新能源汽车概论（微课版）课件 任务1-2 纯电动汽车典型技术认识（第2课）

项目一

纯电动汽车学习任务任务1-1纯电动汽车总体认识任务1-2纯电动汽车典型技术认识任务1-3电动汽车高压安全任务1-4典型纯电动汽车认识项目一

纯电动汽车任务1-2纯电动汽车典型技术认识【主要学习内容】一、动力电池及其管理系统二、其他储能装置三、驱动电机及其控制器四、功率变换器五、充电系统六、变速器七、制动助力与再生制动八、电动空调系统九、信息显示系统十、冷却系统十一、整车控制器任务1-2（第2课）主要学习内容：一、动力电池及其管理系统1.动力电池的主要性能指标2.铅酸蓄电池3.镍氢（Ni-MH）电池4.锌空气电池5.锂电池6.石墨烯电池7.蓄电池管理系统8.目前我国动力电池应用状况任务1-2（第2课）【学习目标】1.能够正确描述应用于纯电动汽车的动力电池的种类，各类型动力电池的基本结构、原理，特点及应用。2.能够正确描述电池管理系统的功能及组成。开始学习1.动力电池的主要性能指标2.铅酸蓄电池*3.镍氢（Ni-MH）电池*4.锌空气电池*5.锂电池*6.石墨烯电池*7.蓄电池管理系统*8.目前我国动力电池应用状况2.铅酸蓄电池（1）概述正极板活性物质为二氧化铅，负极板活性物质为铅，以酸溶液为电解质的蓄电池称为铅酸蓄电池。2.铅酸蓄电池铅酸蓄电池由正极板、负极板、隔板、电池盖、电解液、加液孔盖和电池外壳等组成，正、负极板浸入稀硫酸电解液中成为单格电池。每个单格电池的标称电压为2V，因此，6格串联起来成为12V蓄电池。2.铅酸蓄电池电动汽车使用的铅酸动力电池型号为××V-××Ah。例如12V-120Ah，前面部分表示铅酸蓄电池的标称直流电压，后面部分表示铅酸蓄电池的标称容量。2.铅酸蓄电池（2）常用动力铅酸蓄电池应用于电动汽车的动力铅酸蓄电池主要有阀控免维护铅酸蓄电池（VRLA）、胶体铅酸蓄电池、水平式蓄电池与双极式蓄电池四种。阀控铅酸蓄电池结构内含催化剂，能将H2和O2化合成水2.铅酸蓄电池阀控免维护铅酸蓄电池（VRLA）组2.铅酸蓄电池胶体型蓄电池：胶体型蓄电池是指其电解液是由稀的硫酸钠溶液和硅酸溶液混合成胶状物质的蓄电池。水平式蓄电池：极板为水平安置的电池。2.铅酸蓄电池双极式电池：将原蓄电池的隔板去掉，正、负极板合一，一面涂正极板活性物质，另一面涂负极板活性物质。双极式铅酸蓄电池2.铅酸蓄电池（3）优点①电压高，单体电压为2.0V。在常用蓄电池中，仅次于锂电池。②价格低廉。③可制成小至1A·h大至几千安时的各种尺寸和结构的蓄电池。④高倍率放电性能良好，可用于发动机启动。⑤高低温性能良好，可在-40～60℃条件下工作。⑥电能效率高，可达60%。⑦易于浮充使用，没有记忆效应。⑧易于识别荷电状态。2.铅酸蓄电池（4）缺点①比能量低，在电动汽车中所占的质量和体积较大，一次充电行驶里程短。②使用寿命短，使用成本高。③充电时间长。④存在铅污染。2.铅酸蓄电池

