新能源汽车中的电池技术

新能源汽车中的电池技术新能源汽车中的电池技术1123录新能源汽车的发展背景新能源汽车介绍新能源汽车的电池技术新能源汽车中的电池技术汽车工业面临的三大问题温室效应石油短缺环境污染温室效应石油短缺环境污染新能源汽车中的电池技术石油短缺新能源汽车中的电池技术环境污染新能源汽车中的电池技术新能源汽车的发展从新能源汽车的发展来看，各国扶持补贴政策起到了重大作用，这与光伏行业扶持补贴具有类似性，只是新能源汽车比光伏行业落后一个阶段。随着第二阶段扶持补贴政策作用的逐渐显现，以及目前各国的持续性投入，新能源汽车逐渐进入收获阶段。新能源汽车中的电池技术新能源汽车概念新能源汽车类型纯电动汽车（BEV）、混合动力汽车（油油电混合）、燃料电池电动汽车（FCEV）、汽车（液化天然气、压缩天然气）、液化石新能源汽车的关键技术新能源汽车的电池种类新能源汽车中的电池技术纯电动汽车（BEV）纯电动汽车概念纯电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶的车辆。一般采用高效率充电电池为动力源。电动汽车的电动机相当于传统汽车的发动机，蓄电池相当于原来的油箱，由于电能是二次能源，可以来源于风能、水能、热能、太阳能等多种方式。纯电动汽车结构电动汽车由底盘、车身、电池组、电动机、控制器和辅助设施蓄电池六部分组成。由电动机、电池组和控制器等组成的电力驱动及控制系统是电动汽车的核心，也是区别于内燃机汽车的最大不同点。新能源汽车中的电池技术纯电动车的工作原理纯电动汽车主要由蓄电池、电动/发电机等部件组成。蓄电池向电动机提供电能来驱动汽车。在制动或减速时，电机作为发电机来回收能量。新能源汽车中的电池技术纯电动汽车的特点平抑电网的峰谷差。可在夜间利用电网的廉价“谷新能源汽车中的电池技术纯电动汽车的关键技术纯电动汽车的关键技术电池及能量管理技术电力驱动及其控制技术电动汽车用电池的主要性能指标是比能量(E)、能量密度(Ed)、比功率(P)、循环寿命(L)和成本(C)等。要使电动汽车能与燃油汽车相竞争，关键就是要开发出比能量高、比功率大、使用寿命长的高效电池。电池及能量管理技术电力驱动及其控制技术电动汽车车用动力蓄电池经过3代发展，已取得了突破性的进展。电动汽车整车技术在电动汽车上实现能量管理的难点，在于如何根据所采集的每块电池的电压、温度和充放电电流的历史数据，来建立一个确定每块电池还剩余多少能量的较精确的数学模型。新能源汽车中的电池技术混合动力汽车（HEV）混合动力汽车概念混合动力汽车多采用传统的内燃机和电动机作为动力源，通过混合使用热能和电力两套系统开动汽车。使用的内燃机既有柴油机又有汽油机，因此可以使用传统汽油或者柴油，也有的发动机经过改造使用其他替代燃料，例如压缩天然气、丙烷和乙醇燃料等。使用的电动力系统中包括高效强化的电动机、发电机和蓄电池。蓄电池使用的有铅酸电池、镍锰氢电池和锂电池，将来应该还能使用氢燃料电池。新能源汽车中的电池技术混合动力汽车的工作原理按发动机和电动机的耦合方式不问，可分为串联式混合动力汽车(SHFV)、并联式混合动力汽车(PHEV)、混联式（中、并联式）混合动力汽车（PSHEV）三种形式。1新能源汽车中的电池技术新能源汽车中的电池技术混联怯混合动力汽车3新能源汽车中的电池技术混合动力电动汽车的特点混合动力汽车是将原动机、电动机、能量存储装置等组合在一起，它们之间的良好匹配和优化控制，可充分发挥内燃机汽车和电动汽车的优点，避免各自的不足。与纯电动汽车相比与内燃机汽车相比23与纯电动汽车相比与内燃机汽车相比23借助原动机的动力，可带动空调、真空动力、转向助力及其它辅助电23避免或减少了发动机变工况下的不良运在人口密集的商业区、居民区等地可用可通过电动机提供动力，因此可配备功率较小的发动机，并可通过电动机回收制动、减速时的能量，进一步降低能耗新能源汽车中的电池技术混合动力电动汽车的关键技术驱动电动机及其控制技术动力电池及其管理系统整车能量管理控制系统动力传动系统匹配能量再生制动回收系统先进车辆控制技术的应用动力电池是混合动力汽车的基本组成单元，其性能直接影响驱动电动机的性能，从而影响整车的燃油经济性和排放性能。能否开发适合混合动力汽车的专用动力电池是决定混合动力汽车能否大量推广使用的重要因素之一。