《动力电池及管理技术》课件-任务四 动力电池的发展现状及趋势

项目一初识动力

电池任务四动力电池的发展现状及趋势《动力电池及管理技术》能力目标1.能说出当前电动汽车上应用的三种主流动力

电池。2.能描述动力电池的发展趋势。素质目标通过类推法，

能总结电池的发展现状，

有

方向性的思考电池未来的发展趋势。知识目标1.了解动力电池的发展现状。2.知道动力电池的发展

趋势。任务描述目前电动汽车之所以没有真正推广

，

主要存在以下问题：

续航里程短，

充电速度慢而且不方便

，

电池的寿命

不理想且成本太高等等

。

可见

，

制约

电动汽车发展的技术瓶颈就是电池。动力电池发展到现在现状是怎样的？将来我们又希望拥有什么样的电池？带着问题我们一起进入下面的学习吧。任务引入为了减少对石油的依赖程度

，控制环境污染和温室效应，

电动汽车成为汽车发展的方向。作为一种绿色交通工具，

它的开发被各国普遍确立为保

障能源安全和转型低碳经济的一种重要途径

，如图1-18所示为部分国家禁

售燃油车的时间表。而动力电池作为电动汽车的关键核心零部件之一

，是

电动汽车的“心脏”

，其技术水平及产业发展对电动汽车的规模化应用意

义重大，

电动汽车的开发关键在于动力电池的竞争，

因此动力电池成为当

今世界的研究热点。一、

动力电池的发展现状一、

动力电池的发展现状图

1

-

1

8

禁

售

燃

油

车

时

间

表根据动力电池的特点

、

要求和应用领域的不同

，目前国内外动力电池的研发种类主目前动力电池中

，

铅酸电池要集中在铅酸电池

、

镍氢电池和锂离子电主要靠保有量在支撑

，

镍氢池上

。

1996年通用汽车公司推出的第一电池因为平台电压太低

，

混代电动汽车采用的是铅酸电池

，

它是现代合动力车型也是一个过渡车电动汽车架构的雏形；

镍氢电池主要在日型而面临淘汰

，

故目前以锂系混合动力车型上应用；

现在电动汽车上比较流行的是锂离子电池。离子电池应用得最多。一、

动力电池的发展现状动力电池发展到现在已有20多年

，但由于目前动力电池的比能量不够高、充电所需时间长、一次充电行程短、安全性差、

电池成本高等原因，

尚不能得到大范围推广

，所以动力电池的发展成了制约电动汽车发展的瓶颈。据统计，

2022年累计装机量172.2GWh，

同比增长106.3%。

从使用的电池类型来看

，乘用车采用三元锂电池的占比达到了70%左右，

说明动力电池市场中乘用车是主导

，往三元锂方向发展的趋势明显。一、

动力电池的发展现状1、

比能量高能量密度高意味着可以使用更少的电池获得更高的续航里程或降低百公里耗电量

，

同时整车质量反而降低。

根据

我国2017年3月发布的《促进汽车动力电池产业发展行动方案》

，

明确了到2025年

，

动力电池系统比能量达到350Wh/kg

，

目前已经基本实现300Wh/kg的比能量

，但

安全性研究尚待加强。

因此

，不断提高电池Pack系统的集

成效率从而提升电池能量密度及安全性

，将会是动力电池

企业的核心竞争力。二、

电动汽车对动力电池的要求和发展趋势2、

比功率大功率密度是描述电池在瞬间释放较大能量的能力

，在某些场合中需要这样的电池，

比如电动汽车在启动加速的时候如果功率密度高

，则电动

车在加速的时候就会非常快。功率密度是由材料的特性决定的

，对于电

池开发以及电动车开发都非常重要

，功率密度大意味着在相同的条件下，

要么电池的功率提高了

，要么电池的体积和重量下降了。二、

电动汽车对动力电池的要求和发展趋势3、快速充电性能好电动汽车使用起来方便快捷

，要求在15分钟内

，能充满80%左右的电量

，这要求电池系统至少具备3C以上的充电能力

，这对电池电芯的设

计、

电连接设计、

电池系统的热设计、安全设计以及BMS的能量管理方

面

，都提出了更高的要求。二、

电动汽车对动力电池的要求和发展趋势4、温度使用范围宽电动汽车要想大范围推广

，动力电池的温度适应性一定要好。要能保证电池在冬天零下20℃甚至零下30℃的低温下或者夏天可以经受50℃的地面高温都能正常工作，

同时还要承受3~4C的快充

，这是起码的要求。

因此电池系统将朝具有高换热系数和快速热交换的液冷/液热系统方向发展。二、

电动汽车对动力电池的要求和发展趋势5、循环寿命长以锂电池为例

，所谓锂电池寿命是指电池在使用过一段时间后

，容量衰减为标称容量（室温25℃

,标准大气压

，

0.2C放电）

的80%

，

即可认为寿命终止

，行业内一般以锂电

池满充满放的循环次数来计算循环寿命。