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5）应用

早期生产的电动汽车大多采用铅酸蓄电池，如五十铃Eif/Resort、大发HijetVan、铃本奥拓、富士SamberEV等。低速纯电动汽车多采用VRLA。采用铅酸动力电池的典型纯电动乘用车代表是风靡一时的美国通用汽车公司的纯电动汽车EV-1。开始学习1.动力电池的主要性能指标2.铅酸蓄电池*3.镍氢（Ni-MH）电池*4.锌空气电池*5.锂电池*6.石墨烯电池*7.蓄电池管理系统*8.目前我国动力电池应用状况3.镍氢(Ni-MH）电池以镍化合物（通常为氢氧化镍）为正极板活性材料，以储氢合金为负极板材料（活性物质为氢），电解质是水溶性氢氧化钾和氢氧化锂的混合物的电池称为镍氢蓄电池，属于碱性电池的一种。单体镍氢电池的标称电压为1.2V。跳转3.镍氢(Ni-MH）电池（2）特点与铅酸蓄电池相比，镍氢电池具有以下特点：①比功率高。是铅酸电池的2倍。②比能量高。比能量可达到70～80W·h/kg。③寿命长。是铅酸电池的3倍。④无重金属污染。⑤耐过充过放。⑥可以快速充电。1h内可以完全充满。⑦无记忆效应。⑧使用温度范围宽。⑨安全性好。各类试验无爆炸、燃烧现象。缺点：充电时发热量大，需采用有效的散热系统。3.镍氢(Ni-MH）电池（3）应用松下电池公司，用模拟混合动力汽车行驶工况对镍氢电池进行仿真试验，证实镍氢电池的特性几乎不发生变化，镍氢电池用于混合动力汽车是比较合适的，但也有将其应用于纯电动汽车上的，如日本丰田汽车公司的RAV4EV配置动力电池组由24节12V的镍氢电池组成，总电压为288V。电池类型比功率W／kg比能量W·h／kg快充性记忆性污染循环寿命次应用铅酸13035W·h/kg18～24h充满快充性差无有500～900小、微型电动车、电动大客车镍氢20070～801h充满可快充无无1000以上混合动力开始学习1.动力电池的主要性能指标2.铅酸蓄电池*3.镍氢（Ni-MH）电池*4.锌空气电池*5.锂电池*6.石墨烯电池*7.蓄电池管理系统*8.目前我国动力电池应用状况4.锌空气电池空气电池是以氧气作正极的活性物质，常用金属作负极的活性物质，电解质为碱性(KOH）的一种电池。因为作负极的金属材料可选性很多，所以空气电池的种类也很多，一般以选作负极材料的金属名为电池名的第一个字，后面加空气电池即为电池名，如用锌作负极的空气电池即叫“锌空气电池”，用铝作负极材料的称为“铝空气电池”。因为锌材料易得，价格不高，故锌空气电池产品较多。4.锌空气电池4.锌空气电池跳转4.锌空气电池

锌空气电池特点：（1）优点：比能量大、充电时间短、性能稳定、安全性好、成本低、可再生、充电方便。（2）缺点：对水分及二氧化碳敏感。锌空气电池应用：多用于纯电动商用车上，如德国研发的锌空气电池邮政车、美国DreisbackElectromotive公司开发的锌空气电池，已在公共汽车和总重9t的货车上使用，德国奔驰汽车公司的MB410型电动厢式车、瑞典斯德哥尔摩市的电动货车、电动客车和电动服务车，北京市的电动大客车和环卫车。4.锌空气电池电池类型比功率W／kg比能量W·h／kg快充性记忆性污染循环寿命次主要应用铅酸13035W·h/kg18～24h充满快充性差无有500～900小、微型电动车、电动大客车镍氢20070～801h充满可快充无无1000以上混合动力锌空气1001350几分钟无无100以上客货电动车比较开始学习1.动力电池的主要性能指标2.铅酸蓄电池*3.镍氢（Ni-MH）电池*4.锌空气电池*5.锂电池*6.石墨烯电池*7.蓄电池管理系统*8.目前我国动力电池应用状况5.锂电池（1）概述以锂化合物为正极板活性材料，以石墨等为负极板材料，以无水有机物为电解质的电池称为锂离子蓄电池，简称锂电池。5.锂电池磷酸铁锂电池：磷酸铁锂作为电池的正极，由铝箔与电池正极连接，中间是聚合物的隔膜。5.锂电池根据锂电池所用电解质材料不同，锂电池可分为液态锂电池（LIB）和聚合物锂电池（LIP）两大类。上述两种锂电池的正负极材料是相同的，基本原理也相似。锂离子电池的正极材料有很多种，主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料（镍、钴、锰）、磷酸铁锂等，相应的名称为钴锂电池、锰锂电池等等，用三元材料为正极的锂电池则称为三元锂电池。5.锂电池磷酸铁锂电池组5.锂电池磷酸铁锂电池组跳转5.锂电池（2）优点①工作电压高：单体电池3.7V。②比能量高：是铅酸电池的4倍。③循环寿命长：循环次数可达1000次。④自放电率低：远低于其他类型的动力电池。⑤无记忆效应。⑥无污染。⑦重量轻。（3）缺点①成本高。②必须有特殊的保护电路，以防止过充。5.锂电池

