动力电池

任务四锂离子电池

锂离子电池是一种充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电池时，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。一般采用含有锂元素的材料作为电极的电池，是现代高性能电池的代表。一、锂离子电池简介锂离子电池容易与下面两种电池混淆：（1）锂电池：以金属锂为负极。（2）锂离子聚合物电池：用聚合物来凝胶化液态有机溶剂，或者直接用全固态聚合物电解质。锂离子电池是在上面两种电池基础上发展起来的一种新型电池，虽然作用原理大体相同，但结构上做了不少改进，例如锂离子电池一般以石墨类碳材料为负极。项目二电动汽车用动力电池任务四锂离子电池项目二电动汽车用动力电池

任务四锂离子电池

二、锂离子电池的结构组成锂离子电池内部主要由正极、负极、电解质及隔膜组成，正负极及电解质材料的不同和工艺的差异使电池具有不同的性能，如图2-7所示。目前市场上的锂离子电池正极材料主要是钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂以及三元材料镍钴酸锂，磷酸铁锂材料是目前最新研制的锂离子电池正极材料；锂离子电池负极主要是碳材料，新的负极材料有锡基、硅基、合金基材料（钛酸锂）等。项目二电动汽车用动力电池任务四锂离子电池二、项目二电动汽车用动力电池

任务四锂离子电池

（1）正极——活性物质一般为锰酸锂或者钴酸锂，现在又出现了镍钴锰酸锂材料，纯的锰酸锂和磷酸铁锂则由于体积大、性能不好或成本高而逐渐淡出。导电集流体使用厚度10-20微米的电解铝箔。（2）隔膜——一种经特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔结构，可以让锂离子自由通过，而电子不能通过。（3）负极——活性物质为石墨，或近似石墨结构的碳，导电集流体使用厚度7-15微米的电解铜箔。（4）有机电解液——溶解有六氟磷酸锂的碳酸酯类溶剂，聚合物的则使用凝胶状电解液。（5）电池外壳——分为钢壳（现在方型很少使用）、铝壳、镀镍铁壳（圆柱电池使用）、铝塑膜（软包装）等，还有电池的盖帽，也是电池的正负极引出端。项目二电动汽车用动力电池任务四锂离子电池（1项目二电动汽车用动力电池

任务四锂离子电池

三、锂离子电池的性能（一）锂离子电池具有优越的性能1、单体电池工作电压高达3.7V，是镍电池的3倍，铅酸电池的2倍。2、质量比能量高达150Wh/Kg，是镍氢电池的2倍，铅酸电池的4倍,因此重量是相同能量铅酸电池的四分之一。3、体积比能量高达到400Wh/L，因此体积是相同能量铅酸电池的二分之一到三分之一。4、循环寿命长，循环次数可达1000－2000次。5、自放电率低，每月不到10%。6、无记忆效应，充电前不必像镍镉电池一样需要完全放电，可以随时随地的进行充电。电池深度充放电，对电池的寿命影响不大，放电深度可达95％。（二）锂离子电池也有一些不足，主要表现在：1、成本高主要是正极材料LiCoO2的价格高，但按单位瓦时的价格来计算，已经低于镍氢电池，与镍镉电池持平，但高于铅酸蓄电池；2、必须有特殊的保护电路，以防止过充。项目二电动汽车用动力电池任务四锂离子电池三、项目二电动汽车用动力电池

任务四锂离子电池

四、锂离子电池工作原理锂离子电池以碳素材料为负极，以含锂的化合物作正极，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。锂离子电池的充放电过程，就是锂离子的嵌入和脱嵌过程。在锂离子的嵌入和脱嵌过程中，同时伴随着与锂离子等当量电子的嵌入和脱嵌（习惯上正极用嵌入或脱嵌表示，而负极用插入或脱插表示）。在充放电过程中，锂离子在正、负极之间往返嵌入/脱嵌和插入/脱插，被形象地称为“摇椅电池”。锂离子电池能量密度大，平均输出电压高。自放电小，好的电池，每月在2%以下（可恢复）。没有记忆效应。工作温度范围宽为-20℃～60℃。循环性能优越、可快速充放电、充电效率高达100%，而且输出功率大。使用寿命长。不含有毒有害物质，被称为绿色电池。充电是电池重复使用的重要步骤，锂离子电池的充电过程分为两个阶段：恒流快充阶段和恒压电流递减阶段。恒流快充阶段，电池电压逐步升高到电池的标准电压，随后在控制芯片下转入恒压阶段，电压不再升高以确保不会过充，电流则随着电池电量的上升逐步减弱到设定的值，而最终完成充电。电量统计芯片通过记录放电曲线可以抽样计算出电池的电量。锂离子电池在多次使用后，放电曲线会发生改变，锂离子电池虽然不存在记忆效应，但是充、放电不当会严重影响电池性能。

