中职教育-《电动汽车》第三版课件：第二章 动力电池(胡骅、宋慧 主编 人民交通出版社).ppt

3.电池组的均衡充电 1）两个动力电池模块之间存在“不一致”时的均衡充电电路
对于以上两个电池“不一致”的现象，可以在两个 “不一致”电池B1和B2之间装置一个“均衡充电 电容”C和自动控制开关S1和S2。在控制单元控制下，当电池B1接通控制开关S1，电池B1为“均衡 充电电容”C充电。电容C充电完毕，截断控制开关S1，接通控制开关S2，电容C对电池B2充电，将 电荷转移到电池B2，使电池B1和B2之间的电压差异减小。
4.RC等效电路模型
RC等效电路模型是法国 SAFT电池公司设计的等效电路 模型。
模型采用两个电容和三个 电阻组成，大电容Cb描述为电 池的储能能力，与充放电时电 池的内阻Rcb串联，Icp为通过 大电容的电流。小电容Ce描述 电池极化表面效应，与电池的 容性内阻Rce串联。Ice为通过 小电容和内阻Rce的电流。两 股电ຫໍສະໝຸດ Baidu并联后与欧姆内阻R0串 联，共同输出的电流为Ib。RC 等效电路模型中的负极定义为 零电动势。RC等效电路模型已 经在ADVISOR仿真软件中运用
2.两个电池之间的“不一致”性在放电时的表现
由于以上相同的原因，在用同一型号、同一批量的两个两个单体电池或两个电池模块，组成串 联或并联的电池组中，放电时可能出现性能“不一致”现象。（图1-2-4-6-2）为性能“不一致” 的两个电池在放电时，1'号电池放电时可释放电流大于2'号电池放电时的可释放电流。如果将1'号电 池和2'号电池串联，以Ic的电流放电时间为t1时，Ic首先与2'号电池可释放电流曲线相交，然后到放 电时间为t2时，才能与1'号电池可释放电流曲线相交，1'号电池处于正常放电状态。但在t1到t2这 段时间2'号电池却处“过放”的放电状态，2'号电池因过放电，活性物质被损坏，产生大量气体。 如果要控制2'号电池正常放电，则1'号电池的电量不能充分放出，由于受到将受到2'号电池的影响， 而不能达到额定的放电量。
二、美国的车用电池的发展目标和技术指标
三、动力电池的基本构成和基本术语
第二节 动力电池
一、铅酸电池
1.铅酸电池的构造
2.铅酸电池的工作原理
3.铅酸电池的充放电
4.铅-酸电池的优缺点
1）优点:铅酸蓄电池的来源丰富、技术成熟，专业化程度高，工艺成熟，可靠性高，价格
较便宜。目前我国在各种小型电动汽车、电动工具车、电动自行车、电动摩托车、电动清扫车 等电动车辆上铅酸电池得到广泛地应用。
2.Thrvenin等效电路模型
Thrvenin电路模型是电池的 基本电路模型，用理想电压源Uoc， 串接电容Cp和电阻Rp共同组成的并 联电路（用以描述过电压）和电池的 内阻Rb（用以描述开路电压）来描 述电池的特性。
Thrvenin电路模型同时考虑 到电路容性和阻性的特点，是具有 代表性的电池电路模型。但 Thrvenin电池模型未考虑随电池 的工作条件变化和SOC的变化的影 响，因此，准确性也较差。
四、电池的充电与放电特性 新的电池组必须充电后才能储存电能，然后电池组以放电的形式为电
动汽车提供电能，当放电达到终了下限，又必须再次充电后才能循环使用。 1.电池充电时的可接受电流
2.电池放电时的可放出的电流
3.不同的电池的充电特性与放电特性
五、电池的充电方式
1.“多阶段”恒电流充电模式
为克服恒电流充电时的特性，采用“多阶段”恒电流充电，也称为“递减 式” 恒电流充电。“多阶段”恒电流充电是在充电过程中，用现代充电控制 技术，控制充电电流分阶段递减。保持各个阶段电流的递减基本接近理论的充 电特性曲线，可以缩短充电时间，减少析出气体，提高充电效率。但“多阶段” 恒电流充电模式不能完全与电池“可接受”充电电流曲线相吻合，在充电过程 仍然会对电池造成伤害，因此要求将“多阶段”充电时的电流充电阶段分得很 细，因而使得控制变得很复杂。
2）感应式充电桩 感应式充电桩用于装有车载感应式充电器的电动汽车充电。 车载感应式充电器相当于一个小型变压器，充电时，采用高频变压器
