【新能源汽车技术】第四章 电动汽车储能装置
《新能源汽车技术》教学课件 第4章 混合动力汽车
4.1混合动力汽车的结构
4.1.3混合动力汽车的智能控制系统
发动机和混合动力系统都分别有各自的ECU和控制软 件，将它们集成在混合动力车辆中后，利用CAN总线将它 们连接起来，实现信息共享和统一指挥。
4.1混合动力汽车的结构
实现了当混合动力系统工作时，发动机按混合动力系 统供电电子装置的指令工作。当混合动力系统关闭或有故 障时，发动机按油门踏板指令工作。
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4.1混合动力汽车的结构
通过在混合动力汽车上使用电机，使得动力系统可以 按照整车的实际运行工况要求灵活调控，而发动机保持在 综合性能最佳的区域内工作，从而降低油耗与排放。混合 动力汽车就是在纯电动汽车上加装一套内燃机，其目的是 减少汽车的污染，提高纯电动汽车的行驶里程。
4.1混合动力汽车的结构
4.1混合动力汽车的结构
混合动力汽车常用的动力电池包括飞轮电池、超级电 容、电化学电池和燃料电池等。电池一般是作为混合动力 汽车的辅助能源，只有在汽车起动发动机或电动机辅助驱 动时才使用。
4.1混合动力汽车的结构
1.飞轮电池 飞轮电池是一种以动能方式储能量的机械电池，包括
电机/发电机、功率转换、电子控制、飞轮、磁浮轴承和 真空壳，具有高功率能量比、高功率、长寿命和环境适应 性好。
混合动力汽车
4.1 结构 4.2 分类和工作原理 4.3 普锐斯发动机 4.4 普锐斯底盘 4.5 故障诊断与排除
20世纪90年代以来， 世界各国对改善环保的呼 声日益高涨，各种各样的 电动汽车脱颖而出。但是 电池技术问题阻碍了电动 汽车的应用。现实迫使工 程师们想出了一个两全其 美的办法，开发了一种混 合动力装置的汽车。所谓 混合动力装置就是将电动 机与辅助动力单元组合在 一辆汽车上做驱动力，辅 助动力单元实际上是一台 小型燃料发动机。
电动汽车的新型储能装置_超级电容器评介
沿海企业与科技ＣＯＡＳＴＡＬＥＮＴＥＲＰＲＩＳＥＳＡＮＤＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２００８年第０３期（总第９４期）ＮＯ．０３，２００８（ＣｕｍｕｌａｔｉｖｅｌｙＮＯ．９４）电动汽车的新型储能装置———超级电容器评介刘延林［摘要］文章重点介绍超级电容器的结构特点、性能优势、研究进展及应用领域。
以期在倡导建设节约型社会中，使更多的新能源汽车生产厂家，对这一新型储能装置有更深的了解和认识。
［关键词］超级电容器；电动汽车；辅助能源［作者简介］刘延林，国家机动车产品质量监督检验中心（上海），研究方向：新能源汽车检测工程技术，上海，２０１８０５［中图分类号］Ｕ４６９．７２［文献标识码］Ａ［文章编号］１００７－７７２３（２００８）０３－００３４－０００５一、引言超级电容器也称电化学电容器，具有良好的脉冲性能和大容量储能性能，质量轻、循环性能好，是一种新型绿色环保的储能装置，近年来受到科研人员的广泛重视及应用市场的关注。
在现代高科技产业发展领域中，由于大量大型装备配套动力电源系统既要求具备高比能量，又要求电源系统具备高比功率，而就化学电源本身的特性而言，两者很难兼顾。
特别是在需要高功率脉冲输出的场合，常规的化学电源很难满足要求，如军用特种车辆在全天候条件下的快速启动、卫星通讯、爬坡等等。
上述场合现在通常使用铅酸、镉镍等电池产品作为电源时，其比功率往往在１００～３００Ｗ／ｋｇ，不仅笨重、维护复杂而且充电速度低、使用寿命短。
而超级电容器组合的比功率可以达到１５００～５０００Ｗ／ｋｇ。
同时，不含充电电池组的超级电容器组合的比功率更可以达到１５００～１００００Ｗ／ｋｇ，其特性更适于未来艰苦环境工作以及相关电子技术进步对电源系统提出的技术要求。
二、超级电容器的结构虽然，目前全球已有许多家超级电容器生产商可以提供许多种类的超级电容器产品，但大部分产品都是基于一种相似的双电层结构，超级电容器在结构上与电解电容器非常相似，它们的主要区别在于电极材料，如图１所示。
第4章 储能技术 PPT
f. 电动汽车充电站
g. 家庭微电网
h. 平稳可再生能源输出
i. 电力系统“削峰填谷”
j. 维持电力供需平衡
主要内容 4.1 储能的背景与意义 4.2 储能技术的应用领域 4.3 物理储能技术 4.4 化学储能技术
现有的各种储能技术
按有无化学反应分类
化学 储能
电池 储能
超级 电容 储能
4.3.1 抽水蓄能
世界第二大抽水蓄能水电站——天荒坪电站
天荒坪抽水蓄能电站位于浙江省安吉县境内。电站装机容量180万kW，上水 库蓄能能力1046万kW·h，其中日循环蓄能量866万kW·h，年发电量31．6亿 kW·h，年抽水用电量42．86亿kW·h，承担系统峰谷差360万kW任.2 储能技术的应用领域 4.3 物理储能技术 4.4 化学储能技术
4.2 储能技术的应用领域
a. 备用电站
南方电网深圳宝清电池储能电站
b. 智能电网储能
c. 太阳能发电储能
日本光伏——电池联合储能电站
