新能源汽车技术概论-第四章电动汽车储能装置
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学电池的局限，用物理方法实现储能。
*** 飞轮电池
飞轮电池中有一个电机，充电时该电机 以电动机形式运转，在外电源的驱动下， 电机带动飞轮高速旋转，即用电给飞轮电 池“充电”增加了飞轮的转速从而增大其功 能；放电时，电机则以发电机状态运转， 在飞轮的带动下对外输出电能，完成机械 能(动能)到电能的转换。据称，飞轮电池 比能量可达5KW/Kg ，比功率达20KW/Kg ，使用寿命长达25年，可供电动汽车行驶 500万公里。
注意：充电电源必须采 用直流电源，以一定的 电流强度向一只完全放 电的蓄电地进行充电。
常用电动汽车动力电池
*** 镍氢（ MH/Ni）电池
镍氢电池具有长期过放电和过充电保护 能力，但寿命不如镍镉电池。镍氢电池 已在20世纪90年代逐步实现产业化。
镍氢（ MH/Ni ）电池采用镍的氧化物作 为正极，储氢金属作为负极，电解液通
超级电容结构
超级电容汽车
上海世博园运行的超级电容客车
本章课程结束
新能源汽车对动力电池的要求
1 .比能量高。为保证电动汽车的续驶里程，电动汽车的动力电池须尽 可能储存多的能量 ，同时电动汽车的重量不能过大，电池的安装空间 也受整车分布限制，因此动力电池必须有足够的比能量。
2 .比功率大。为满足电动汽车在加速、上坡、负载等行驶条件下的动 力要求，电池必须具备大的比功率。
第四章 电动汽车储能装置
4．1 动力电池概述
4．1．1 电池的种类 4．1．2 化学电池的组成Leabharlann Baidu4．1．3 动力电池的基本术语
1．电池的放电制度 2．电池的容量 3．电池的开路电压 4．电池的内阻 5．电池的工作电压、放电终止电压和放电曲线 6．电池的能量 7．能量密度、电池的功率与功率密度 9．电池的寿命 10．电池的温度特性 11．成本
典型的飞轮储能装置由飞轮组件(包括转子、支承 轴承、壳)、电子控制设备(主要是电子电路控制器)、 辅助运行系统等部分组成。（图4-33）
图4-33 飞轮储能装置的结构
*** 超级电容
超级电容（Super-capacitors，ultra-capacitor），又名电化学电容器 (Electrochemical Capacitors)，双电层电容器(Electrical Double-Layer Capacitor)、黄金电容、法拉电容，是从上世纪七、八十年代发展起来 的通过极化电解质来储能的一种电化学元件。
超级电容突出优点是功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作 温度范围宽，是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种 。超级电容可以弥补现阶段锂离子电池在功率密度等方面的不足。目 前，它已经应用于军事、新能源汽车以及各种机电设备中。
超级电容
引出电极 多孔化电极 电电解解液液
隔膜
电解液界面
电 解 液
常用电动汽车动力电池
***.锂离子电池
锂离子电池以碳为负极，以含锂的化合 物为正极。锂电池的种类繁多，常见的 有色锂离子电他、高温锂熔直盐电池、 锂聚合物电池和但聚合物固体电解质电 池等，锂离子电池比能量的理论值为
常用电动汽车动力电池
锂电池工作原理示意图
*** 飞轮电池
当飞轮以一定角速度旋转时，它就具有一定的动能。飞轮电池正是以其 动能转换成电能的。飞轮电池是90年代才提出的新概念电池，它突破了化