现在市场上用的较多的三元锂电池循环寿命可达1000次左右。

但是

，锂电池若是使用条件不当

，

比如经常在高倍率和高温环境下放电，其寿命会大幅下降。

目前锂电池的循环寿命与整车里程寿命或使用年限不一致

，

再加上当前动力电池的成本占到整车接近50%的成本

，若能提高动力电池的循环寿命

，无形中相当

于降低了使用成本

，这将给电动汽车的推广带来很大的吸引力。二、

电动汽车对动力电池的要求和发展趋势6、安全性好动力电池的安全性是指在对动力电池进行电性能测试、

机械测试、

热测试和环境测试时，例如进行过放、

过充、

短路、

加热、

温度循环、

挤压等测试时不发生爆炸、

起火、

漏液等现象。

从用户角度看

，所谓

“安全”意味着动力电池和电动汽车在不同环境下使用都不会出现危险。

目前

，新能源汽车已进入大规模推广应用关键时期

，

开发安全性更高的动力电池产品已迫在眉睫。

动力电池系统所面临的风险

，

主要与其内部部件的特性和外部的运行环境有关

，

因此提高电芯的一致性

，

设计更好的热管理系统和BMS等

，

同时也要求用户能正确使用电动汽车。二、

电动汽车对动力电池的要求和发展趋势7、

自放电率低电池的自放电是指电池在开路状态下电压下降并且容量减少的现象

，是衡量电池性能的主要参数之一

，

主要是由于电池制作工艺的问题导致的

，

自放电现象在电池的实际应用中是不可消除的。

若单体电池的自放电率过大

，不但导致本身电压快速下降

，能量出现损失，还会因各电池间自放电的不一致性导致整个电池组容量快速衰减

，

引起电池管理系统(BMS)对电池荷电状态(SOC)的估算出现较大误差

，

电动车控制策略失效

，致使电动车电池系统出现过放电的情况

，最终导致电池寿命大大降低。二、

电动汽车对动力电池的要求和发展趋势8、对环境友好随着石油资源的日趋减少与生态环境的不断恶化

，人类逐渐认识到环境保护的重要性，会给自然环境和人类健康带来潜在威胁的电池例如镍铬电池已基本淘汰

，铅酸电池也会逐

步淘汰。

目前大量应用的锂离子动力电池相对铅酸电池而言

，环境友好性价比较高

，不包

含汞、

铅、镉等毒害性较大的重金属元素

，但是锂离子动力电池的金属离子、

负极的碳粉

尘、

电解质中的强碱和重金属离子

，都可能造成重环境污染

，

三元锂电池中的钴元素可能

会引起人们耳聋、

肠道紊乱、

心肌缺血等症状。

氢氧燃料电池十分的环保

，在运行时不排

放二氧化碳及其他有害气体

，未来可以大力发展类似燃料电池这种对环境危害很小或基本

没有危害的环保电池。二、

电动汽车对动力电池的要求和发展趋势9、有完善的回收体系动力电池的平均寿命大概为5至8年，

中国汽车技术研究中心数据显示

，2018-2020年

，全国累计报废动力电池将达12万-20万吨；到2025年动力电池年报废量或达35万吨的规模。大量的报废电池如果得不到妥善的处理

，既是一种资源的浪费

，也会对环境造成威胁。从2017年开始，

国家陆续发布《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》、《车用动力电池回收利用拆解规范》、《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》等多项政策和办法，

旨在支持开展动力蓄电池回收利用的科学技术研究，

引导产学研协作

，鼓励开展梯次利用和再生利用

，推动动力蓄电池回收利用模式创新。通过倒逼动力电

池企业布局和完善回收利用体系

，充分落实生产者责任延伸制度，

由汽车生产企业、电池生产企业、报

废汽车回收拆解企业与综合利用企业等通过多种形式

，合作共建、共用废旧动力蓄电池回收渠道

，带动

行业快速前进。

自此

，我国动力电池回收开始进入一个新的阶段。二、

电动汽车对动力电池的要求和发展趋势10、

使用方便由于充电桩、

充换电站等基础建设相对滞后

，致使充电不便

，

目前大部分电动汽车车主都是习惯于在家充电或者在公司内充电

，从而使电动汽车产业化和市场化发展受到制约。

2022年总体车桩比为2.56

，相较2021年年底的3:1略有提升

，但是与1:1的建设要求依旧相差较大。二、

电动汽车对动力电池的要求和发展趋势目前

，制约充电设施建设的主要因素包括电力接入周期长和成本高、

核减表安装困难、

现阶段城市土地供应紧张、

场地选址难度大

，

而私人建桩则存在物业配合度、

报桩立项备案流程复杂周期长、

停车位紧张等问题。

在充电运营服务方面

，则存在着支付互联互通和车桩新老标准切换