新能源汽车电池板块培训课件

1、新能源汽车培训课件,课时：4H湛魏,重要等级：,指采用非常规车用燃料作为动力来源（或使用常规车用燃料、采用新型车载动力装置），综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。,新能源汽车概念,纯电动汽车（BEV）、混合动力汽车（油气混合、油电混合、插电混合）、燃料电池电动汽车（FCEV）、燃气汽车（液化天然气、压缩天然气）、液化石油气汽车、氢能源动力汽车、太阳能汽车和其他新能源（如高效储能器）汽车等。,新能源汽车类型,电池技术、电机技术、电控技术,新能源汽车的关键技术,铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池、燃料电池、太阳能电池、其他动力电池。,新能源汽车的电池

2、种类,新能源汽车简单介绍,前言,Introduction,内燃机汽车的心脏是动力系统，但是新能源车的心脏则是电池系统，因为电池系统的优劣直接关系到车的行驶里程、使用便利性等等情况，而目前新能源动力车型最大的技术瓶颈也恰恰限制在了电池系统上，比如充电时间、充电效率、能量密度以及体积、材质、安全或者质量等等。,TRANSITION,01,第一部份,动力电池的定义动力电池的工作原理及性能参数动力电池的分类,Powerbattery,了解动力电池,动力电池的定义,动力电池即为工具提供动力来源的电源，多指为电动汽车、电动列车、电动自行车、高尔夫球车提供动力的蓄电池。电动汽车用电池的主要性能指标是比能量(

3、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。,1、动力电池的定义,电池正极P和负极N都浸在电解液E中。放电时，负极发生氧化反应向外电路释放电子，正极发生还原反应，从外电路得到电子。充电时，过程正好相反，负极得到电子发生还原反应，正极失去电子发生氧化反应。,2、电池的工作原理及性能参数,8,物理电池,化学电池,生物电池,电池的分类,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。,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。,3、动力电池的

4、分类,化学电池,化学电池的分类,一次电池/原电池,锌锰干电池ZnNH4ClZnCl2MnO2(C)锌汞电池ZnKOHHgO银锌电池ZnKOHAg2O,二次电池/蓄电池,铅酸电池PbH2SO4PbO2。镍镉电池CdKOHNiOOH镍氢电池H2KOHNiOOH锂离子电池LiCoO2有机溶剂6C。锌空气电池ZnKOHO2(空气)。,储备电池/激活电池,镁银电池MgMgCl2AgCl钙热电池CaLiCl-KClCaCrO4(Ni)。铅高氯酸电池PbHclO4PbO2。,燃料电池/连续电池,氢燃料电池H2KOHO2。肼空燃料电池N2H4KOHO2(空气),TRANSITION,02,第二部份,主流动力电

5、池介绍,Themainstreampowerbatteryisintroduced,铅酸蓄电池镍氢电池锂离子电池燃料电池,主流新能源汽车电池一览,比亚迪E6：磷酸铁锂电池,北汽E150：鎳鈷锰与磷酸铁铝电池混合,特斯拉MODELS：鎳鈷铝三元电池,一汽奔腾B70：氢燃料电池,新能源汽车常用动力电池,01,02,03,04,铅酸蓄电池,锂离子电池,镍氢电池,燃料电池,1）除锂离子电池外，在常用蓄电池中，铅酸蓄电池的电压最高，为2.0V；2）价格低廉；3）可制成小至1Ah大至几千安时的各种尺寸和结构的蓄电池；4）高倍率放电性能良好，可用于引擎启动；5）高低温性能良好，可在-4060条件下工作；6）

6、电能效率高达60%；7）易于浮充使用，没有“记忆”效应；,1）比能量低，在电动汽车中所占的质量和体积比较大，一次充电行驶里程短；2）使用寿命短；3）充电时间长；4）铅是重金属，存在污染。,铅酸蓄电池的特点,缺点,M+Ni(OH)2MH+NiOOH(充电反应)阳极：Ni(OH)2+OH-e-NiOOH+H2O阴极：M+H2O+e-MH+OH-,MH+NiOOHM+Ni(OH)2(放电反应)负极：MH+OH-e-M+H2O正极：NiOOH+H2O+e-Ni(OH)2+OH-,构造及工作原理,2、镍氢电池运用电动汽车,镍氢电池的特点,能耐过充过放。,4,无污染。镍氢电池不含铅、镉等对人体有害的金属。

7、,3,比功率高。目前商业化的镍氢功率型电池能做到1350W/kg。,1,循环次数多。目前电动车镍氢动力电池，80%放电深度可循环1000次以上，是铅酸蓄电池的3倍以上。,2,使用温度范围宽。正常使用温度范围宽-3055；储存温度范围-4070。,6,无记忆效应。,5,安全可靠。短路、挤压、针刺、安全阀工作能力、跌落、加热、耐振动等安全性、可靠性试验无爆炸、燃烧现象。,7,镍氢电池具有无污染、高比能、大功率、快速充放电、耐用性等许多优异特性。与铅蓄电池相比，镍氢电池除具有比能量高、质量轻、体积小、循环寿命长的特点外，还具有以下特点。,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

8、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。,3、锂离子电池大规模普及,17,优点,缺点,1)工作电压高。锂离子电池工作电压为3.6V，是镍氢和镍镉电池工作电压的3倍。2)比能量高。锂离子电池比能量已达到150Wh/kg，是镍镉电池的3倍，镍氢电池的1.5倍。3)循环寿命长。目前锂离子电池循环寿命已达到1000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。可随时充电，而不会降

