新能源汽车概论-QhxnyV030102 动力电池的组成及工作原理

目录CONTENTS新能源汽车概论第一部分动力电池系统的组成第二部分动力电池工作原理第三部分动力电池的连接01动力电池系统的组成新能源汽车概论新能源汽车概论电池是一种把化学反应所释放的能量直接转换成直流电能的装置。动力电池是纯电动汽车上的能源装置，它的作用是为纯电动汽车的驱动电机提供所需的电能，同时也为汽车电气及设备提供电能。第一部分动力电池系统的组成电池要实现化学能转换成电能的过程，必须满足如下条件:(1)必须把化学反应中失去电子的氧化过程和得到电子的还原过程(在正极进行)分别在两个区域进行。(2)两电极必须是有离子导电性的物质。(3)化学变化过程中电子的传递必须经过外电路。新能源汽车概论第一部分动力电池系统的组成新能源汽车概论为满足构成电池的条件，电池需要包含以下基本组成部分:(1)极活性物质。它具有较高的电极电位，电池工作即放电时进行还原反应或阴极过程。为了与电解槽的阳极、阴极区分开，在电池中将其称做正极。(2)负极活性物质。它具有较低的电极电位，电池工作时进行氧化反应或阳极过程。为了与电解槽的阳极、阴极区分开，在电池中将其称做负极。第一部分动力电池系统的组成新能源汽车概论第一部分动力电池系统的组成(3)电解质。它具有很高的、选择性的离子电导率，提供电池内部的离子导电的介质。大多数电解质为无机电解质水溶液，少部分也有固体电解质、熔融盐电解质、非水溶液电解质和有机电解质，有的电解质也参与电极反应而被消耗。

(4)隔膜。为保证正负极活性物质不直接接触而短路，又要保证正负极之间尽可能小的距离，以使电池具有较小的内阻，在正负极板之间须加装隔膜。除了以上主要组成部分以外，电池可能还要有导电栅、汇流体、端子、安全阀等零件。02动力电池工作原理新能源汽车概论新能源汽车概论第二部分动力电池工作原理电池的工作过程一般指电池的放电过程，电池放电时阳极上进行氧化反应，向外提供电子，在阴极上进行还原反应，从外电路接受电子，电流经外电路从正极流向负极。新能源汽车概论电动势的建立电池的放电电池的充电第二部分动力电池工作原理新能源汽车概论1、电动势的建立铅酸蓄电池的充、放电是由正极板上的活性物质氧化铅(PbO2)和负极板上的活性物质海绵状的纯铅(Pb)与电解液中的硫酸(H2SO4)发生化学反应来完成的。第二部分动力电池工作原理新能源汽车概论当正、负极板浸入电解液后，在单格蓄电池的正负极柱间产生电动势。在正极板处，少量PbO2溶入电解液，与水(H2O)生成Pb(OH)4,再分解成四价铅离子(Pb4+)和氢氧根离子(OH-)。即:第二部分动力电池工作原理PbO2+2H2O→Pb(OH)4Pb(OH)4→Pb4++0H-新能源汽车概论沉附于极板的表面，OH-留在电解液中，使正极板相对于电解液具有正电位。当达到平衡时，约为+2.0V。第二部分动力电池工作原理新能源汽车概论在负极板处金属铅受到两方面的作用，一方面它有溶解于电解液的倾向，因而有少量铅进入溶解，生成二价铅离子(Pb2+)，在极板上留下两个电子(2e)，使极板带负电；另-方面，由于正、负电荷的吸引，Pb2+有沉附于极板表面的倾向。当两者达到平衡时，溶解便停止，负极板相对于电解液具有负电位，约为-0.1V。第二部分动力电池工作原理新能源汽车概论因此，在外电路未接通，反应达到相对平衡状态时，蓄电池的电动势为:

2.0-(-0.1)=2.1V这是单格蓄电池正负极间的电动势，对于6个单格串联而成的一块蓄电池，则其电动势为2.1×6=12.6V。第二部分动力电池工作原理新能源汽车概论2.放电过程将蓄电池的化学能转换为电能的过程称为放电过程。蓄电池接上负载，在电动势的作用下，电流从正极经过负载流向负极(即电子从负极流向正极)，使正极电位降低，负极电位升高，破坏了原有的平衡。放电电流使正极板上的Pb+得到2个电子，变成二价铅离子(Pb2+）,并溶于电解液中。正、负板板上Pb4+和电子数量的减少，使正负极板活性物质原有的溶解电离动态平衡被破坏，正、负极板上的PbO2、Pb就会继续溶解电离，以补充正负极板上的Pb4+和电子。在电解液中，当Pb2+增加至一定的依度时，就会与SO4+-生成硫酸铅(PbSO4),并沉附于正、负极板表面。第二部分动力电池工作原理新能源汽车概论正极板负极板正极板负极板正极板Pb4++2e→Pb2+Pb2++SO42-→PbSO4Pb2++SO42-→PbSO4Pb→Pb2++2ePbO2+2H2SO4→Pb4++2SO42-+2H2O铅酸电池放电过程的电化学反应如下第二部分动力电池工作原理新能源汽车概论铅酸电池的放电过程可总结为，正负极板上的活性物质PbO2和Pb通过不断地溶解电离来维持电动势，并逐渐转变为PbSO4；在电解液中，H2SO4减少，H2O增加，其密度下降。由于放电过程沉附于正负极板表面的PbSO4会阻碍电解液与极板内层的活性物质接触，从而极板内层的活性物质不能溶解电离。因此，铅酸电池放电过程中其极板内层的活性物质不能都被利用。通常情况下的“蓄电池放完电”实际上也只是利用了极板活性物质的表层部分。第二部分动力电池工作原理新能源汽车概论蓄电池放电后，其正、负极板上有少量的PbSO4呈离子状态。当接通充电电源后，在电源力的作用下形成充电电流，电子从正极板经充电电路流向负极板。正负极板上的PbSO4逐渐溶解电离，转化为正极板上的PbO2和负极板上的Pb,电解液中的H2O减少，H2SO4增加，其密度增大。第二部分动力电池工作原理3.蓄电池的充电过程03动力电池工作原理新能源汽车概论新能源汽车概论电池单体电池包电池系统第三部分动力电池的连接电池新能源汽车概论1.电池单体电池单体(cell)是指直接将化学能转换为电能的基本装置和基本单元，它是构成电池的基本元件，包括电极、隔膜、电解质和外壳等。2.电池电池(battery)是指由一个以上的电池单体并联或串联而成，封装在一个物理上独立的电池壳体内，具有独立的正极和负极输出的部件。内燃机汽车上常用的12V或24V启动电池，就是由6片或12片2V的铅酸电池单体串联而成。第三部分动力电池的连接新能源汽车概论3.电池包4.电池系统第三部分动力电池的连接电池包(batterypack)也被称为电池组，是由多块电池通过串联或并联构成的一个存储电能或对外输出电能的部件。通常意义上的电池包还包括动力电池管理系统、电池箱等元器件。对于不包含完整电池管理功能的电池组通常