如何全面、准确的对动力电池进行管理，是决定电池能否发挥最佳效能的重要因素。混合动力汽车的整车能量控制系统的主要功能是进行整车功率控制和工作模式切换的控制。整车能量控制必须通过有效地控制混合动力系统的工作才能实现，此外，能量控制还需考虑其他车载电气附件和机械附件的能量消耗，如空调、动力转向、制动助力等系统的能耗，以综合考虑整车的能量使用。新能源汽车中的电池技术燃料电池电动汽车（FCEV）燃料电池电动汽车的概念燃料电池电动汽车是采用燃料电池作为电源，是一种节能、无污染、环保型的汽车，是未来汽车发展的一条重要的技术路线。新能源汽车中的电池技术燃料电池汽车的结构燃料电池汽车主要由贮氢罐、燃料电池组、电机控制系统、驱动电机、超级电容或辅助蓄电池及热交换器等部件组成。燃料电池电动汽车的工作原理使氢在汽车搭载的燃料电池中，与大气中的氧发生化学反应，产生出电能发动电动机，由电动机带动汽车中的机械传动结构，进而带动汽车的前后万象轴、后桥等行走机械结构，转动车轮驱动汽车。核心部件燃料电池采用的能源的直接来源就是石化裂解反应提取的纯液化氢；间接来源是甲醇、天然气、汽油等烃类化学物质。新能源汽车中的电池技术燃料电池电动汽车的特点效率高续驶里程长绿色环保过载能力强低噪声效率高续驶里程长绿色环保过载能力强低噪声优缺点设计方便灵活制造成本和使用成本过高辅助设备复杂启动时间长新能源汽车中的电池技术燃料电池电动汽车的的发展瓶颈催化材料燃料电池反应中需要使用贵金属铂作为催化剂，使得成本居高不下。配套设施建设加氢站等配套设施催化材料燃料电池反应中需要使用贵金属铂作为催化剂，使得成本居高不下。配套设施建设加氢站等配套设施不够完善，如何提高加氢站安全性也需要高额的前期投入。氢的存储运输在后续使用中，储存和运输氢成本高昂，氢的储存条件很严格，一般主要有高压气态、低压液态两种储存方法，但这两种方法的单位能量所占体积都新能源汽车中的电池技术燃料电池电动汽车的关键技术燃料电池系统车载储氢系统车载蓄电系统整车布置整车热管理电动机及其控制技术整车与动力系统的参数选择与优化多能源动力系统的能量管理策略燃料电池是燃料电池汽车发展的最关键技术之一，燃料电池系统的核心是燃料电池堆。燃料电池堆技术发展趋势可用耐久性、低温启动温度、净输出比功率以及制造成本4个要素来评判。储氢技术是氢能利用走向规模化应用的关键。目前，常见的车载储氢技术系统有高压储氢、低温储氢和金属氢化物储氢3种基本方法。如何有效减小储氢系统的重量与体积，是车载储氢技术研发的重点。理想的方法是采用储氢材料与高压储氢复合的储氢新模式。该模式的难点在于开发吸、放氢性能好，成型加工型良好、质量轻的储氢材料。新能源汽车中的电池技术电动汽车用动力电池33循环寿命长。增加电池正常周期内的行驶里程数，降低成本。电动汽车电动汽车5高低温性能好、环境适应性强。5高低温性能好、环境适应性强。以适应不同的地理环境和气温条件。车用动力电池车用动力电池电动汽车对动力电池的要求新能源汽车中的电池技术电池可以分为化学电池、物理电池和生物电池三大类。1）化学电池按工作性质原电池、蓄电池、燃料电池、储备电池按电解质酸性电池、碱性电池、中性电池、有机电解质电池、非水无机电解质电池、固体电解质电池按电池的特性高容量电池、密封电池、高功率电池、免维护电池、防爆电池按正负极材料锌锰电池系列、镍镉镍氢系列、酸铅系列、锂电池系列2）物理电池利用光、热、物理吸附等物理能量发电，如太阳能电池、超级电容器、飞轮电池等。3）生物电池利用生物化学反应发电，如微生物电池、酶电池、生物太阳能电池等。新能源汽车中的电池技术构造及工作原理PbO2+2H2SO4+Pb--->PbSO4+2H2O+PbSO4(放电反应)(过氧化铅)(硫酸)(海绵状铅)负极：Pb+SO422e－===PbSO4↓正极：PbO2+4H++SO42－+2e－===PbSO4↓+2H2OPbSO4+2H2O+PbSO4--->PbO2+2H2SO4+Pb(充电反应)阳极：PbSO4+2H2O－2e－===PbO2+4H++SO42-阴极：PbSO4+2e－===Pb+SO42-新能源汽车中的电池技术铅酸蓄电池的特点新能源汽车中的电池技术构造及工作原理镍氢电池镍氢电池正极是活性物质氢氧化镍，负极是储氢合金，用氢氧化钾作为电解质，在正负极之间有隔膜，共同组成镍氢单体电池。