第二章 +新能源汽车的动力电池与能量存储

２. 锂离子电池的结构
锂离子电池由正极、负极、隔板、 电解液和安全阀等组成。 圆柱形锂离 子电池结构如图２-８ 所示。
第二节 电化学蓄电池 ３. 锂离子电池的工作原理
在充放电过程中，锂离子电池的反应方程式如下:
锂离子电池的工作原理如图２-９ 所示(以Ｃｏ 金属为例进行说明)。
第二节 电化学蓄电池
５. 功率
(１)比功率:即质量比功率，是指动力电池单位质量所能输出的功率，单位为 或
６. 寿命
动力电池的寿命通常用使用时间或循环寿命来表示。
第一节
概述
三、新能源汽车对动力电池的基本要求
１. 比能量高 ２. 比功率大 ３. 充放电效率高 ４. 相对稳定性好 ５. 使用成本低 ６. 安全性好
第二节 电化学蓄电池
２. 内阻
动力电池的内阻主要与极板的材质、结构及装配工艺有关。
３. 容量
(１)理论容量:是假设动力电池极板上的活性物质全部参加电化学反应而输出电流时， 根据法拉第定律计算出的电量。 ( ２)实际容量:是指充足电的蓄电池在一定条件下所能输出的电量。 (３)ｉ 小时放电率容量:充足电的蓄电池以某一恒定电流放电，放电 小时后将蓄电池放 电至终止电压，此时蓄电池所能输出的电量称为 小时放电容量，通常用 表示。 (４)额定容量:是指充足电的动力电池在规定的条件下所能输出的电量。
第二节 电化学蓄电池
５. 锂离子电池的充放电特性
在电压方面，锂离子电池对充电终止电压的精度要求很高，一般误差不能超过额定值 的１％。 充电电流方面，锂电池的充电率(充电电流)应根据电池生产厂的建议选用。 放电方面，锂离子电池的最大放电电流一般被限制在２ ~３Ｃ 左右。 锂电池的充电温度一般应该被限制在０ ~６０℃范围。
５. 镍氢电池的充放电特性
一般充放电电流的大小常用充放电倍率来表示，即 充放电倍率＝ 充放电电流/ 额定容量
第二节 电化学蓄电池
１)镍氢电池的充电特性 在充电起始阶段，电池端电压迅速上升，随着时间的延长，电池电压上升减缓，电 池的容量与电池的端电压有一定的对应关系，如图２-４ 所示的曲线１。
第二节 电化学蓄电池
第三节 新能源汽车用其他储能系统
６)按燃料状态分类 可分为液体型燃料电池、气体型燃料电池。
２. 燃料电池的工作原理
图２-１０ 是燃料电池基本原理简图，其反应过程如下:
第三节 新能源汽车用其他储能系统
(１)氢气通过管道或导气板达到阳极。
(２)在阳极催化剂的作用下，一个氢分子分解为两个氢离子，并释放出两个电子，阳极反 应为: (３)在电池的另一端，氧气(或空气)通过管道或导气板到达阴极，同时，氢离子穿过电解 质到达阴极，电子通过外电路也到达阴极。 (４)在阴极催化剂的作用下，氧和氢离子与电子发生反应生成水，阴极反应为:
第二节 电化学蓄电池
存在的缺点: (１)比能量低，在新能源汽车中所占的质量和体积较大，一次充电行驶单程短。 (２)使用寿命短，使用成本高。 (３)充电时间长。 (４)铅是重金属，存在污染。
５. 铅酸蓄电池的充放电特性
１)铅酸蓄电池的放电特性
第二节 电化学蓄电池
２)铅酸蓄电池的充电特性
第二节 电化学蓄电池
二、镍氢电池
１. 镍氢电池的分类
按照外形，镍氢电池分为方形镍氢电池和圆形镍氢电池。
２. 镍氢电池的结构
镍氢电池主要由正极、负极、极板、隔板、电解液等组成。
３. 镍氢电池的工作原理
充电时正、负极的电化学反应为:
放电时正、负极的电化学反应为:
第二节 电化学蓄电池 ４. 镍氢电池的特点
(１)比功率高。 (２)循环次数多。 (３)无污染。 (４)耐过充过放。 (５)无记忆效应。 (６)使用温度范围宽。 (７)安全可靠。
４. 锂离子电池的特点
