《汽车设计》课件-第10章-电动汽车的电池选型设计

1汽车设计第10章电动汽车的电池选型设计2第10章电动汽车的电池选型设计返回目录10.1概述10.2电动汽车电池的选择10.3电动汽车电池主要参数选择

3电动汽车电源系统组成：动力电池、电池管理系统、充电机功能：提供驱动电能、监测电源、控制充电机向电池充电常用动力电池：铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池第10章电动汽车的电池选型设计10.1概述返回目录4汽车动力电池必须满足要求：1)体积小、重量轻、储能密度高，使电动汽车的一次充电续航里程长；2)能量输出快，使电动汽车的加速性能和爬坡性能好；3)能够快速启动和运行，可靠性高；4)循环次数高，使用寿命长；5)环境适应性强，能在一定温度下正常工作，抗振动冲击性能好；6)环保性能好，无二次污染，并有可再生利用性；7)维修方便，保养费用低；8)安全性好，能够有效防止因泄露或短路引起的起火或爆炸；9)价格低，经济性好。返回目录5下一节第10.1节概述本节内容结束610.2电动汽车电池的选择10.2.1铅酸电池在电动汽车的发展过程中，出现过很多种动力电池，其中产生巨大影响并商业化使用的主要有铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池。（1）电池结构单格电池电压：2V组成：极板、隔板、电解液、外壳、联条、接线柱图10-1铅酸电池的组成710.2.1铅酸电池工作原理（2）工作原理1）充电：正极：PbSO4+2H2O-2e‐=PbO2+4H++SO2-负极：PbSO4+2e‐=Pb+SO2-总反应：2PbSO4+2H2O=PbO2+Pb+2H2SO4

2）放电：负极：Pb+SO2--2e=PbSO2正极：PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO2+2H2O总反应：PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O8镍氢(Ni-MH)电池正极采用氢氧化镍，负极采用由储氢材料作为活性物质的氢化物电极，电解质为氢氧化钾（KOH）水溶液。镍氢电池的优势：与铅酸电池相比，运行电压、比能量和比功率均成倍提高，过度充放电耐受性和热性能好。与镍镉电池相比，镍氢电池的比能量较高且对环境无污染。电动汽车采用镍氢电池技术，节能可达25%，减排可达90%以上。10.2.2镍氢电池10.2.2镍氢电池910.2.2镍氢电池电池结构（1）镍氢电池结构组成：氢氧化镍正极、储氢合金负

极、隔膜、电解液、正负极集流体、安全阀、密封圈、顶盖、外壳外形：圆柱形

方形

图10-2圆柱形镍氢电池结构1010.2.2镍氢电池工作原理

1110.2.3锂离子电池10.2.3锂离子电池（1）电池结构组成：正极片、负极片、电解液、隔膜、正负极引线、绝缘材料、安全排气阀、正温度系数控制端子、外壳、盖板等。图10-3圆柱形锂离子电池电池结构1210.2.3锂离子电池工作原理（2）工作原理1310.2.3锂离子电池工作原理

1410.2.3锂离子电池系统模型（3）系统模型电动汽车用锂离子电池由单体电池、电池壳体、电线等组成。15①铅酸电池：性能可靠、价格低、技术成熟，用于旅游观光车、电动叉车和公交车。存在质量重、过充/放电性能差、易自放电、快速充电困难、污染环境等缺点。②镍氢电池：比铅酸电池能储存更多能量，但过放电会造成永久性损伤，

SOC范围受限，而且在低温时容量减小和自放电率高。金属镍非常昂贵，也制约了镍氢电池的发展。③锂离子电池：单体电池电压高，组成电池组时一致性要求比铅酸电池和镍氢电池低，可提高使用寿命；比能量大，同等容量下质量和体积更小，使得整车质量减小且行驶里程增加；自放电率低；此外还具有电压范围宽、无记忆效应、环境友好等优点，是当前最具发展潜力的电动车动力电池。10.2.4电池类型的选择10.2.4电池类型的选择1610.2.4电池类型的选择图10-6电动汽车电池性能比较锂离子电池能量密度最高，成为电动汽车的首选配套电池。1710.2.5电极材料选型10.2.5电极材料选型根据正极材料的不同，锂离子电池主要有钴酸锂、磷酸铁锂以及三元材料其中三元材料又分为镍钴锰酸锂和镍钴铝酸锂两种1810.2.5电极材料选型日韩电动汽车企业侧重发展锰酸锂和三元材料，中国电动汽车企业偏向磷酸铁锂动力电池。在电动汽车中的应用情况见表10-2所示。1910.2.6单体电池规格选型10.2.6单体电池规格选型外形：圆柱形卷绕式电池（18650、26650等）、方形电池不同外形单体动力电池各有其优缺点，如表10-3所示。2010.2.6单体电池规格选型典型的特斯拉电动汽车采用小容量电池单体组成动力电池，使用8000多个圆柱型单体电池组合成动力电池组为电动汽车提供能量，采用的单体电池型号为18650，直径18mm，高65mm。图10-718650动力电池单体外观及尺寸21下一节第10.2节电动汽车电池的选择本节内容结束

动力电池类型的选择要符合电动汽车的运行要求具有较高的比能量和比功率，以满足电动汽车的续航里程和动力性的要求具有与汽车使用寿命相当的充放电循环寿命，拥有高效率、良好的性价比以及免维护等特性2210.3电动汽车电池主要参数选择10.3.1动力电池匹配原则参数匹配：电池类型、电池组数目、电池组容量、电池组电压

2310.3.2动力电池组参数匹配1)电池组数目的确定

满足电动汽车行驶时所需的最大功率和续航里程的要求。①最大功率要求式中，为电动机的峰值功率(kW)；为电动机的工作效率；为电动机控制器的工作效率；为单电池最大输出功率(kW)：N为每个电池组所包含的单体电池数。2410.3.2动力电池组参数匹配

②必须满足电动汽车行驶时所需的续航里程要求式中，S为续航里程(km)；W为电动汽车行驶1km所消耗的能量(kW)；Cs为单节电池容量(A．h)；Vs为单节电池的电压(V)：N为每个电池组所包含的单体电池数。电池组数目为2510.3.2动力电池组参数匹配2）电池组容量电池组能量为式中，EB为电池组能量(kW·h)；Um为电池组电压(V)；CE

为电池组容量(A·h)。电池能量应满足以下条件：2610.3.2动力电池组参数匹配式中，m为汽车质量；g为重力加速度；f为地面滚动摩擦阻力；CD为汽车风阻系数；A为汽车迎风面积；

ua

为汽车等速工况行驶速度；S为续航里程；为汽车传动系统机械效率；为电动机效率；为电池放电效率；为汽车附件能量消耗比例系数；DOD为电池放电深度。2710.3.3动力电池的成组方式10.3.3动力电池的成组方式依据现有的电池技术，单体电池的能量、功率、电压等性能参数无法满足电动汽车实际工况运行所需的电压等级与功率等级。采用串联方式提高电池组的电压、并联方式增加电量。常见的电池组拓扑方式：先串后并、先并后串、混联图10-8电池组拓扑结构2810.3.3动力电池的成组方式先串后并：适用于较大容量电池系统。电池组并联之后强制均压，组内不同单体电池电压不一致性差异较大，同时存在电池组并联均流问题，BMS设计任务庞大。