电动汽车动力电池及电源管理课程教学课件 第一章 电动汽车与动力电池发展历程

1976年，美国国会通过了《纯电动汽车和混合 动力电动汽车的研究开发和样车试用法令》
1911年，查尔斯·科特林(Charles Kettering)发明了内燃机自动启动技术； 1908年，福特汽车公司推出了T型车，并开始大 批量生产，内燃机汽车的成本大幅度下降， 1912年电动车售价1750美元，而汽油车只要 650美元。
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1913年，福特(Ford)建立了内燃机汽车装配流 水线，几乎使装配速度提高了8倍，最终使每工 作日每隔10秒钟就有一台T型车驶下生产线。内 燃机汽车进入了标准化、大批量生产阶段。亨利福特以大批量流水线生产方式生产汽油车使得汽 油车价格更加低廉，使其价格从1909年的850 美元降到了1925年的260美元。内燃机汽车应 用方便、价格低廉的优点逐步显现。
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目录
第1章 电动汽车与动力电池发展历程 第2章 电动汽车动力电池基本知识 第3章 铅酸动力电池及其应用 第4章 碱性动力电池及其应用 第5章 锂离子动力电池及其应用 第6章 用于电动汽车的其他动力源 第7章 电动汽车电源管理系统
本章学习目标
1.能够描述动力电池及电动车辆发展简史 2.能够分析制约动力电池和电动汽车发展的因素 3.能够分析推动动力电池与电动汽车发展需解决
蓄电池的发明
1800年代，亚历山大·伏特制成了人类历史上最 早的电池，后人称之为伏特电池。
1830年，威廉姆·斯特金解决了伏特电池的弱电 流和极化问题，使电池的使用寿命大大延长。
1836年，约翰·丹尼尔进一步改进了伏特电池， 提高了伏特电池的稳定性，后人称之为丹尼尔电 池。它是第一个可长时间持续供电的蓄电池。
1902年，瑞典工程师丹尼尔森利用特斯拉感应 电动机的旋转磁场观念，发明了同步电动机。
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达文波特及其发明的电动机
电动汽车的发展历程
第一阶段 电动汽车的发明 早在1830年代，苏格兰发明家罗伯特·安德森
(Robert Anderson)便成功地将电动机装在一 部马车上，1842年又与托马斯·戴文波特 (Thomas Davenport)合作，打造出世界上 第一部以电池为动力的电动汽车，采用不可充电 的玻璃封装蓄电池，开创了电动车辆发展和应用 的历史。
虽然同一时期电动汽车用的动力电池技术也在飞 速发展，在1910～1925年间，电池存储的能 量提高了 35%，寿命增长了300%．电动汽车 的行驶里程增长了230%，与此同时，价格降低 了63%，但汽油的质量能量密度是电池的l00倍 ，体积能量密度是电池的40倍。在使用性能方面 ，燃油汽车的续驶里程是电动汽车的2-3倍，动 力电池充电时间也明显长于内燃机汽车燃油的加 注时间。
进入20世纪60年代，内燃机汽车大批量使用导 致了严重的空气污染。不仅如此，更严重的是内 燃机汽车对石油的过分依赖，导致一系列的政治 问题和国家安全问题。 20世纪70年代初，世界 石油危机对美国乃至世界经济产生了重大影响， 而电动汽车由于其良好的环保性能和能摆脱对石 油的依赖性，重新得到社会各界的重视。
1847年，美国人摩西·法莫制造了第一辆以蓄电 池为动力可乘坐两人的电动汽车。
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罗伯特·安德森的电动马车
第二阶段 电动汽车的发展
1881年11月，法国人古斯塔夫·特鲁夫在巴黎 展出了一台电动三轮车。加上乘员后总重 量达到 了160千克，时速达到了12千米。1882年，威 廉姆·爱德华·阿顿和约翰·培理也制成了一辆电动 三轮车，车上还配备了照明灯。这辆车的总重量 提高到了168千克， 时速提高到了14.5千米。
的问题 4.能够描述当前应用在电动汽车上的动力电池类
型
第1章 电动汽车与动力电池发展历程 1.电动汽车与动力电池发展历史 2.电动汽车与动力电池发展现状
3.预测电动汽车与动力电池发展趋势
1.电动汽车与动力电池发展历史
1 了解蓄电池的发展过程 2 了解电动机的发展过程 3 了解电动汽车的发展历程
1859年，法国科学家普兰特加斯东(Plant Gaston)最早发明的一种能够产生较大电流的可 重复充电的铅酸电池。
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伏特电池的小故事
