课题二 新能源汽车动力电池课件
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化学电池常见的分类方法有三种： ①按电解液种类分类。 ②按电池所用正、负极材料的不同。 ③按工作性质和储存方式的不同。
二、电池的工作原理
电池基本工作原理如图2-3所示。
三、电池的性能参数
1. 电压(V)
电池电压参数包括电动势、开路电压、工作电压、额定电压和截止电压等。 电动势：电池正负极之间的平衡电极电位差。 开路电压：电池在开路时的端电压，等于正极电位与负极电位之差。 工作电压：分为放电电压和充电电压。 额定电压：电池在标准规定的条件下工作时应达到的电压，可作为验收电池 质量和电池选用的依据。 截止电压：分为放电截止电压和充电截止电压。
5. 电池的内阻
电流通过电池内部时受到的阻力使电池的电压降低，此阻力称为电池的 内阻。电池的内阻作用使得电池在放电时端电压低于电动势和开路电压，在 充电时充电的端电压高于电动势和开路电压。
6. 电池的放电深度
指电池已经放出的电量与电池额定容量的比值。
7. 电池的使用寿命
电池使用寿命分为时间使用寿命和循环使用寿命两种。时间使用寿命指 从电池制成开始，包括储存期和使用期在内的时间期限。循环使用寿命是电 池容量降到某一规定值前，电池经历的充放电循环次数。
8. 放电速率（放电率）
一般用电池在放电时的时间或放电电流与额定电流的比例来表示。 时率：电池以某种电流放电直到电池的电压降低到终止电压时，所经过的 放电时间。 倍率：电池以某种电流放电的数值为额定容量数值的倍数。
9. 自放电率
指电池在存放时间内，在没有负荷的条件下自身放电，使得电池容量损 失的速度。自放电率用单位时间（月／年）内电池容量下降的百分数来表示。
任务三 锂电池
一、锂电池简介
1. 锂金属电池
锂金属电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的 电池。
2. 锂离子电池
锂离子电池指的是以两种不同的能够可逆地插入及脱出锂离子的嵌锂化合 物分别作为电池正极和负极的二次电池体系。
二、锂电池的结构
锂离子电池的结构如图2-13所示。
三、锂离子电池的工作原理
七、镍氢电池的特性
镍氢电池的优点如下： ①比能量达50～70 Wh/kg，比功率达150～300 W/kg。 ②使用寿命较长，循环充放电达1 000次。 ③耐过充、过放电能力较强。 ④绿色环保，无铅、镉等对人体有害金属的污染。 ⑤使用温度范围宽，可以在-23～55℃下正常工作。
镍氢电池的缺点如下： ①自放电损耗较大，月损失20%～40%。 ②对温度敏感，温度对放电电压和容量有较大影响。 ③目前成本较高，是铅酸电池价格的5倍以上。 ④单体电池电压较低，为1.2 V。
2. 电池容量(A·h)
指充满电的电池在指定的条件下放电到终止电压时输出的电量。
3. 能量（W·h，kW·h）
是指在按一定标准所规定的放电制度下电池所输出的电能，它决定电动汽车 的行驶距离。
4. 功率(W，kW)
指在一定的放电制度下，电池在单位时间内所输出的能量。电池的功率决定 电动汽车的加速性能和最高转速等。
锂离子电池的工作原理如图2-14所示。
四、锂离子电池的正极材料
（1）氧化钴锂（LiCoO2） （2）氧化镍锂（LiNiO2） （3）氧化锰锂（LiMn2O4） （4）多元材料
五、锂离子电池的负极材料
负极材料也是锂离子电池的主要部分，它的好坏直接影响到电池的性能。对 负极材，有以下要求。
①具有较低的氧化还原电位，接近金属锂的电位，使电池的输出电压高。 ②Li+能够大量地在主体材料中可逆脱嵌，比容量值大。 ③在Li+的脱嵌过程中，主体结构稳定，变化小，以获得好的循环性能。 ④氧化还原电位随插锂数目的变化应尽可能少，以使电压不发生显著变化， 保持稳的充放电。 ⑤有较好的电子电导率和离子电导率，减少极化，利于大电流充放电。 ⑥Li+在材料中有较大的扩散系数，利于快速充放电。 ⑦容易获得，成本不高，环保性好。
课题二 汽车蓄电池
学习任务
1.解燃油汽车面临的问题。 2.掌握新能源汽车的定义。 3.掌握新能源汽车的分类。 4.了解新能源汽车的结构原理。 5.熟悉新能源汽车的发展现状。
技能要求