9、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。,锂电池的特点,18,02.燃料种类,03.使用类型,04.燃料状态,05.运行机理,氢燃料电池、甲醇燃料电池、乙醇燃料电池,直接型燃料电池、间接型燃料电池、再生型燃料电池,液体型燃料电池、气体型燃料电池,酸性燃料电池、碱性燃料电池.,燃料电池,01.电解质,Click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

10、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.,燃料电池是一种化学电池，基于燃料、氧化剂基础上，发生化学反应时直接将释放出的能量变换为电能。,分类方法,燃料电池种类,06.工作温度,低温型（1000）,04,19,优点,缺点,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%，适合于汽车的加速和爬坡。2)排放基本达到零污染。碳氢化合物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。发生

11、的是电化学反应，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

12、能和汽车在减速时接受再生制动的能量。,各种动力电池技术方案比较。,TRANSITION,03,第三部份,动力电池管理系统,BATTERYMANAGEMENTSYSTEM,动力电池管理系统定义及结构动力电池管理系统功能,电动汽车电池管理系统(BMS)是连接车载动力电池和电动汽车的重要纽带，主要功能包括:电池物理参数实时监测;电池状态估计;在线诊断与预警;充、放电与预充控制;均衡管理和热管理等。,二次电池存在下面的一些缺点，如存储能量少、寿命短、串并联使用问题、使用安全性、电池电量估算困难等。电池的性能是很复杂的，不同类型的电池特性亦相差很大。电池管理系统(BMS)主要就是为了能够提高电池的利用率

13、，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。,定义,简介,结构,组成：数据采集模块、主控模块、通讯模块、均衡模块、人机接口模块、故障诊断模块等组成。,动力电池管理系统功能,BMS,动力电池的维护技术,动力电池的热管理,动力电池的电量管理,动力电池管理系统数据采集原理,动力电池充放电管理,动力电池均衡控制与管理,1、数据采集模块,采集动力电池的电压、温度、电流等参数，为电量管理、均衡管理、热管理、故障诊断等模块提供一次参数。,数据采集模块,1,2,3,单体电压采集：继电器阵列法、恒流源法、隔离运放采集法、压频转换电路采集法、线性光耦合放大电路采集法,温度采集：热敏电阻、热电

14、偶、集成温度传感器电流采集方法：分流器、霍尔式电流传感器,2、动力电池充放电管理,动力电池充电过程中与非车载充电机之间连接和通讯,对充电电流、电池电压等参数进行监控，防止动力电池出现过充现象,对电池放电电流进行监控，防止过电流对电池造成损坏,对电池放电深度进行控制，防止电池过放电影响电池使用寿命,4、动力电池的电量管理,保护蓄电池，把SOC控制在一定范围内提高整车性能，充分利用蓄电池降低对动力电池的要求，充分利用蓄电池提高经济性，选择较低容量的蓄电池,充放电管理、温度、电池容量衰减、自放电、一致性。,开路电压法UPS和储能电池容量积分法简单易行，但缺点是精度不高和误差累积模糊逻辑推理与神经网络

15、法精度较高，但需大量数据卡尔曼滤波法适用广泛，精度较高，但工程复杂,准确估测动力电池组的荷电状态(StateofCharge，即SOC)，即电池剩余电量，保证SOC维持在合理的范围内。,27,过高或过低的温度都将直接影响动力电池的使用寿命和性能，并可能导致电池系统的安全问题；电池箱内温度场的长久不均匀分布将造成各电池模块、单体间性能的不均衡。,功能,意义,电池温度的准确测量和监控；电池组温度过高时的有效散热和通风；低温条件下的快速加热；有害气体产生时的有效通风；保证电池组温度场的均匀分布。,5、动力电池的热管理,28,01,02,03,空冷按照散热风道结构空冷系统可分为串行通风方式和并行通风方

16、式两种最有效、最直接,液冷按照是否有内部加热或制冷装置可分为被动式和主动式两种。被动系统成本较低，采取的设施相对简单;主动系统相对复杂，并且需要更大的附加功率，但效果较为理想。,相变材料寒冷地区使用的动力电池可以使用加热线、加热膜、加热板等对电池进行加热。,按照传热介质，可将电池组热管理系统分为空冷、液冷和相变材料冷却三种,6、动力电池的维护技术,电池组的结构拓扑是首先需要解决的问题，这是由于单个电池的容量往往存在限制，想要做到100Ah以上，电动汽车电源系统的维护包括常规维护、重点维护、贮存维护等维护人员在进行操作时必须戴好绝缘手套等防护用品，使用前必须熟悉动力电源产品的结构、工作原理和使用说明书。,30,专用工具,个人防护,01,02,配置和准备专用的检测仪器（如丰田普锐斯配置有智能测试仪）、常用仪表（如电压表、欧姆表、绝缘测试仪等）、专用工具（带绝缘措施的起子、扳手等）、常用物料（如绝缘胶带、扎带等）、其他（如充电机等）。,电动汽车使用高压电路，在检修前必须做好个人防护措施：佩带绝缘手套，穿防护鞋、工作服等；手腕、身上不能佩带金属物件（如金属手链、戒指、手表、项链等）,准备工作,31,意,事,项,高压电路的线束和连接器通常为橙色，高压零部件通常贴有“高压”警示，操作这些线束和部件时需要特别注意。完成对高压系统的操作后，应再次确认在工作平台周围没有