6 .安全可靠。电池应干燥、洁净，电解质不会渗漏腐蚀接线柱、外壳 。不会引起自燃或燃烧，在发生碰撞等事故时，不会对乘员造成伤害 。废电池能够回收处理及再生利用，电池中的有害重金属能够集中回 收处理。电池组可采用机械装置进行整体拆解、更换，线路连接方便 。
7 .长寿命、免维护。电池的循环寿命不低于1000次，在使用寿命限定 期间内，不需要进行维护与修理。
PbSO4 2H2O PbSO4
4．2．3 铅酸蓄电池的构造 4．2．4 铅酸蓄电池的特性
铅酸蓄电池的工作特性
1.放电特性
(1)概念 在恒流放电过 程中，蓄电池 的端电压和电 解液相对密度 随时间而变化 的规律。
铅酸蓄电池的工作特性
2.充电特性
(1)概念：
在恒流充电过程中，蓄 电池的端电压与电解液 相对密度随时间而变化 的规律。
3 .连续放电率高，自放电率低，电池能够适应快速放电的要求。自放 电率低，以保证电池能够长期存放。
4 .充电技术成熟，时间短，充电技术通用性强。能够实现快速充电。
新能源汽车对动力电池的要求
5 .适应车辆运行环境。电池除能在常温条件下正常稳定地工作，不受 环境温度影响，不需要特殊的加热、保温系统。能够适应电动汽车行 驶过程中的振动。
锂离子电池是目前新能源汽车研究的热点，它具备能量密度高、能量 效率高、自放电率小、循环使用寿命长、可实现大电流充放电、无污 染等优点。
铅酸电池
锂离子电池
镍氢电池
超级电容
各种动力电池
4．2铅酸蓄电池
4．2．1 铅酸蓄电池的型号 4．2．2 铅酸蓄电池的工作原理
放电 PbO2 2H 2SO4 Pb 充电
常用电动汽车动力电池
常用的车用动力电池主要包括铅酸电池、镍氢电池和锂电池等。 铅酸电池广泛应用于内燃机汽车的低压供电电源，是一种成熟的汽车
电池，但存在比能量低、质量和体积太、续驶里程短、使用寿命短、 污染严重等问题，制约了其在电动汽车上的应用。
镍氢电池因其能量密度高、无镉污染、可大电流快速充放电等优点， 能够满足电动汽车对动力电池的要求，因此镍氢电池目前被成熟地应 用到商业化的电动汽车，如丰田Prius。
*** 飞轮电池
飞轮电池中有一个电机，充电时该电机 以电动机形式运转，在外电源的驱动下， 电机带动飞轮高速旋转，即用电给飞轮电 池“充电”增加了飞轮的转速从而增大其功 能；放电时，电机则以发电机状态运转， 在飞轮的带动下对外输出电能，完成机械 能(动能)到电能的转换。据称，飞轮电池 比能量可达5KW/Kg ，比功率达20KW/Kg ，使用寿命长达25年，可供电动汽车行驶 500万公里。
注意：充电电源必须采 用直流电源，以一定的 电流强度向一只完全放 电的蓄电地进行充电。
常用电动汽车动力电池
*** 镍氢（ MH/Ni）电池
镍氢电池具有长期过放电和过充电保护 能力，但寿命不如镍镉电池。镍氢电池 已在20世纪90年代逐步实现产业化。
镍氢（ MH/Ni ）电池采用镍的氧化物作 为正极，储氢金属作为负极，电解液通
超级电容结构
超级电容汽车
上海世博园运行的超级电容客车
本章课程结束
新能源汽车对动力电池的要求
1 .比能量高。为保证电动汽车的续驶里程，电动汽车的动力电池须尽 可能储存多的能量 ，同时电动汽车的重量不能过大，电池的安装空间 也受整车分布限制，因此动力电池必须有足够的比能量。
2 .比功率大。为满足电动汽车在加速、上坡、负载等行驶条件下的动 力要求，电池必须具备大的比功率。
第四章 电动汽车储能装置
4．1 动力电池概述
4．1．1 电池的种类 4．1．2 化学电池的组成Leabharlann Baidu4．1．3 动力电池的基本术语
1．电池的放电制度 2．电池的容量 3．电池的开路电压 4．电池的内阻 5．电池的工作电压、放电终止电压和放电曲线 6．电池的能量 7．能量密度、电池的功率与功率密度 9．电池的寿命 10．电池的温度特性 11．成本