锂离子电池的主要优点有: (１)电压高，单格电池的工作电压高达３. ６ ~３. ９Ｖ，是镍镉、镍氢电池的３ 倍。 (２)比能量大，达１００ ~１２５ ，是镍镉电池的２ 倍，镍氢电池的１. ５ 倍。 锂离子电池，其比能量可高达１５０ 。 (３)循环寿命长，新型锂离子电池的循环寿命可超过１０００ 次。 (４)安全性能好，无公害，无记忆效应。 (５)自放电小，室温下充满电的锂离子电池储存１ 个月后的自放电率仅为１０％，低于镍 镉电池的２５％ ~３０％、镍氢电池的３０％ ~３５％。 (６)可实现安全、快速充电。 (７)允许温度范围宽，随着电解质和正极的改进，期望能扩宽到－４０ ~７０℃。 锂离子电池的缺点主要有: (１)蓄电池的成本较高。 这主要是因为正极材料ＬｉＣｏＯ２ 的价格高(Ｃｏ 的资源较少) 电解质体系提纯较困难。 (２)不能大电流放电。 由于有机电解质体系等原因，锂离子电池的内阻较大，因此放电 电流不能过大，最大的放电电流通常被限制在２ ~ ３Ｃ。 过大的放电电流会使蓄电池温 度过高，影响其使用寿命。
四、空气电池
１. 锌空气电池
１)锌空气电池的基本原理 锌空气电池放电时的电化学反应方程式如下: 负极反应式为: 正极反应式为: 总反应式为:
第二节 电化学蓄电池
２)锌空气电池的特点 相比于铅酸电池，锌空气电池具有以下优点:
(１)比能量高。 (２)可采用机械式“充电”方式。 (３)大电流持续放电的能力强。 (４)自放电率低。 (５)性能稳定。 (６)安全性好。 (７)锌可以回收利用。
第二章 新能源汽车的动力电池与 能量存储
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
概述 电化学蓄电池 新能源汽车用其他储能系统 混合能量存储系统 蓄电池的测试
2019/1/5
第一节
概述
伽伐尼在做青蛙解剖时，两 手分别拿着不同的金属器械， 无意中同时碰在青蛙的大腿 上，青蛙腿部的肌肉立刻抽 搐了一下，仿佛受到电流的 刺激，而如果只用一种金属 器械去触动青蛙，就无此种 反应。伽伐尼认为，出现这 种现象是因为动物躯体内部 产生的一种电，他称之为 “生物电”。
４. 铅酸蓄电池的特点
主要优点: (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 大至几千 的各种尺寸和结构的蓄电池。 (４)高倍率放电性能良好，可用于发动机起动。 (５)高低温性能良好，可在-40~60℃条件下工作。 (６)电能效率高达60％。 (７)易于浮充使崩，没有“记忆”效应。 (８)易于识别荷电状态。
燃料电池”，是一种 将存在于燃料与氧化 剂中的化学能直接转 化为电能的发电装置。 燃料和空气分别送进 燃料电池，电就被奇 妙地生产出来。其中 最实用的是使用氢或 含富氢的气体燃料的 燃料电池。
太阳能电池是利用“光伏效应”原 理使太阳的辐射光通过半导体物质 转变为电能的一种装置。多晶硅是 太阳能电池的主要材料,当硅原子受 到外来能量作用时,部分电子就脱离 原来的轨道成为自由电子,并在原来 的位置留下一个“空穴”。当向硅 中参杂了磷、砷等元素后便形成了N 型硅(能释放电子,成为电子型半导 体,暂时带正电),当参杂了硼、镓等 元素后便形成了P型半导体(能俘获 电子,成为空穴型半导体,暂时带负 电)。当太阳能电池受到照射后,P型 硅俘获的电子接受光能向N型区移动, 使N型区带负电;同时空穴向P型区移 动,使P区带正电,这样在P—N两端便 产生了电动势
充电时蓄电池的正负极分别与直流电源的正负极相连，当充电电源的端电压高于蓄电 池的电动势时，在电场的作用下，电流从蓄电池的正极流入、负极流出，这一过程称为充 电。蓄电池的充电过程是电能转换为化学能的过程。 正极化学反应式是 负极化学反应式是
第二节 电化学蓄电池
铅酸蓄电池使用时，把化学能转换为电能的过程叫放电。 在使用后，借助于直流电 在电池内进行化学反应，把电能转变为化学能而储蓄起来，这种蓄电过程叫充电。 铅酸 蓄电池是酸性蓄电池，其化学反应式为
１. 燃料电池的分类
１)按燃料电池的运行机理分类 可分为酸性燃料电池和碱性燃料电池。 ２)按电解质分类 可分为质子交换膜燃料电池(PEFMC)、碱性燃料电池(AFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、 熔融碳酸盐燃料电池(MCFL)、固体氧化物燃料电池(SOFC)、直接甲醇燃料电池(DMFC)、 再生型燃料电池(RFC)、锌空燃料电池(ZAFC)、质子陶瓷燃料电池(PCFC)等。 ３)按燃料使用类型分类 可分为直接型燃料电池、间接型燃料电池、再生型燃料电池。 ４)按燃料种类分类 可分为氢燃料电池、甲醇燃料电池、乙醇燃料电池等。 ５)按工作温度分类 可分为低温型(温度低于200℃)、中温型(温度为200~750℃)、高温型(温度为 750~1000℃)、超高温型(限度高于1000℃)。
