项目二 动力蓄电池 任务一 认知动力蓄电池结构与原理

新能源汽车技术项目二动力蓄电池任务一认知动力蓄电池结构与原理任务一认知动力蓄电池结构与原理一、动力蓄电池的分类1.按照能量来源方式分类电池可分为化学电池、物理电池和生物电池三大类，其中化学电池和物理电池已经应用于量产电动汽车中，而生物电池则被视为未来电动车电池的重要发展方向之一。化学电池是将化学能转化为电能的电池，是目前电动汽车领域应用最为广泛的电池种类，如镍氢蓄电池、锂离子电池、锂聚合物电池、燃料电池等都属于这一范畴。化学电池根据特性的不同，又可以分为一次电池、二次电池。其中，一次电池也称为原电池，即使用后不能再行充电的电池（例如生活中使用的锌锰干电池）；二次电池也被称作为蓄电池，即一次放电后可以再行充电使用的电池。物理电池顾名思义，就是依靠物理变化来提供、储存电能的电池统称，如超级电容、飞轮电池等都属于物理电池的家族成员。生物电池是指将生物质能直接转化为电能的装置（生物质蕴涵的能量绝大部分来自于生物电池太阳能，是绿色植物和光合细菌通过光合作用转化而来的）。任务一认知动力蓄电池结构与原理2.按照动力蓄电池材料分类按电池正极和负极材料的不同，可将动力蓄电池分为锌系电池、镍系电池、铅系电池、锂系电池及金属空气（氧气）系列电池等。1）锂系电池有锂离子电池、锂聚合物电池、磷酸铁锂电池等。2）镍系电池有镍镉电池、镍锌电池、镍氢蓄电池等。3）铅系电池比如铅酸蓄电池。4）锌系电池有锌锰电池、锌银电池等。5）金属空气电池有锌空气电池、铝空气电池等。按电池材料，可以分为三元锂电池、磷酸铁锂电池、钴酸锂电池、锰酸锂电池、镍电池、铅酸蓄电池。一、动力蓄电池的分类任务一认知动力蓄电池结构与原理3．按动力蓄电池电解质分类按照动力蓄电池电解质的不同，可将动力蓄电池分为酸性电池、碱性电池、中性电池和有机电解液电池四类。1）酸性电池：主要以硫酸水溶液为电解质。动力蓄电池中属于酸性电池的主要是铅酸蓄电池。2）碱性电池：主要以氢氧化钾水溶液为电解质。动力蓄电池中的锌锰电池、镍镉电池、镍氢蓄电池等均属于此类电池。3）中性电池：以盐溶液为电解质。这种动力蓄电池由于稳定性较差，目前在电动汽车上还很少使用。4）有机电解液电池：主要以有机溶液为电解质的动力蓄电池有锂电池、锂离子电池等。一、动力蓄电池的分类任务一认知动力蓄电池结构与原理1．动力蓄电池的性能参数（1）电压动力蓄电池的电压（端电压）是指其正极与负极之间的电位差，单位为V（伏特），是表示动力蓄电池性能与状态的重要参数之一。1）开路电压：动力蓄电池未向外电路输出电流时的端电压。动力蓄电池在充足电状态下的开路电压最高，随着动力蓄电池放电程度的增加，动力蓄电池的开路电压会相应降低。2）放电电压：动力蓄电池向外输出电流时的端电压。放电电压也称为工作电压，动力蓄电池在放电时的放电电流越大，放电电压就越低；在同样的放电电流下，随着动力蓄电池的放电程度增加，其放电电压也会相应降低。3）充电电压：在充电电源对动力蓄电池进行充电时，动力蓄电池的端电压。充电电流大，动力蓄电池内的极化（欧姆极化、浓差极化、电化学极化）就越大，充电电压也就越高；在同样的充电电流下，动力蓄电池充电初期的充电电压较低，当动力蓄电池充足电时其充电电压达到最高。二、动力蓄电池的性能参数与常用术语任务一认知动力蓄电池结构与原理（2）内阻动力蓄电池的内阻主要与极板的材质、结构及装配工艺有关。不同的电解质呈现的电阻也不同。因此，不同类型的动力蓄电池，其内阻是不同的。对某种类型的动力蓄电池来说，随着放电程度的增加，其内阻会相应增大。动力蓄电池内阻的单位为（欧姆）。（3）容量动力蓄电池的容量是指在允许放电范围内所能输出的电量，单位为A·h（安时）。容量用来表示动力蓄电池的放电能力。在不同条件下，动力蓄电池所能输出的电量（容量）是不同的。1）理论容量：是假设动力蓄电池极板上的活性物质全部参加电化学反应而输出电流时，根据法拉第定律计算出的电量。理论容量通常用质量容量（A·h/kg）或体积容量（A·h/L）表。2）实际容量：是指充足电的动力蓄电池在一定条件下所能输出的电量。其值是在允许放电范围内，放电电流与放电时间的乘积。动力蓄电池的实际容量小于理论容量，当放电电流和温度不同时，其实际容量也会有所不同。3）小时放电率容量：充足电的动力蓄电池以某一恒定电流放电，放电小时后将动力蓄电池放电至终止电压，此时动力蓄电池所能输出的电量称为小时放电率容量，通常用表示。二、动力蓄电池的性能参数与常用术语任务一认知动力蓄电池结构与原理4）额定容量：是指充足电的动力蓄电池在规定的条件下所能输出的电量。额定容量是制造厂标明的动力蓄电池容量，作为动力蓄电池性能的重要技术指标。在我国的国家标准中，用3h放电率容量（）来定义电动汽车用动力蓄电池的额定容量，用20h放电率容量（）来定义汽车用起动型动力蓄电池的额定容量。