动力电池管理及维护技术（第3版）课件1.课程概论

动力电池管理及维护技术

第一讲：电动汽车动力电池发展摇号这么难，为什么还是有很多人不愿意购买电动汽车？第一讲

电动汽车动力电池发展目录CONTENTS1.1

动力电池及电动车辆发展1.2

动力电池技术现状及发展趋势1.3

动力电池驱动的车辆类型1.4

动力电池产业市场概况31.1动力电池及电动车辆发展1.蓄电池的发明1800年，亚历山大·伏特制成了人类历史上最早的电池，后人称之为伏特电池。1830年，威廉姆·斯特金解决了伏特电池的弱电流和极化问题，使电池的使用寿命大大延长。1836年，约翰·丹尼尔进一步改进了伏特电池，提高了伏特电池的稳定性，后人称之为丹尼尔电池。它是第一个可长时间持续供电的蓄电池。1859年，法国科学家普兰特加斯东(PlantGaston)最早发明的一种能够产生较大电流的可重复充电的铅酸电池。1800年，伏特把一块锌板和一块银板浸在盐水里，发现连接两块金属的导线中有电流通过。于是，他就把许多锌片与银片之间垫上浸透盐水的绒布或纸片，平叠起来。用手触摸两端时，会感到强烈的电流刺激。1.1动力电池及电动车辆发展1.蓄电池的发明1899年WaldmarJungner发明了Cd-Ni电池；1984年波兰的飞利浦（Phil11ips）公司成功研制出LaNi5储氢合金，并制备出MH-Ni电池。1.1动力电池及电动车辆发展1.蓄电池的发明1991年，可充电的锂离子蓄电池问世，实验室制成的第一只18650型锂离子电池容量仅为600mA·h；1992年，SONY公司开始大规模生产民用锂离子电池。1995年，日本索尼公司首先研制出100A·h锂离子动力电池并在电动汽车上应用，展示了锂离子电池作为电动汽车用动力电池的优越性能，引起了广泛关注。1.1动力电池及电动车辆发展2.电动机的发明1740年，第一个电动马达是由苏格兰僧侣安德鲁•戈登（AndrewGordon）创建的简单的静电设备。1821年英国人迈克尔·法拉第（MichaelFaraday）发明电动机实验室模型，只要有电流通过线路，线路就会绕着一块永久磁铁不停地转动，成为电动机发展的雏形。1.1动力电池及电动车辆发展2.电动机的发明1827年，匈牙利物理学家安幼思·杰德利克（ÁnyosJedlik）开始尝试用电磁线圈进行实验。杰德利克解决一些技术问题后，称他的设备为“电磁自转机”。虽然只用于教学目的，但第一款杰德利克的设备已包含今日直流电动机的三个主要组成部分：定子，转子和换向器。1.1动力电池及电动车辆发展2.电动机的发明1831年，美国人约瑟夫·亨利改进了法拉第电动机，使用电磁铁代替永久磁铁，提高了输出功率，从而向实用电动机发展跨出了重要一步。1834年，德国人莫里茨·赫尔曼·雅可比对亨利电动机作了重要革新，把水平的电磁铁改为转动的电枢，并加装了换向器，制成了第一个电动机样机。1838年，制造出世界上第一台实用直流电动机，安装在船上，并试航成功。从此，电动机就完成了从实验室模型到实用电动机的转化。1.1动力电池及电动车辆发展2.电动机的发明1835年，美国一位铁匠汤马斯·达文波特（ThomasDavenport）制作出世界上第一台能驱动小电车的应用电动机，并在1837年申请了专利。1870年代初期，世界上最早可商品化的电动机由比利时电机工程师ZenobeTheophileGamme所发明。1888年，美国著名发明家尼古拉·特斯拉应用法拉第的电磁感应原理，发明交流电动机，即为感应电动机。