项目二电动汽车用动力电池任务四锂离子电池四、项目二电动汽车用动力电池

任务四锂离子电池

锂离子电池过度充放电会对正负极造成永久性损坏。过度放电导致负极碳片层结构出现塌陷，而塌陷会造成充电过程中锂离子无法插入；过度充电使过多的锂离子嵌入负极碳结构，而造成其中部分锂离子再也无法释放出来。充电量等于充电电流乘以充电时间，在充电控制电压一定的情况下，充电电流越大（充电速度越快），充电电量越小。电池充电速度过快和终止电压控制点不当，同样会造成电池容量不足，实际是电池的部分电极活性物质没有得到充分反应就停止充电，这种充电不足的现象随着循环次数的增加而加剧。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极，如图2-8所示。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。项目二电动汽车用动力电池任务四锂离子电池项目二电动汽车用动力电池

任务四锂离子电池

一般锂电池充电电流设定在0.2C至1C之间，电流越大，充电越快，同时电池发热也越大。而且，过大的电流充电，容量不够满，因为电池内部的电化学反应需要时间。如图2-9所示，充电时锂离子从氧化物正极晶格脱出，通过锂离子传导的有机电解液后迁移嵌入到碳负材料负极，负极处于富锂态，正极处于贫锂态，同时电子的补偿电荷从外电路供给到碳负极，保证负极的电荷平衡；放电时则恰好相反，锂从碳材料中脱出回到氧化物正极中，正极处于富锂态。项目二电动汽车用动力电池任务四锂离子电池项目二电动汽车用动力电池

任务四锂离子电池

以LiCoO2为正极材料，石墨为负极材料的锂离子电池，正、负极的电化学反应为：正极：负极：总反应为：

兼顾充电过程的安全性、快速性和电池使用的高效性，锂离子电池通常都采用恒流恒压充电方法，其充电过程可分为预充电、恒流充电、恒压充电三个阶段。项目二电动汽车用动力电池任务四锂离子电池以L项目二电动汽车用动力电池

任务四锂离子电池

五、磷酸铁液态锂离子电池磷酸铁锂电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。磷酸铁锂也是其中一种锂离子电池。1、磷酸铁液态锂离子电池的优点（1）安全性能的改善（2）寿命的改善（3）大电流放电（4）高温性能好（5）大容量（6）无记忆效应（7）重量轻（8）环保磷酸铁锂电池也有其缺点：例如低温性能差，正极材料振实密度小，等容量的磷酸铁锂电池的体积要大于钴酸锂等锂离子电池，因此在微型电池方面不具有优势。而用于动力电池时，磷酸铁锂电池和其他电池一样，需要面对电池一致性问题。项目二电动汽车用动力电池任务四锂离子电池五、项目二电动汽车用动力电池

任务四锂离子电池

2、工作原理与特点磷酸铁锂电池的全名应是磷酸铁锂锂离子电池，这名字太长，简称为磷酸铁锂电池。由于它的性能特别适于作动力方面的应用，则在名称中加入“动力”两字，即磷酸铁锂动力电池，也有人把它称为“锂铁（LiFe）动力电池”。

LiFePO4电池的内部结构如图2-11所示。左边是橄榄石结构的LiFePO4作为电池的正极，由铝箔与电池正极连接，中间是聚合物的隔膜，它把正极与负极隔开，但锂离子Li+可以通过而电子e-不能通过，右边是由碳（石墨）组成的电池负极，由铜箔与电池的负极连接。电池的上下端之间是电池的电解质，电池由金属外壳密闭封装。项目二电动汽车用动力电池任务四锂离子电池项目二电动汽车用动力电池

任务四锂离子电池

左边是橄榄石结构的LiFePO4作为电池的正极，由铝箔与电池正极连接，中间是聚合物的隔膜，它把正极与负极隔开，但锂离子Li+可以通过而电子e-不能通过，右边是由碳（石墨）组成的电池负极，由铜箔与电池的负极连接。电池的上下端之间是电池的电解质，电池由金属外壳密闭封装。

LiFePO4电池在充电时，正极中的锂离子Li+通过聚合物隔膜向负极迁移；在放电过程中，负极中的锂离子Li+通过隔膜向正极迁移。锂离子电池就是因锂离子在充放电时来回迁移而命名的。

LiFePO4电池的标称电压是3.2V、终止充电电压是3.6V、终止放电压是2.0V。由于各个生产厂家采用的正、负极材料、电解质材料的质量及工艺不同，其性能上会有些差异。例如同一种型号（同一种封装的标准电池），其电池的容量有较大差别（10%～20%）。采用STL18650（1100mAh）的磷酸铁锂动力电池做过放电到零电压试验。试验的结果是，零电压存放7天后电池无泄漏，性能良好，容量为100%；存放30天后，无泄漏、性能良好，容量为98%；存放30天后的电池再做3次充放电循环，容量又恢复到100%。这试验说明该电池即使出现过放电（甚至到0V），并存放一定时间，电池也不泄漏、损坏。这是其他种类锂离子电池不具有的特性。项目二电动汽车用动力电池任务四锂离子电池项目二电动汽车用动力电池

任务四锂离子电池

3、磷酸铁锂动力电池的应用由于磷酸铁锂动力电池具有上述特点，并且生产出各种不同容量的电池，很快得到广泛地应用。它主要应用领域有：大型电动车辆：公交车、电动汽车、景点游览车及混合动力车等；轻型电动车：电动自行车、高尔夫球车、