1.能够描述各电池的机构组成； 2.能够描述各电池的工作原理； 3.能够分析各电池的放电特性。
任务一 电池概述
一、电池的Байду номын сангаас类
五、镍氢电池的负极材料
镍氢电池负极材料为储氢合金，在充电和放电过程中发生吸氢和放氢反应， 涉及电极表面电化学及体相扩散过程。
储氢合金应满足如下要求。 ①合金的储氢容量高。 ②有良好的电催化活性。 ③在强碱性电解质溶液中，化学性较稳定，在氢的阳极氧化电位范围内具 有较强的抗氧化能力。 ④充放电效率高。 ⑤具有良好的电和热的传导性。 ⑥循环使用寿命长，反复充放电过程中，合金不易粉化。
一、镍基蓄电池简介
镍基蓄电池是指用氢氧化亚镍作正极活性物质的碱性蓄电池。
二、镍氢（Ni-MH）蓄电池的结构
镍氢（Ni-MH）蓄电池可以分为方形（图2-4）和圆形（图2-5）两种类 型。
三、镍氢（Ni-MH）蓄电池的工作 原理
放电时电化学反应式如下。
充电时的电化学反应式如下。
过放电的反应式如下。 正、负极发生如下反应。
六、镍氢电池的充放电特性
1. 充电特性
图2-7为镍氢电池的充电特性图。
2. 放电特性
图2-8为镍氢电池的放电特性图。
3. 温度特性
图2-9为镍氢电池 各温度下的充电电压。 图2-10为镍氢电池各 温度下的放电特性。
4. 自放电
镍氢电池有一定程度的自放电行为，图10为镍氢电池的自放电特性。可能 产生自放电的机制如图2-11所示。
10. 成本
电池的成本是与电池的技术含量、材料、制作方法和生产规模有关。
四、电动汽车对动力电池的性能要求
1. 电压(V)
电动汽车上的蓄电池需满足以下基本要求。 ①比能量高。 ②充电时间短。 ③连续放电率高，自放电率低。 ④不需要复杂的运行环境。 ⑤安全可靠。 ⑥寿命长，免维修，制造成本低。
任务二 镍基蓄电池
四、镍氢电池的正极材料
镍氢电池的正极以质量轻、孔隙率高的泡沫镍作为电极基体，起导电和电 极骨架的作用，泡沫镍的使用可增加电池容量。
泡沫镍基体的要求： ①为增加活性物质填充量，要求有足够高的孔隙率。 ②有合理的孔隙结构。 ③有足够的强度，好的延伸率，良好的反复弯曲性能。 ④有大的比表面积，质量分布均匀，以利于基体与活性物质颗粒的接触和 电极反应的进行。 ⑤良好的导电性。
二、电池的工作原理
电池基本工作原理如图2-3所示。
三、电池的性能参数
1. 电压(V)
电池电压参数包括电动势、开路电压、工作电压、额定电压和截止电压等。 电动势：电池正负极之间的平衡电极电位差。 开路电压：电池在开路时的端电压，等于正极电位与负极电位之差。 工作电压：分为放电电压和充电电压。 额定电压：电池在标准规定的条件下工作时应达到的电压，可作为验收电池 质量和电池选用的依据。 截止电压：分为放电截止电压和充电截止电压。
5. 电池的内阻
电流通过电池内部时受到的阻力使电池的电压降低，此阻力称为电池的 内阻。电池的内阻作用使得电池在放电时端电压低于电动势和开路电压，在 充电时充电的端电压高于电动势和开路电压。
6. 电池的放电深度
指电池已经放出的电量与电池额定容量的比值。
7. 电池的使用寿命
电池使用寿命分为时间使用寿命和循环使用寿命两种。时间使用寿命指 从电池制成开始，包括储存期和使用期在内的时间期限。循环使用寿命是电 池容量降到某一规定值前，电池经历的充放电循环次数。
8. 放电速率（放电率）
一般用电池在放电时的时间或放电电流与额定电流的比例来表示。 时率：电池以某种电流放电直到电池的电压降低到终止电压时，所经过的 放电时间。 倍率：电池以某种电流放电的数值为额定容量数值的倍数。
9. 自放电率
指电池在存放时间内，在没有负荷的条件下自身放电，使得电池容量损 失的速度。自放电率用单位时间（月／年）内电池容量下降的百分数来表示。
任务三 锂电池
一、锂电池简介
1. 锂金属电池
锂金属电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的 电池。
2. 锂离子电池
锂离子电池指的是以两种不同的能够可逆地插入及脱出锂离子的嵌锂化合 物分别作为电池正极和负极的二次电池体系。
二、锂电池的结构
锂离子电池的结构如图2-13所示。
三、锂离子电池的工作原理
七、镍氢电池的特性