原理，将高频变压器的原边绕组隐藏在地下的发射导线中，高频变压器的副 边绕组设置在电动汽车上。充电控制系统将电网电源50或60Hz的普通交流 电，转换为80~300Hz的高频、能够适用于电动汽车充电的直流电流，通过 电磁耦合作用，在电动汽车的高频变压器的副边上，产生感应直流电流并对 电池进行充电。
2）缺点:
a，性能较差；铅酸电池的比能量和比功率较低，体积大、质量重，因此，降低了电动汽车 的动力性能，并在电动汽车上布置也较困难。铅酸电池的充电时间长，过充、过放性能较差， 自放电较大，使用寿命较短，影响了电动汽车的机动性和增加了使用成本。
b, 重金属的危害；在铅酸电池中，大量使用铅，以及少量的锑、砷、镉等重金属，在铅酸电 池制造过程中，铅粉微粒，铅极板涂膏，悬浮的铅烟雾，都会对人体造成严重的毒害。在铅酸 电池中，锑Sb会与氢H2发生反应，形成SbH3，长期接触SbH3会发生头痛、贫血等病症。废旧 铅酸电池中的重金属如果不能集中处理，会对土壤、环境造成污染。
c.硫酸烟雾；铅酸电池中在充电时，由于水的电解而产生的气体逸出，携带少量硫酸微粒， 形成硫酸烟雾。硫酸烟雾刺激人们的呼吸系统，会引起呼吸道的疾病。在废铅酸电池处理时， 废硫酸还会对土壤造成污染。
二、镍-金属氢化物Ni—MH电池 1.镍-金属氢化物电池的构造 2.镍-金属氢化物电池的工作原理 3.镍-金属氢化物电池的特性和优缺点
感应式车载充电
器充电时间较短，不 需要用插头和插座接 触，安全性较好。但 只能在装有感应式充 电站的地方，和装有 感应充电装置的电动 汽车，才能进行感应 充电。目前使用较不 方便，充电时，会产 生感应损耗，效率较 低，造价也较高。
2.整体更换动力电池装备
1）地沟式动力电池组整体更换机械手
电动汽车跨在地沟上，用装置在小车上的右机械手来完 成卸下电动汽车上“待充电”的电池组，然后用装置在小车 上的左机械手来完成为电动汽车装置“已充电”的电池组。
第二章 动力电池
第一节 概述
一、动力电池的研究目的、考核标准
1.研究目标: 以能量型动力电池模块和能量功率兼顾型动力电池系统开发为核
心，带动关键原材料国产化；解决动力电池单体、模块及系统规模化 输出及成本控制技术，形成万套级年生产能力。
2.主要考核指标 1. 能量型锂离子电池模块：功率密度≥600W· kg-1，能量密度 ≥120Wh· kg-1，循环寿命≥1600次，安全性满足国家标准或规 范。 2. 2. 能量功率兼顾型锂离子电池系统：功率密度≥800W· kg-1，能 量密度≥85Wh· kg-1，循环寿命≥1500次，电池兼容性满足国家 标准或规范。
Rint等效电路模型（又称为内 阻模型）是电池的基本电路模型， 由美国“爱达荷”国家实验室提 出，用理想电压源Uoc和电池的 内阻Rb来描述电池的特性。电压 源Uoc和电池的内阻Rb是SOC和 电池温度的函数，在相同的SOC 条件时，充电的内阻与放电的内 阻是不同的。已经在ADVISOR 仿真软件中运用，但是，Rint电 池模型未考虑随电池的工作条件 变化对SOC的变化的影响，模型 准确性较差。
三、锂电池
1. 锂离子电池的考核指标 能量型锂离子电池模块：功率密度≥600W· kg-1，能量密度 ≥能1量20功W率h·兼k顾g-型1，锂循离环子寿电命池≥系1统60：0功次率，密安度全≥性8满00足W国· k家g标-1准，或能规量范密。度 ≥85Wh· kg-1，循环寿命≥1500次，电池兼容性满足国家标准或规
三、充电装备
1.充电桩
1）接触式充电桩
接触式充电桩相当于一个 独立的小型充电器，充电 时直接用插头插接在插座 上即可获得电能接。
触式桩充电将交流电经 过整流器转换为直流电， 向电动汽车的动力电池组 直接充电。接触式充电桩 技术成熟，结构简单，使 用方便，价格便宜。但充 电时要用小电流充电，充 电时间长，安全性较差。
2.范锂。离子电池的构造
3.锂离子电池的工作原理
4. 锂离子电池的优缺点