（4）应用目前，全球汽车制造商应用的锂动力电池主要为三大代表种类：

特斯拉为代表的镍钴铝酸锂电池(钴酸锂电池)以比亚迪为代表的磷酸铁锂电池以日本汽车为代表的锰酸锂电池。5.锂电池

性能比较电池类型比功率W／kg比能量W·h／kg快充性记忆性污染循环寿命次应用铅酸13035W·h/kg18～24h充满快充性差无有500～900小、微型电动车、电动大客车镍氢20070～801h充满可快充无无1000以上混合动力锌空气1001350几分钟无无100以上客货电动车锂3151202～4h充满可快充无无1000各类电动车开始学习1.动力电池的主要性能指标2.铅酸蓄电池*3.镍氢（Ni-MH）电池*4.锌空气电池*5.锂电池*6.石墨烯电池*7.蓄电池管理系统*8.目前我国动力电池应用状况6.石墨烯电池石墨烯电池，利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性，开发出的一种新能源电池。目前石墨烯的研究总体上分两块：一是在传统锂电池上进行应用，目的是改进、提升锂电池的性能，这类电池不会产生颠覆性的影响；二是依据石墨烯制造一个新体系的电池，它是一个崭新系列的，在性能上是颠覆性的，称作“超级电池”6.石墨烯电池使用石墨烯作为电池的阳极材料，其充放电速度将超过锂离子蓄电池的10倍。6.石墨烯电池石墨烯电池原理：6层石墨烯组成石墨烯带，电解液为氯化铜，即可输出2V电压。

CU+6.石墨烯电池2014年12月，美国电动汽车制造商特斯拉发布了两年前停产的第一代车型Roadster的升级版，续驶里程达到644km，高出原版60%。电池技术的进步提升了特斯拉产品的性能，此前Roadster的续驶里程是393km。特斯拉CEO马斯克称，特斯拉的高性能石墨烯电池，相比目前的容量增长近70%。开始学习1.动力电池的主要性能指标2.铅酸蓄电池*3.镍氢（Ni-MH）电池*4.锌空气电池*5.锂电池*6.石墨烯电池*7.蓄电池管理系统*8.目前我国动力电池应用状况7.蓄电池管理系统1）动力电池存在的问题（1）大容量单体电池容易产生过热（2）电池的性能不完全一致（3）电池成组后的主要问题：①过充/过放。②过大电流。③温度过高。④短路或者漏电。7.蓄电池管理系统2）电池管理系统的作用电池管理系统(BatteyManagementSystem,简称BMS）的功能之一就在于避免电池组出现上述问题。需要动态监测动力电池组的工作状态，实时采集每块电池的端电压和温度、充放电电流及电池组总电压，估算出各电池的荷电状态（SOC）、安全状态(SOH）和电化学状态(SOE）。然后通过控制相关器件，防止电池发生过充电或过放电现象，同时能够及时给出电池状况，找出有故障电池所在箱号和箱内位号，挑选出有问题的电池，保持整组电池运行的可靠性和高效性。7.蓄电池管理系统BMS的主要任务输入的信号执行元件防止过充电池电压、电流、温度充电机避免过放电池电压、电流、温度电动机功率转换器温度控制电池温度冷热空调(风扇等）电池组件电压和温度的平衡电池电压和温度平衡装置预测电池的SOC和剩余行驶里程电池电压、电流、温度显示装置BMS任务：数据采集电路采集电池信息数据，由ECU进行数据处理和分析，然后根据分析结果对系统内的相关功能模块发出控制指令，并向外界传递信息。7.蓄电池管理系统