1.1动力电池及电动车辆发展3.电动车辆的发展第一阶段电动汽车的发明1839年，苏格兰发明家罗伯特·安德森(RobertAnderson)便成功地将电动机装在一部马车上，将其成功改造为世界上第一辆靠电力驱动的车辆。1842年又与托马斯·戴文波特(ThomasDavenport)合作，打造出世界上第一部以电池为动力的电动汽车，采用不可充电的玻璃封装蓄电池，开创了电动车辆发展和应用的历史。比德国人戈特利布·戴姆勒（GottliebDaimler）和卡尔·本茨（KarlBenz）发明汽油发动机汽车早了数十年。1847年，美国人摩西·法莫制造了第一辆以蓄电池为动力可乘坐两人的电动汽车。1.1动力电池及电动车辆发展3.电动车辆的发展第二阶段电动汽车的发展1881年11月，法国人古斯塔夫·特鲁夫在巴黎展出了一台以铅酸电池为动力，且可充电的电动三轮车。加上乘员后总重量达到了160千克，时速达到了12千米。1882年，威廉姆·爱德华·阿顿和约翰·培理也制成了一辆电动三轮车，车上还配备了照明灯。这辆车的总重量提高到了168千克，时速提高到了14.5千米。1891年，美国人亨利·莫瑞斯制成了第一辆电动四轮车，实现了从三轮向四轮的转变，这是电动车向实用化方向迈出的重要一步。1.1动力电池及电动车辆发展3.电动车辆的发展1899年，法国人考门·吉纳（CarmenGina）驾驶一辆44kW双电动机为动力的后轮驱动的子弹头型电动汽车（下图），创造了时速106km的记录，并且续驶里程达到了约290km。法国子弹头型的电动汽车子弹头电动车复制品1.1动力电池及电动车辆发展3.电动车辆的发展第三阶段电动汽车的繁荣19世纪末到20世纪20年代是电动车发展的一个高峰。据统计，到1890年在全世界4200辆汽车中，有38%为电动汽车，40%为蒸汽车，22%为内燃机汽车。1900年，美国制造的汽车中，电动汽车为15755辆，蒸汽机汽车为1684辆，而汽油机汽车只有936辆。到了1911年，就已经有电动出租汽车在巴黎和伦敦的街头上运营。美国首先实现了早期电动车的商业运营，成为发展最快、应用最广的国家。19世纪末期到1920年是电动车发展的一个高峰。1912年，已经有几十万辆电动汽车遍及全世界，被广泛使用于出租车、送货车、公共汽车等领域。1.1动力电池及电动车辆发展3.电动车辆的发展第四阶段电动汽车的衰落在美国得克萨斯州发现了石油，使得汽油价格下跌，大大降低了汽油车的使用成本。在1890～1920年期间，全世界石油生产量增长了10倍。1908年，福特汽车公司推出了T型车，并开始大批量生产，内燃机汽车的成本大幅度下降，1912年电动车售价1750美元，而汽油车只要650美元。内燃机汽车应用方便、价格低廉的优点也逐步显现。1.1动力电池及电动车辆发展3.电动车辆的发展电动汽车续航里程短、充电时间长成为无法与内燃机汽车相抗衡的致命因素。道路交通系统的改善,对长距离运输车辆的需求不断增加,电动汽车的黄金时代仅仅维持了20多年,便走向衰退。第一次世界大战后,电力牵引技术应用的重点转移到公共交通领域,如火车、有轨电车和无轨电车。随着内燃机汽车设计和制造技术的发展,在很多地区,有轨电车和无轨电车也逐步被柴油驱动的内燃机汽车取代。这一方面是由于电动汽车技术多年没有大的进步,车速低、加速度小;另一方面是由于其使用区域受限,电力供应网络和建设维护费用偏高。到20世纪20年代,电动汽车几乎消失了1.1动力电池及电动车辆发展3.电动车辆的发展第五阶段