典型的飞轮储能装置由飞轮组件(包括转子、支承 轴承、壳)、电子控制设备(主要是电子电路控制器)、 辅助运行系统等部分组成。（图4-33）
图4-33 飞轮储能装置的结构
*** 超级电容
超级电容（Super-capacitors，ultra-capacitor），又名电化学电容器 (Electrochemical Capacitors)，双电层电容器(Electrical Double-Layer Capacitor)、黄金电容、法拉电容，是从上世纪七、八十年代发展起来 的通过极化电解质来储能的一种电化学元件。
超级电容突出优点是功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作 温度范围宽，是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种 。超级电容可以弥补现阶段锂离子电池在功率密度等方面的不足。目 前，它已经应用于军事、新能源汽车以及各种机电设备中。
超级电容
引出电极 多孔化电极 电电解解液液
隔膜
电解液界面
电 解 液
常用电动汽车动力电池
***.锂离子电池
锂离子电池以碳为负极，以含锂的化合 物为正极。锂电池的种类繁多，常见的 有色锂离子电他、高温锂熔直盐电池、 锂聚合物电池和但聚合物固体电解质电 池等，锂离子电池比能量的理论值为
常用电动汽车动力电池
锂电池工作原理示意图
*** 飞轮电池
当飞轮以一定角速度旋转时，它就具有一定的动能。飞轮电池正是以其 动能转换成电能的。飞轮电池是90年代才提出的新概念电池，它突破了化
6 .安全可靠。电池应干燥、洁净，电解质不会渗漏腐蚀接线柱、外壳 。不会引起自燃或燃烧，在发生碰撞等事故时，不会对乘员造成伤害 。废电池能够回收处理及再生利用，电池中的有害重金属能够集中回 收处理。电池组可采用机械装置进行整体拆解、更换，线路连接方便 。
7 .长寿命、免维护。电池的循环寿命不低于1000次，在使用寿命限定 期间内，不需要进行维护与修理。
PbSO4 2H2O PbSO4
4．2．3 铅酸蓄电池的构造 4．2．4 铅酸蓄电池的特性
铅酸蓄电池的工作特性
1.放电特性
(1)概念 在恒流放电过 程中，蓄电池 的端电压和电 解液相对密度 随时间而变化 的规律。
铅酸蓄电池的工作特性
2.充电特性
(1)概念：
在恒流充电过程中，蓄 电池的端电压与电解液 相对密度随时间而变化 的规律。
3 .连续放电率高，自放电率低，电池能够适应快速放电的要求。自放 电率低，以保证电池能够长期存放。
4 .充电技术成熟，时间短，充电技术通用性强。能够实现快速充电。
新能源汽车对动力电池的要求
5 .适应车辆运行环境。电池除能在常温条件下正常稳定地工作，不受 环境温度影响，不需要特殊的加热、保温系统。能够适应电动汽车行 驶过程中的振动。
锂离子电池是目前新能源汽车研究的热点，它具备能量密度高、能量 效率高、自放电率小、循环使用寿命长、可实现大电流充放电、无污 染等优点。
铅酸电池
锂离子电池
镍氢电池
超级电容
各种动力电池
4．2铅酸蓄电池
4．2．1 铅酸蓄电池的型号 4．2．2 铅酸蓄电池的工作原理
放电 PbO2 2H 2SO4 Pb 充电
常用电动汽车动力电池
常用的车用动力电池主要包括铅酸电池、镍氢电池和锂电池等。 铅酸电池广泛应用于内燃机汽车的低压供电电源，是一种成熟的汽车
电池，但存在比能量低、质量和体积太、续驶里程短、使用寿命短、 污染严重等问题，制约了其在电动汽车上的应用。
镍氢电池因其能量密度高、无镉污染、可大电流快速充放电等优点， 能够满足电动汽车对动力电池的要求，因此镍氢电池目前被成熟地应 用到商业化的电动汽车，如丰田Prius。