3）电池管理系统结构7.蓄电池管理系统蓄电池管理系统主要执行以下工作：电压、电流与温度测量；计算电池SOC；计算电池放电深度DOD；计算最大允许放电电流；计算最大允许充电电流；预测蓄电池寿命指数和SOH；故障诊断。电池管理系统最基本的作用是进行电池组管理，还包括电线线路管理、热（温度）管理和电压平衡控制。开始学习1.动力电池的主要性能指标2.铅酸蓄电池*3.镍氢（Ni-MH）电池*4.锌空气电池*5.锂电池*6.石墨烯电池*7.蓄电池管理系统*8.目前我国动力电池应用状况8.我国动力电池应用状况

1.以磷酸铁锂电池为主2013年排名前五的纯电动乘用车分别是：江淮HFC7000AEV、上海华普SMA7000BEV、上海华普SMA7001BEV、北汽股份BJ7000B3D1-BEV和比亚迪QCJ7006BEVF，上述五款纯电动乘用车均装用磷酸铁锂电池。2.三元系锂离子电池市场份额快速提升2014年以来，北汽新能源、江淮、奇瑞等企业都开始在新车上应用三元系锂电池。主要企业动力电池应用状况车型名称电池类型电池容量（kWh）工况续驶里程（km）北汽EV150二代三元系锂30200北汽EV200三元系锂30.4245北汽ES210三元系锂38210奇瑞eQ三元系锂22.3200江淮iEV4磷酸铁锂19.2152江淮iEV5三元系锂23.3200二、其他储能装置1.超级电容2.飞轮电池1.超级电容超级电容属于物理电池。物理电池在储存能量、释放能量时不发生化学变化。1.超级电容超级电容也称为“电化学电容器”、“双电层电容器”，是一种新型储能装置，它依靠电解质与电极接触界面上形成的特有双电层结构储存能量。特点：可以在大电流下快速充放电，提供很大的瞬时充放电功率，循环寿命长，工作电压和温度范围宽。1.超级电容

（2）使用方式

超级电容和DC/DC变换器系统是常用的搭配方式。

1.超级电容超级电容和蓄电池采用并联的连接方式。电容在正常行驶的时候，不参与工作；但当车辆进行加速或上坡时，电容通过DC/DC变换器的控制提供短期的大电流，不足的部分与电池共给，两者再经过电动机控制器的调控，驱动电动机驱动车辆。1.超级电容（3）特点①充电速度快。充电10s～10min可达到其额定容量的95%以上。②循环使用寿命长。深度充/放电循环使用次数可达1～50万次。③没有记忆效应。④大电流放电能力超强，能量转换效率高。放电过程能量损失小，大电流能量循环效率≧90%。⑤功率密度高。可达300～5000W/kg，相当于普通电池的5～10倍。1.超级电容（3）特点⑥能量密度高。能量密度可达20W·h/kg。⑦环保。产品原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染，是理想的绿色环保电源。⑧充电性能好。充/放电线路简单，无需充电电路，安全系数高。⑨维护性能好。长期使用免维护。⑩超低温特性好。温度范围宽-40℃～+70℃。

(11)检测方便。剩余电量可直接读出。

(12)容量范围宽。容量范围通常为0.1～1000F。1.超级电容（4）应用日本是将超级电容器应用于混合动力电动汽车的先驱，超级电容器是近年来日本电动汽车动力系统开发中的重要领域之一。2004年7月，我国首部“电容蓄能变频驱动式无轨电车”在上海张江投入试运行。随着对电动汽车用超级电容的进一步研究和开