伏特发现，在两种金属片 中，只要有一种与溶液发 生了化学反应，金属片之 间就能够产生电流。伏特 用这种方法成功制成了世 界上第一个电池“伏特电 堆”。
法国的雷克兰士发明了碳锌 电池，常见的有普通锌-锰 干电池、碱性锌-锰干电池、 镁-锰干电池等。 普朗泰发明蓄电池。这种电 池的独特之处是当电池使用 一段时间电压下降时，可以 给它通以反向电流，使电池 电压回升。
虽然常温下延长了充电时间，但在低温情况下，电池放电容量将会下降，如图２-７ 所示。
第二节 电化学蓄电池
三、锂离子电池
１. 锂离子电池的分类
按照锂离子电池外形形状，可以分为: (１)方形锂离子电池ꎻ (２)圆柱形锂离子电池。 按照锂离子电池正极的材料不同，可以分为: (１)锰酸锂离子电池ꎻ (２)磷酸铁锂离子电池ꎻ (３)镍钴锂离子电池或镍钴锰锂离子电池。
２. 铝空气电池
１)铝空气电池的原理 铝空气电池充放电时的电化学反应方程式为:
第二节 电化学蓄电池
２)铝空气电池的特点 相比于新能源汽车用的其他蓄电池，铝空气电池具有以下特点:
(１)比能量大。 (２)质量轻。 (３)铝没有毒性和危险性。 (４)生产成本较低。
第三节 新能源汽车用其他储能系统
一、燃料电池
１)酸性电池 ２)碱性电池
３)中性电池
４)有机电解液电池
第一节
１)锌系电池 ２)镍系电池 ３)铅系电池 ４)锂系电池
概述
２. 按动力电池所用正、负极材料不同分类
５)金属空气电池 表２-１ 为各种常用车用蓄电池的性能比较。
第一节
概述
二、新能源汽车用动力电池性能指标
１. 电压
(１)开路电压:动力电池未向外电路输出电流时的端电压。 (２)放电电压:蓄电池向外输出电流时的端电压。 (３)充电电压:在充电电源对蓄电池进行充电时，蓄电池的端电压。
电池在高温情况下充电，虽然充电时间较长，但充电效率下降，导致放电容量减少如 图２-５ 所示。
第二节 电化学蓄电池
２)镍氢电池的放电特性 随着放电的进行，总的趋势是随着放电时间的延续，电池的端电压不断下降。 放电 电流越大电池所能放出的安时量越小，电池的端电压越低，如图２-６ 所示。
第二节 电化学蓄电池
燃料电池 太阳能电池
动力电池的定义：实际上就是为交通运输工具提供动力 来源的一种电源。
第一节 １. ２. ３. ４.
概述 能量密度低 充电时间长 价格高且使用寿命短 汽车附件的使用受到限制
百度文库
目前各种蓄电池还不能满足新能源汽车对动力电池的实际需要。 其主要不足归纳如下:
一、新能源汽车用动力电池分类
１. 按动力电池电解质分类
第一节
概述
锂电池
锂电池组装完成后电池即 有电压，不需充电。这种 电池也可以充电，但循环 性能不好，在充放电循环 过程中容易形成锂枝晶， 造成电池内部短路，所以 一般情况下这种电池是禁 止充电的。后来，发明了 以炭材料为负极，以含锂 的化合物做正极，在充放 电过程中，没有金属锂存 在，只有锂离子，这就是 锂离子电池。
第一节
概述
４. 能量
(１)标称能量:是指在一定的放电条件下动力电池所能输出的电能。 (２)实际能量:是指在一定的放电条件下动力电池所能输出的电能。 (３)比能量:即质量比能量，是指动力电池单位质量所能输出的电能，单位为 或 (４)能量密度:即体积比能量，是指动力电池单位体积所能输出的电能，单位为 或
一、铅酸蓄电池
１. 铅酸蓄电池的分类
铅酸蓄电池分为免维护铅酸蓄电池和阀控密封式铅酸蓄电池。
２. 铅酸蓄电池的结构
铅酸蓄电池的基本结构如图２-１ 所示。
第二节 电化学蓄电池
３. 铅酸蓄电池的工作原理
放电时，当蓄电池的正负极板浸入电解液中时，正负极板间就会产生约２. １Ｖ 静止 电动势。 此时若接入负载，在电动势的作用下，电流就会从蓄电池的正极经外电路流向 蓄电池的负极，这一过程称为放电，将蓄电池储存的化学能转化为电能输出。 正极化学反应式是 负极化学反应式是