在金属铂的催化作用下，完成充电和MH+NiOOH→M+Ni(OH)2(放电反应)正极：NiOOH+H2O+e-→Ni(OH)2+OH-M+Ni(OH)2→MH+NiOOH(充电反应)放电的可阳极：Ni(OH)2+OH--e-→NiOOH+H2O放电的可新能源汽车中的电池技术镍氢电池的特点镍氢电池具有无污染、高比能、大功率、快速充放电、耐镍氢电池的特点1比功率高。目前商业化的镍氢功率型电12循环次数多。目前电动车镍氢动力电池，80%放电23 4556使用温度范围宽。正常使用温度范围宽-30~55℃;67安全可靠。短路、挤压、针刺、安全阀工作能力、跌落、加热、耐振动等安全7新能源汽车中的电池技术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。新能源汽车中的电池技术锂离子电池的特点1)工作电压高。锂离子电池工作电压为3.7V，是镍氢和镍镉电池工作电压的3倍。2)比能量高。三元锂离子电池比能量已达到300W·h/kg.3)循环寿命长。目前锂离子电池循环寿命已达到数千次以上，在低放电深度下可达几万次，超过了其他几种二次电池。4)自放电率低。锂离子电池月自放电率仅为6%~8%，远低于镍镉电池25%~30%和镍氢电池15%~20%。5)无记忆性。可以根据要求随时充电，而不会降低电池性能。6)对环境无污染。锂离子电池中不存在有害物质，是名副其实的“绿色电池”。7)能够制造成任意形状。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。新能源汽车中的电池技术燃料电池是一种化学电池，它直接把物质发生化学反应（不是燃烧）时释放出的能量变换为电能，工作时需要连续地向其供给活物质——燃料和氧化剂。分类方法燃料电池种类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、锌空燃料电池、质子陶瓷燃料电池燃料种类氢燃料电池、甲醇燃料电池、乙醇燃料电池燃料使用类型直接型燃料电池、间接型燃料电池、再生型燃料电池燃料状态液体型燃料电池、气体型燃料电池运行机理酸性燃料电池、碱性燃料电池工作温度低温型（<200℃)、中温型（200~750℃)、高温型（750~1000℃)、超高温型（>1000℃)新能源汽车中的电池技术燃料电池的特点1)节能、转换效率高。燃料电池的运转效率约为50%~70%，低功率下的运转效率高，其短时间的过载能力可以达到额定功率的200%，非常适合于汽车在加速和爬坡时的动力性能特征。2)排放基本达到零污染。用碳氢化合物作为燃料的燃料电池主要生成物质为水、C02、CO等，属于“超低污染”；氢氧燃料电池的反应物只有清洁的水。3)无振动和噪声，寿命长。由于发生的是电化学反应，所以整个过程中没有噪声和机械振动的产生，从而减少机械器件的磨损，延长了使用寿命。4)结构简单，运行平稳。能量转化在静态下完成，结构比较简单，构件的加工精度要求低。1)燃料种类单一。主要是液态氢、气态氢以及碳水化合物经过重整后转换的氢，氢气的产生、存储、保管、运输和灌装或重整，都比较复杂，对安全性要求高。2)要求高质量的密封。燃料电池组中的单体电池间的电极连接时，必须要有严格的密封，否则氢气泄漏会降低氢的利用率并严重影响燃料电池发动机的效率，还会引起氢气燃烧事故。3)价格高。制造成本高，电池价格昂贵。4)需要配备辅助电池系统。通常在燃料电池汽车上还要增加辅助电池，来储存燃料电池富裕的电能和汽车在减速时接受再生制动的能量。新能源汽车中的电池技术质子交换膜燃料电池基本结构：质子交换膜、催化剂层、扩散层、集流板质子交换膜：不仅是一种将阳极的燃料和阴极的氧化剂隔开的隔膜材料，还是电解质和电极活性物质（电催化剂）的基底。电催化剂：为了加快电化学反应速度，气体扩散电极上都含有一定量的催化剂。目前多采用铂催化剂。双极板和流场：作用是分隔反应气体，收集电流，将各个单电池串联起来和通过流场为反应气体进入电极及水的排出提供通新能源汽车中的电池技术工作原理①导入的氢气通过阳极集流板（双极板）经由阳极气体扩散层到达阳极催化剂层，在阳极催化剂作用下，氢分子