1799年，伏特把一块锌板和一块银板浸 在盐水里，发现连接两块金属的导线中 有电流通过。于是，他就把许多锌片与 银片之间垫上浸透盐水的绒布或纸片， 平叠起来。用手触摸两端时，会感到强 烈的电流刺激。伏特用这种方法成功的 制成了世界上第一个电池──“伏特电堆 ”，成为早期电学实验、电报机的电力 来源。
1831年，美国人约瑟夫·亨利改进了法拉第电动 机，使用电磁铁代替永久磁铁，提高了输出功率 ，从而向实用电动机发展跨出了重要一步。
1834年，德国人莫里茨·赫尔曼·雅可比对亨利电 动机作了重要革新，把水平的电磁铁改为转动的 电枢，并加装了换向器，制成了第一个电动机样 机。1838年，制造出世界上第一台实用直流电 动机，安装在船上，并试航成功。从此，电动机 就完成了从实验室模型到实用电动机的转化。
机，能以 20mile/h的速 度行驶 25mile 。
1897年，美国费城电车公司研究制造的纽约电 动出 租车实现了电动车的商用化运营。
1899年，贝克汽车公司在美国成立生产电动汽 车。公司生产的电动赛车的车速能超过 120km/h，而且是第一辆座位上装有安全带的 乘用车。
1899年5月，一个名叫卡米勒·杰纳茨 (Camille Jenatzy)的比利时人驾驶一辆 44kW双电动机为动力的后轮驱动的子弹头型电 动汽车，创造了时速68mile (110km)的记录 ，并且续驶里程达到了约290km。这也是世界 上第一辆时速超过100公里的汽车。
19世纪 末的电动 出租汽车
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1910年的电动汽车广告
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1912年的电动汽车
爱迪生的 电动汽车
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第四阶段 电动汽车的衰落
在美国得克萨斯州发现了石油，使得汽油价格下 跌，大大降低了汽油车的使用成本。在1890～ 1920年期间，全世界石油生产量增长了10倍。
伏特（左）向拿破仑（右）展示伏打电堆
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丹尼尔电池的小故事 1836年，英国的丹尼尔
对“伏特电堆”进行了 改良。他使用稀硫酸作 电解液，解决了电池极 化问题，制造出第一个 不极化，能保持平衡电 流的锌─铜电池，又称“ 丹尼尔电池”。
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普兰特和他发明的铅酸电池
1899年Waldmar Jungner发明了Cd-Ni电 池；
第五阶段 电动汽车的复苏
第二次世界大战后．欧洲和日本的石油供给紧张 ，电动汽车在局部地区出现了复苏迹象。1943 年，仅仅在日本就有3000多辆电动汽车处于注 册状态。
20世纪40年代，电动汽车续驶里程只有50～ 60km，最高时速仅为30～35kn/h，其性能 仅能满足短途、低速运输的需要。
1992年，SONY公司开始大规模生产民用锂离 子电池。
1995年，日本索尼公司首先研制出100A·h锂 离子动力电池并在电动汽车上应用，展示了锂离 子电池作为电动汽车用动力电池的优越性能，引 起了广泛关注。
电动机的发明
1740年代，第一个电动马达是由苏格兰僧侣安 德鲁•戈登（Andrew Gordon）创建的简单的 静电设备。
1821年英国人迈克尔·法拉第（Michael Faraday）发明电动机实验室模型，只要有电流 通过线路，线路就会绕着一块永久磁铁不停地转 动，成为电动机发展的雏形。
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法拉第及其发明的电动机
1827年，匈牙利物理学家安幼思·杰德利克（ ÁnyosJedlik）开始尝试用电磁线圈进行实验 。杰德利克解决一些技术问题后，称他的设备为 “电磁自转机”。虽然只用于教学目的，但第一 款杰德利克的设备已包含今日直流电动机的三个 主要组成部分：定子，转子和换向器。
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1903年的电动汽车（hybrid）
公共交 通领域 使用的 电动车
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到了1912年，已经有几十万辆电动汽车遍及全 世界，被广泛使用于出租车、送货车、公共汽车 等领域。据统计，1912年，在美国登记的电 动 汽车数量达到了34000辆。电动汽车产销量在 1912年达到最大，在20世纪20年代 仍有不俗 表现。