（4）能量动力蓄电池的能量是指在一定的放电条件下，动力蓄电池所输出的电能，单位为W·h（瓦时）或kW·h（千瓦时）。动力蓄电池的能量表示其供电能力，是反映动力蓄电池综合性能的重要参数。1）标称能量：是指在一定的放电条件下动力蓄电池所能输出的电能。动力蓄电池的标称能量是其额定容量与额定电压的乘积。2）实际能量：是指在一定的放电条件下动力蓄电池所能输出的电能。动力蓄电池的实际能量是其实际容量与放电过程的平均电压的乘积。3）比能量：是指动力蓄电池单位质量所能输出的电能，单位为W·h/kg或kW·h/kg。动力蓄电池的比能量越高，汽车充足电后的行驶里程就越长。4）能量密度：即体积比能量，是指动力蓄电池单位体积所能输出的电能，单位为W·h/L或kW．h/L。动力蓄电池的能量密度越高，电动汽车的载重量和车内的空间就越大。表2-1为各种电池的能量密度和比能量。二、动力蓄电池的性能参数与常用术语任务一认知动力蓄电池结构与原理4）额定容量：是指充足电的动力蓄电池在规定的条件下所能输出的电量。额定容量是制造厂标明的动力蓄电池容量，作为动力蓄电池性能的重要技术指标。在我国的国家标准中，用3h放电率容量（）来定义电动汽车用动力蓄电池的额定容量，用20h放电率容量（）来定义汽车用起动型动力蓄电池的额定容量。（4）能量动力蓄电池的能量是指在一定的放电条件下，动力蓄电池所输出的电能，单位为W·h（瓦时）或kW·h（千瓦时）。动力蓄电池的能量表示其供电能力，是反映动力蓄电池综合性能的重要参数。1）标称能量：是指在一定的放电条件下动力蓄电池所能输出的电能。动力蓄电池的标称能量是其额定容量与额定电压的乘积。2）实际能量：是指在一定的放电条件下动力蓄电池所能输出的电能。动力蓄电池的实际能量是其实际容量与放电过程的平均电压的乘积。3）比能量：是指动力蓄电池单位质量所能输出的电能，单位为W·h/kg或kW·h/kg。动力蓄电池的比能量越高，汽车充足电后的行驶里程就越长。4）能量密度：即体积比能量，是指动力蓄电池单位体积所能输出的电能，单位为W·h/L或kW．h/L。动力蓄电池的能量密度越高，电动汽车的载重量和车内的空间就越大。表2-1为各种电池的能量密度和比能量。二、动力蓄电池的性能参数与常用术语任务一认知动力蓄电池结构与原理（5）功率动力蓄电池的功率是指在规定的放电条件下，动力蓄电池单位时间所能输出的电能，单位为W或kW。动力蓄电池的功率大小会影响电动汽车的加速度和最高车速。1）比功率：即质量比功率，是指动力蓄电池单位质量所能输出的功率，单位为W/kg或kW/kg。动力蓄电池的比功率越大，汽车的加速和爬坡性能就越好，最高车速也越高。2）功率密度：即体积比功率，是指动力蓄电池单位体积所能输出的功率，单位为W/L或kW/L。动力蓄电池的功率密度越高，电动汽车的载重量和车内的空间就越大。（6）寿命动力蓄电池的寿命通常用使用时间或循环寿命来表示。动力蓄电池经历一次充电和放电过程称为一个循环或一个周期。在一定的放电条件下，当动力蓄电池的容量下降到某规定的限值时，动力蓄电池所能承受的充放电循环次数称为动力蓄电池的循环寿命。二、动力蓄电池的性能参数与常用术语任务一认知动力蓄电池结构与原理2．动力蓄电池常用术语（1）终止电压终止电压是指充电或放电结束时的电压，分为充电终止电压和放电终止电压。1）充电终止电压：动力蓄电池在充电结束（充足电）时，其充电电压已上升至极限，继续充电就将使动力蓄电池过充电，这个高限电压就称为充电终止电压。当动力蓄电池的充电电流较大时，在动力蓄电池充电过程中就有可能达到充电终止电压，且充电电流越大，达到充电终止电压的时间就越短。2）放电终止电压：动力蓄电池在放完电时，其放电电压已下降至极限，继续放电将导致动力蓄电池过度放电，这个低限电压就称为放电终止电压。放电电流越大，放电终止电压就越低。（2）小时放电率小时放电率是指动力蓄电池以恒定的电流放电，以该恒定电流放电小时，正好使动力蓄电池放电至终止电压（放完电）。二、动力蓄电池的性能参数与常用术语任务一认知动力蓄电池结构与原理（3）小时充电率小时充电率是指动力蓄电池以恒定的电流，充电小时，正好使动力蓄电池充电至终止电压（充完电）。小时充电率的恒流值与小时放电率的恒流值相等。（4）过充电与过放电动力蓄电池的过充电与过放电是指充电过度或放电过度。1）过充电：动力蓄电池已充足电后的充电即为过充电。此外，充电电流大于动力蓄电池充电可接受电流时，继续以该电流充电也属于过充电。2）过放电：动力蓄电池已放电至终止电压（已放完电）后，继续放电即为过放电。（5）荷电状态动力蓄电池的荷电状态SOC（StateofCharge）在数值上等于动力蓄电池剩余的容量与动力蓄电池额定容量的比值，用于描述动力蓄电池在充放电过程中的存电状态。二、动力蓄电池的性能参数与常用术语任务一认知动力蓄电池结构与原理（6）放电深度动力蓄电池的放电深度DOD（DepthofDischarge）在数值上等于动力蓄电池已放出的电量与动力蓄