《新能源汽车结构与原理》课件 项目二 任务一 动力蓄电池概述

《新能源汽车结构与原理》

项目二动力蓄电池系统02项目二动力蓄电池系统

动力蓄电池系统任务一动力蓄电池概述任务二动力蓄电池组系统任务三电池管理系统BMS任务一动力蓄电池概述学习目标

1.了解动力蓄电池的定义、分类及技术参数。2.掌握动力蓄电池结构与原理。一、动力蓄电池的定义、分类及技术参数

（一）动力蓄电池的定义在国家标准GB/T19596-2017《电动汽车术语》中动力蓄电池(tractionbattery)的定义为：为电动汽车动力系统提供能量的蓄电池。分为化学电池、物理电池、生物电池。任务一动力蓄电池概述一、动力蓄电池的定义、分类及技术参数

（二）动力蓄电池的分类1.化学电池：是利用物质的化学反应产生电能的电池，如镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池等。（1）按工作性质：原电池、蓄电池、燃料电池、储备电池；（2）按电解质分类：酸性电池、碱性电池、干性电池、有机电解质电池、固体电解质电池；（3）按正负极材料分类：锌锰电池、镍镉镍氢电池、铅酸电池、锂电池。任务一动力蓄电池概述一、动力蓄电池的定义、分类及技术参数1）铅酸电池铅酸电池是一种电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的蓄电池。铅酸电池成本低且技术成熟，目前大约95％的四轮低速电动车都在使用铅酸电池。2）镍氢电池镍氢电池是20世纪90年代发展起来的一种新型蓄电池。它的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，是一种碱性蓄电池。任务一动力蓄电池概述一、动力蓄电池的定义、分类及技术参数3）锂电池锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。锂离子蓄电池具有工作电压高、比能量高、循环使用寿命长等优点，广泛应用在电动汽车中。锂离子蓄电池的负极是储锂材料，电解质是锂盐的有机溶液或聚合物，正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料等。目前，车用锂电池正极主要选用磷酸铁锂和三元两种材料。任务一动力蓄电池概述一、动力蓄电池的定义、分类及技术参数4）磷酸铁锂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，具有循环寿命（100%DOD）达到800次以上、使用安全、可大电流快速放电、热稳定性好、金属资源丰富、无记忆效应等特点。“铁电池”曾经是比亚迪新能源汽车的一大标签。磷酸铁锂电池曾靠着更长的充放寿命和更好的安全性成功占领了市场的主流。但是磷酸铁锂电池有一个致命的缺点：能量密度低。比亚迪表示，从2018年起乘用车都将使用三元锂电池。任务一动力蓄电池概述一、动力蓄电池的定义、分类及技术参数5）三元锂电池三元锂电池正极使用镍钴锰酸锂三元材料，具有能量密度大、单体电压高、循环使用寿命（100%DOD）高、热稳定性好等特点。6）燃料电池燃料电池是一种将燃料与氧化剂的化学能通过电化学反应直接转换成电能的发电装置。燃料电池具有以下特点：理论热效率100%、电化学反应清洁、比能量高、噪声低。氢燃料电池基本原理：把氢和氧分别供给阴极和阳极，氢通过阴极向外扩散和电解质（铂）发生反应后，放出的电子通过外部负载到达阳极。燃料的化学能直接转换为电能，不需要进行燃烧，能量转换率可达60%～80%。任务一动力蓄电池概述一、动力蓄电池的定义、分类及技术参数2.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。保时捷911GT3及保时捷918Spyder混合动力跑车均在两前轮处安装有飞轮电池，用于制动能量回收再利用。当飞轮转速上升时电池为储能状态，转速下降时，电池为功能状态。任务一动力蓄电池概述一、动力蓄电池的定义、分类及技术参数3.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。SONY公司在2011年年底于东京举行的环保用品展上拿出了一种新的电池样品，利用纤维素酶使纸中的纤维素转换为葡萄糖，然后再使葡萄糖氧化发电。