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卡米勒·杰纳茨驾驶的子弹头型电动汽车
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1900年，BGS公司生产的电动汽车创造了单次 充电行驶180mile的最长里程纪录。
电动汽车在出租车领域得到应用。
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纽约街头的电动出租车
第三阶段 电动汽车的繁荣
19世纪末到1920年是电动车发展的一个高峰。
电动汽车续驶里程短、充电时间长成为无法与内 燃机汽车相抗衡的致命因素。随着道路交通系统
的改善，导致对长距离运输车辆的需求不断增加 ，电动汽车的黄金时代仅仅维持了20多年，便走 向衰退。
第一次世界大战后，电力牵引技术应用的重点转 移到公共交通领域，如火车、有轨电车和无轨电 车。随着内燃机汽车设计和制造技术的发展，在 很多地区，有轨电车和无轨电车也逐步被柴油驱 动的内燃机汽车取代了。20世纪20年代，电动 汽车几乎消失了。
1901年爱迪生发明了Fe-Ni电池；
1984年波兰的飞利浦（Philips）公司成功研 制出LaNi5储氢合金，并制备出MH-Ni电池。
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发明大王爱迪生和他的铁 镍电池
1991年，可充电的锂离子蓄电池问世，实验室 制成的第一只18650型锂离子电池容量仅为 600mA·h；
据统计，到1890年在全世界4200辆汽车中， 有38%为电 动汽车，40%为蒸汽车，22%为 内燃机汽车。1900年，美国制造的汽车中，电 动汽车为15755辆，蒸汽机汽车为1684辆，而 汽油机汽车只有936辆。
到了 1911年，就已经有电动出租汽车在巴黎和 伦敦的街头 上运营。美国首先实现了早期电动车 的商业运营，成为发展最快、 应用最广的国家。
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亨利和亨利电动机
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雅可比电动机
1835年，美国一位铁匠汤马斯·达文波特（ Thomas Davenport）制作出世界上第一台 能驱动小电车的应用电动机，并在1837年申请 了专利。
1870年代初期，世界上最早可商品化的电动机 由比利时电机工程师Zenobe Theophile Gamme所发明。1888年，美国著名发明家尼 古拉·特斯拉应用法拉第的电磁感应原理，发明交 流电动机，即为感应电动机。
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1969年宝马生产的电动汽车
意大利为了降低空气污染，20世纪80年代末建 立了电动汽车车队，共投入52辆电动汽车试验， 所有车均用铅酸电池。1990年菲亚特汽车公司 生产 “熊猫一览 lef/ra”，载重量为1330kg ，车速为70km/h，续驶里程为100km，采用 铅酸电池，或改用镍镉电池车速可达100km/h ，续驶里程达180km。
随后的1890年，威廉姆莫瑞逊在美国制造了一 辆能行驶13h、车速为14mile/h的电动汽车。 1891年，美国人亨利·莫瑞斯制成了第一辆电动 四轮车，实现了从三轮向四轮的转变，这是电动 车向实用化方向迈出的重要一步。
1895年，由亨利 ·莫瑞斯（Henry Morris）和皮德· 罗·沙龙（Pedro Salom）制造的 ElectrobatⅡ， 安装了两台驱动电
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1959-1960 Henney Kilowatt电动汽车（量 产了100台）
Sebring-Vanguard制造的CitiCar（生产了 2000台）
20世纪70年代末期，德国戴姆勒－奔驰汽车公 司生产了一批LE306电动汽车，采用铅酸电池。 电压180V，容量180Ah，铅酸电池质量为 1000kg。有它激直流电动机，电动机最高转速 为6000r/min。有效载荷为1450kg，总质量 为4400kg。最高时速为50km/h，最大爬坡 度为16%，原地起步加速到50km/h的时间为 14s，续驶历程可达120km。