电动汽车的复苏进入20世纪60年代，内燃机汽车大批量使用导致了严重的空气污染。70年代初，世界石油危机对美国乃至世界经济产生了重大影响，而电动汽车由于其良好的环保性能和能摆脱对石油的依赖性，重新得到社会各界的重视。1978年，美国通过《第95-238公法》（FederalNonnuclearAct），增加对电动汽车研发的拨款，责成国家阿岗实验室与电池公司合作研制供电动汽车用的高性能蓄电池。从此，国际上开始了第二轮的电动汽车研发高潮。

1.1动力电池及电动车辆发展3.电动车辆的发展中国自主品牌比亚迪、理想、小鹏、蔚来、广汽埃安等均推出了自己的新能源汽车,有知名车型如比亚迪汉、海豹、理想ONE、小鹏P7、蔚来ES8、AION

VPlus等。2023年8月,比亚迪第500万辆新能源汽车下线,标志着中国新能源汽车产业达到一个新的高度。请思考：电动车辆发展过程，关键因素是什么？长期以来，电池的寿命和成本问题一直是制约电动汽车发展的技术瓶颈。通过不断的技术创新与技术改进，电池技术得到了飞速的发展。动力电池已经从传统的铅酸电池发展到镍氢动力电池、钴酸锂、锰酸锂、聚合物、三原材料，磷酸铁锂等先进的绿色动力电池，动力电池在比能量、比功率、安全性、可靠性、循环寿命、成本等方面，都取得很大的进步。1.2动力电池技术现状及发展趋势19世纪末到20世纪初,电动汽车由于缺乏成熟的电池技术和合适的电池材料发展得非常缓慢,以内燃机为动力的传统汽车占领了市场。日本丰田汽车公司利用镍氢电池技术制造了将内燃机和电动机相结合的第三代电动汽车,即混合动力电动汽车(hybridelectricvehicle,HEV)1.2动力电池技术现状及发展趋势1.车用电池发展2006年锂离子电池技术的迅速发展,特别是在安全性方面的大幅提高,使其逐步被应用于纯电动车和混合动力汽车,成为镍氢电池强劲的竞争者。2007年,插电式混合动力汽车(plug-inHEV,PHEV)诞生2012年以来,我国动力电池产业快速发展,推动各环节技术水平快速提升。电芯实现了三元NCM811电池的量产应用,产品单体能量密度为260W·h/kg,系统能量密度为180W·h/kg;方形、软包生产设备和圆柱后段电化学环节设备基本实现国产,自动化程度和设备精度显著提升;正极材料NCM811和NCA材料初步实现国产,并在部分产品上实现应用;硅碳负极材料已量产,并出口到国外;湿法隔膜已国产化,产品性能接近国外水平;电解液实现了新型添加剂的研发和量产。近年来,我国动力电池产业已取得显著发展,技术进步和产业规模均位于世界前列。目前,我国企业在电池能量密度、安全性、电池管理系统(BMS)等方面已实现重要突破,部分技术达到甚至领先国际水平。1.2动力电池技术现状及发展趋势1.2动力电池技术现状及发展趋势表

电动汽车用蓄电池概况2.基本特性1.2动力电池技术现状及发展趋势1)铅酸电池3.典型电池应用1.2动力电池技术现状及发展趋势2)镍氢电池3)锂离子电池日、韩、美、德等国际主要动力电池生产国纷纷制定动力电池产业发展扶持政策，我国也出台并形成了完善的动力电池产业政策体系，涵盖从研发、生产、销售、使用到回收利用的全产业链环节，为保障动力电池产业的健康有序发展提供了强有力支撑。1.2动力电池技术现状及发展趋势1.3动力电池驱动的车辆类型1.场地车辆-厂内车辆在厂区或生产现场的产品或材料运输中，电动车辆已有很长的应用历史。1910年前后电动车辆就被应用于货物运输，1922年出现了电动举升式叉车，随后以电动叉车为主的电动车辆被广泛应用于工厂的货物举升、移动和码放。1.3动力电池驱动的车辆类型1.场地车辆-娱乐及运动高尔夫球车主要用于高尔夫球场运送设备以及为球员服务，由于电动车辆具有无污染、低噪声等优点，类似高尔夫球车的电动旅游景点用车在环境要求高的旅游景点被广泛用于游客运输。1.3动力电池驱动的车辆类型1.场地车辆-残疾人及医疗由于蓄电池驱动的车辆具有的起步平缓、低噪声等优点，在医疗机构中应用电动车辆运输药品、作为重症监护车辆以及救护车。电动轮椅也广泛应用应用，使残疾人能够行动自如。1.3动力电池驱动的车辆类型1.场地车辆-机场地面保障车辆20世纪80年代初，机场开始扩大电动车辆在机场货物运输及人员输送方面的应用。1.3动力电池驱动的车辆类型2.电动滑板车、摩托车和自行车电动自行车、电动轻型摩托车遍布大街小巷，已经成为大家公认的便捷、快速、无污染、无噪声的交通工具。1.3动力电池驱动的车辆类型3.电动汽车随着节能环保日益受到社会各界的重视，交通领域节能减排、低碳出行的重任再次落到了电动汽车的身上。1.3动力电池驱动的车辆类型4.轻轨和单轨超级电容轻轨列车是一种新型电力机车，单轨属于运能接近地铁系统的中运量城市轨道交通系统，而"云轨"是比亚迪跨座式单轨产品的特有名称。1.4动力电池产业市场概况随着各国政府和各大车企禁售燃油车时间表相继出台，全球新能源汽车已进入产业化的快速推进阶段，中国占据全球新能源汽车市场的最大份额。2018—2023年全球动力电池总装机量及发展趋势1.4动力电池产业市场概况我国动力电池产业快速发展，推动各环节技术水平快速提升，电池企业产销量持续增加，产业集聚效应越发明显。2023年中国动力电池市场竞争格局1.4动力电池产业市场概况全球动力电池市场，基本被中日韩三国所瓜分，202