该电池所产生的动力可供一台小风扇使用。由于技术条件的制约，生物燃料电池的研究和使用还处于不成熟阶段,电池的输出功率小、使用寿命短，远没有达到全面推广的时期。任务一动力蓄电池概述一、动力蓄电池的定义、分类及技术参数（三）动力蓄电池的技术参数动力蓄电池的技术参数包括：电池电压、电池容量、电池荷电状态、放电制度、能量、功率。任务一动力蓄电池概述一、动力蓄电池的定义、分类及技术参数（三）动力蓄电池的技术参数1.电池电压电池两个电极之间的电位差，称为电池的电压。电池电压：（1）理论电压:蓄电池的额定电压。（2）开路电压：蓄电池在开路条件下的端电压。（3）标称电压：由厂家指定的用以标识电池的适宜的电压近似值。（4）放电终止电压：蓄电池正常放电时允许达到的最高电圧。任务一动力蓄电池概述一、动力蓄电池的定义、分类及技术参数2.电池容量电池的容量是指电池在一定放电条件下所能放出的电量，常以符号C来表示，常用单位为安培·小时（A·h）电池容量：（1）理论容量：在活性物质完全被利用的情况下，蓄电池可以释放的容量值。（2）标称容量：由厂家指定的用以标识电池的适宜的容量近似值。（3）额定容量：在规定条件下测得的并由制造商标明的电池容量值。（4）初始容量：新出厂的动力蓄电池，在室温下，完全充电后，以1小时放电电流放电至企业规定的放电终止条件时所放出的容量。任务一动力蓄电池概述一、动力蓄电池的定义、分类及技术参数3.电池荷电状态电池荷电状态(StateofCharge,SOC)是蓄电池放电后剩余容量与电池额定容量的百分比。任务一动力蓄电池概述一、动力蓄电池的定义、分类及技术参数4.能量电池的能量是指在一定放电制度下，电池所能输出的电能，通常用瓦时（W·h）表示。电池的能量反映了电池做功能力的大小，也是电池放电过程中能量转换的量度。对于电动汽车来说，电池的能量大小直接影响电动汽车的行驶距离。电池能量：（1）理论能量：指电池在一定标准规定的放电条件下，电池所输出的能量，是电池的理论容量与额定电压的乘积。（2）实际能量：指电池放电时实际的输出能量。（3）比能量：指单位质量或单位体积的电池所放出的能量。任务一动力蓄电池概述一、动力蓄电池的定义、分类及技术参数5.功率在一定放电制度下，单位时间内电池输出的能量，称为电池的功率，单位为W或KW。单位质量或单位体积电池输出的功率，称为比功率，单位为W/kg或W/L。比功率的大小表征电池所承受的工作电流的大小，是体现电池性能的一项重要指标。比能量高的动力蓄电池就像龟兔赛跑里的乌龟，耐力好，可以长时间工作，续航里程长。而比功率高的动力蓄电池就像兔子，速度快，可以提供很高的瞬间电流，以保证加速性能。任务一动力蓄电池概述二、动力蓄电池的结构与原理（一）锂电池分类1.按正极材料：钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元锂2.按电解质：聚合物、液态电解质3.按电池形状：方形、圆柱形、软包4.按封装外壳：塑料、金属任务一动力蓄电池概述二、动力蓄电池的结构与原理（二）锂电池的基本结构任务一动力蓄电池概述二、动力蓄电池的结构与原理（二）锂电池的基本结构1.正极：正极基体材料为铝箔。2.负极：负极基体材料为铜箔。3.电解液：含锂盐的有机溶液。4.隔膜：微孔聚丙烯和微孔聚乙烯。5.安全阀：防爆半球面铝膜。任务一动力蓄电池概述二、动力蓄电池的结构与原理（三）锂电池的工作原理无论何种类型的锂离子电池，其基本工作原理是一样的，锂离子电池实际上是一种“浓差电池”。任务一动力蓄电池概述二、动力蓄电池的结构与原理（三）锂电池的工作原理1.充电过程充电时，Li+从正极脱嵌经过电解质嵌入到负极，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，保持负极的电平衡。任务一动力蓄电池概述正极LiCoO2→Li1-xCoO2+xLi++xe-负极6C+xLi++xe-→LixC6总反应LiCoO2+6C→Li1-xCoO2+LixC6二、动力蓄电池的结构与原理（三）锂电池的工作原理2.放电过程放电时，Li+从负极脱嵌，经过电解质嵌入到正极，正极处于富锂态，负极处于贫锂态。任务一动力蓄电池概述正极LixC6→6C+xLi++xe-负极Li1-xCoO2+xLi++xe-→LicoO2总反应li1-xCoO2+LixC6→LicoO2+6C任