镍氢电池的优点如下： ①比能量达50～70 Wh/kg，比功率达150～300 W/kg。 ②使用寿命较长，循环充放电达1 000次。 ③耐过充、过放电能力较强。 ④绿色环保，无铅、镉等对人体有害金属的污染。 ⑤使用温度范围宽，可以在-23～55℃下正常工作。
镍氢电池的缺点如下： ①自放电损耗较大，月损失20%～40%。 ②对温度敏感，温度对放电电压和容量有较大影响。 ③目前成本较高，是铅酸电池价格的5倍以上。 ④单体电池电压较低，为1.2 V。
2. 电池容量(A·h)
指充满电的电池在指定的条件下放电到终止电压时输出的电量。
3. 能量（W·h，kW·h）
是指在按一定标准所规定的放电制度下电池所输出的电能，它决定电动汽车 的行驶距离。
4. 功率(W，kW)
指在一定的放电制度下，电池在单位时间内所输出的能量。电池的功率决定 电动汽车的加速性能和最高转速等。
锂离子电池的工作原理如图2-14所示。
四、锂离子电池的正极材料
（1）氧化钴锂（LiCoO2） （2）氧化镍锂（LiNiO2） （3）氧化锰锂（LiMn2O4） （4）多元材料
五、锂离子电池的负极材料
负极材料也是锂离子电池的主要部分，它的好坏直接影响到电池的性能。对 负极材，有以下要求。
①具有较低的氧化还原电位，接近金属锂的电位，使电池的输出电压高。 ②Li+能够大量地在主体材料中可逆脱嵌，比容量值大。 ③在Li+的脱嵌过程中，主体结构稳定，变化小，以获得好的循环性能。 ④氧化还原电位随插锂数目的变化应尽可能少，以使电压不发生显著变化， 保持稳的充放电。 ⑤有较好的电子电导率和离子电导率，减少极化，利于大电流充放电。 ⑥Li+在材料中有较大的扩散系数，利于快速充放电。 ⑦容易获得，成本不高，环保性好。
课题二 汽车蓄电池
学习任务
1.解燃油汽车面临的问题。 2.掌握新能源汽车的定义。 3.掌握新能源汽车的分类。 4.了解新能源汽车的结构原理。 5.熟悉新能源汽车的发展现状。
技能要求
1.能够描述各电池的机构组成； 2.能够描述各电池的工作原理； 3.能够分析各电池的放电特性。
任务一 电池概述
一、电池的Байду номын сангаас类
五、镍氢电池的负极材料
镍氢电池负极材料为储氢合金，在充电和放电过程中发生吸氢和放氢反应， 涉及电极表面电化学及体相扩散过程。
储氢合金应满足如下要求。 ①合金的储氢容量高。 ②有良好的电催化活性。 ③在强碱性电解质溶液中，化学性较稳定，在氢的阳极氧化电位范围内具 有较强的抗氧化能力。 ④充放电效率高。 ⑤具有良好的电和热的传导性。 ⑥循环使用寿命长，反复充放电过程中，合金不易粉化。
一、镍基蓄电池简介
镍基蓄电池是指用氢氧化亚镍作正极活性物质的碱性蓄电池。
二、镍氢（Ni-MH）蓄电池的结构
镍氢（Ni-MH）蓄电池可以分为方形（图2-4）和圆形（图2-5）两种类 型。
三、镍氢（Ni-MH）蓄电池的工作 原理
放电时电化学反应式如下。
充电时的电化学反应式如下。
过放电的反应式如下。 正、负极发生如下反应。
六、镍氢电池的充放电特性
1. 充电特性
图2-7为镍氢电池的充电特性图。
2. 放电特性
图2-8为镍氢电池的放电特性图。
3. 温度特性
图2-9为镍氢电池 各温度下的充电电压。 图2-10为镍氢电池各 温度下的放电特性。
4. 自放电
镍氢电池有一定程度的自放电行为，图10为镍氢电池的自放电特性。可能 产生自放电的机制如图2-11所示。
10. 成本
电池的成本是与电池的技术含量、材料、制作方法和生产规模有关。
四、电动汽车对动力电池的性能要求
1. 电压(V)
电动汽车上的蓄电池需满足以下基本要求。 ①比能量高。 ②充电时间短。 ③连续放电率高，自放电率低。 ④不需要复杂的运行环境。 ⑤安全可靠。 ⑥寿命长，免维修，制造成本低。
任务二 镍基蓄电池
四、镍氢电池的正极材料
镍氢电池的正极以质量轻、孔隙率高的泡沫镍作为电极基体，起导电和电 极骨架的作用，泡沫镍的使用可增加电池容量。
泡沫镍基体的要求： ①为增加活性物质填充量，要求有足够高的孔隙率。 ②有合理的孔隙结构。 ③有足够的强度，好的延伸率，良好的反复弯曲性能。 ④有大的比表面积，质量分布均匀，以利于基体与活性物质颗粒的接触和 电极反应的进行。 ⑤良好的导电性。