四、空气电池 1.锌-空气（Zinc-air）电池电池的构造 2.锌-空气电池的工作原理 3.锌空气电池的优缺点
第三节 电池的主要性能
一、电池极化现象 1.电池的正极极化、负极极化 2.电阻极化（欧姆极化 ）3.浓差极化和电化学极化 4.影响电池极化的因素 1)材料
电池管理器模块
热量检测模块及传感器 串行通讯接口，CAN总线
描述电池的参数的动态变化规律. 用数学方程表达，用于 动力电池系统仿真
单体电池电压、电流，动力电池组总电压、总电流，控制 均衡充放电策略。
根据电池的的电压、电流，荷电状态SOC控制电池的充放 电，防止过充和过放。
根据动力电池荷电状态SOC和SOH的算法，估算电池寿命 （衰减）状态
2)制造工艺
3)使用条件
二、电池的电压 三、电池的有效容量
四、电池的比能量与比功率
第四节 动力电池的管理系统
一、电池管理系统的主要功能
关键技术项目 建立电池模型 数据检测及采集 能量管理 状态估算 热量管理 数据处理与通信 数据显示 安全管理
相关系统和装置
功能
集中式或分布式检测装 置 电池管理模块
2）电池组（堆）的“不一致” 时的均衡充电电路
冷却系统和冷却装置（风扇或液泵）检测及控制
单体电池采用串行通讯接口，整车管理系统采用CAN总线。
仪表、显示器 自动断电、报警
动力电池组实时电压、电流、SOC、剩余电量、温度等数 据显示和故障报警等
动力电池过充、过放、过压、过流、高温等危险状态自动 切断电源、报警等
二、电池的等效电路模型
1.Rint等效电路模型
3.PNGV等效电路模型
PNGV等效电路模型是 PNGV 2001年《PNGV电池试验手 册》中的标准电路模型，是一种非 线性模型。
电池正极与极化电容Cb和欧 姆内阻R0串联，极化电容Cb描述 负载电流的时间累计产生的开路电 压变化。
PNGV用理想电压源Uoc，电 池上的负极串接用极化电容Cp和极 化电阻Rp并联组成电路。（用以描 述过电压）Ip为极化电阻上的电流。 PNGV等效电路模型得到较广泛地运 用。
2）平台式式动力电池组整体更换
电动客车停放在地面上，用装置在自动滚道上的机械手，卸下电 动客车电池架上“待充电”的电池组，并将卸下的“待充电”的电池组 送回到电池库的支架上。然后用装置在滚道上的机械手卸下电池库支架 上层的“已充电”的电池组，并降低到电动客车电池架高度，用装置在 自动滚道上的机械手将“已充电”的电池组装入电动客车的电池架上。 北京客车厂的纯电动客车平台式动力电池整体更换机械手，分别排列在 客车的左右两侧（图中只绘出左侧部分），可以同时更换两侧的动力电 池组。平台式动力电池整体更换机械手，还可以用于从客车后部更换动 力电池组。
2.恒电压限电流充电模式
按恒电压限电流充电技术控制充电时，高精度控制充电电压和充电电
流连续地变化，如果参数选择正确，恒电压限电流充电过程能够更接近 “可接受”充电电流曲线。
3.智能脉冲快速充电模式
智能脉冲快速充电，采用去极化脉冲电流充电。一般在5分钟内能够恢复 电池放电容量的50%，15分钟达到电池放电容量的80%。快速充电的电流很大 ，在短时间内电压升高很快，由于电池内阻会使得电池温度快速上升。
六、电池的“不一致性”对电池性能的影响
1.两个电池之间的“不一致”性在充电时的表现
由于以上多种原因，在用同一型号、同一批量的两个单体电池或两个电池模块，组成串联或 并联的电池组中，充电时可能出现性能“不一致”现象。（图1-2-4-6-1）为性能“不一致” 的两个电池在充电时，1号电池充电的可接受电流大于2号电池充电的可接受电流。如果将1号电 池和2号电池串联，以Ic的电流充电时间为t1时，Ic首先与2号电池可接受电流曲线相交，然后到 充电时间为t2时，才能与1号电池可接受电流曲线相交，1号电池处于正常充电状态。但在t1到t2 这段时间2号电池却处“过充”的充电状态，2号电池中的水被电解，产生大量的热量，当热量达 到足够大时，2号电池将发热以致损坏。如果要控制2号电池正常充电，则由于受到2号电池的影 响，1号电池处于“欠充电”状态，而不能达到额定的充电量。