c. 风能发电储能
d. 电动汽车储能
e. 太阳能路灯
4.1.2 储能的意义
4.1.2.3 高效储能系统是用于高耗能企业和 国家重要部门的备用电源
电解、电镀及冶金等行业，电车、轻轨和地铁等交 通部门，都是集中用电大户。使用储能电池用“谷电” 对储能系统充电，在高峰期应用于生产、运营，电能 的利用效率高，不仅可以减轻电网负担，还可以降低 运营成本。
高效储能系统的另外一个重要应用是用作政府、 医院、军事指挥部等重要部门的备用电站。在非常时 期保证稳定、及时的应急电力供应。
4.3.2 压缩空气储能
工作原理
储电：
在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气，将 空气高压密封在报废矿井、沉降的海底储气罐、 山洞、过期油气井或新建储气井中。
(完整版)新能源汽车概论课程标准
(完整版)新能源汽车概论课程标准新能源汽车概论课程标准一、概述（一）课程性质本课程是三年制大专和五年高职新能源汽车运用与维修专业及相关汽车专业的专业基础课之一。
(二）课程基本理念以完成工作任务为目标，采用理论与实践相结合的教学方式，分项目按工作任务来实施。
(三）课程设计思路本课程标准以《中华人民共和国高等教育法》和《中华人民共和国职业教育法》专科教育应当使学生掌握本专业必备的基础理论、专门知识，具有从事本专业实际工作的基本技能和初步能力、教高〔2000〕2号《关于加强高职高专教育人才培养工作的意见》精神为指导,依据汽车电子技术专业人才培养方案对课程的教学要求而制订。
本课程建议课时为52课时，其中理论课时为32课时,实践课时为20课时.本课程的总学分为3学分。
二、课程目标通过本课程的学习,使学生了解新能源汽车的类型、发展新能源汽车的必要性，以及新能源汽车发展现状和趋势，掌握纯电动汽车、混合动力电动汽车、燃料电池电动汽车、气体燃料汽车、生物燃料汽车、氢燃料汽车和太阳能汽车的基础知识，对电动汽车储能装置、电动汽车电机驱动系统、电动汽车能源管理和回收系统、电动汽车充电技术，以及新材料和新技术在汽车上的应用有整体的了解。
三、内容标准第一章绪论1。
教学基本要求让学生了解新能源汽车的定义和分类、发展新能源汽车的必要性、新能源汽车发展现状及趋势。
2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学使学生了解新能源汽车的定义和分类、发展新能源汽车的必要性、新能源汽车国内外发展现状、新能源汽车发展战略和发展趋势。
3。
教学重点和难点教学重点是新能源汽车的定义和分类、发展新能源汽车的必要性。
4.教学内容第一节新能源汽车的定义和分类1。
新能源汽车的定义2。
新能源汽车的分类第二节发展新能源汽车的必要性1.石油短缺2。
环境污染3.气候变暖第三节新能源汽车发展现状及趋势1.国外新能源汽车发展现状2。
国内新能源汽车发展现状3。
新能源汽车发展战略和发展趋势第二章新能源汽车类型1。
新能源汽车概论 任务1 了解新能源汽车储能装置 教学PPT课件
任务一 了解新能源汽车储能装置
1. 充电方法 （2） 快速充电方法。 ① 脉冲式充电法。
② ReflexTM快速充电法。
任务一 了解新能源汽车储能装置
③ 变电流间歇充电法。
④ 变电压间歇充电法。
任务一 了解新能源汽车储能装置
⑤ 变电压、变电流波浪式间歇正负零脉冲快速充电法。
任务一 了解新能源汽车储能装置
二、 超级电容器
（一） 超级电容器的发展现状
任务一 了解新能源汽车储能装置
任务一 了解新能源汽车储能装置
（二） 超级电容器的优点
1. 功率密度高 2. 充放电循环寿命长 3. 充电时间短 4. 特殊的功率密度和适度能量密度 5. 储存寿命长 6. 工作温度范围宽
任务一 了解新能源汽车储能装置
（三） 飞轮储能器的应用
在电动汽车领域，飞轮储能器非常适合应用于混合动力车辆中。 车辆在正常行驶和制动时，给飞轮电池充电，飞轮电池则在加速或爬坡时，给 车辆提供动力，保证车辆运行在一种平稳、最优的状态下，可减少燃料消耗，降低 空气和噪声污染，延长内燃机的维护周期，延长内燃机的寿命。 美国德克萨斯大学已研制出一种汽车用飞轮电池。电池在车辆需要时，可提供 150kW的功率，能加速满载车辆到100km/h。德国西门子公司也已研制出长1.5m、 宽0.75m的飞轮电池，可提供3MW的功率。
任务一 了解新能源汽车储能装置
（三） 动力蓄电池的基本原理
为了理解电池是怎样把化学能转化为电能的，以经典的丹尼尔原理电池单体化 学反应为例进行介绍。
将Zn（锌）置于ZnSO4（硫酸锌）溶液中，将Cu（铜）置于CuSO4（硫酸铜） 溶液中，并用盐桥或离子膜等方法将两电解质溶液连接。锌单质和溶液中的锌离子 是相互转化的，当单独放置的时候，两者的转化处于平衡状态，没有对外的物质变 化的效果，当将锌溶液和铜溶液相连的时候，锌的化学性质比铜的化学性质更活泼， 在与电解质作用的时候，先与电解质发生氧化反应，被氧化为Zn2+，从而锌一直失 去电子，铜一直得到电子，。
《新能源汽车储能装置与管理系统》课程标准
《新能源汽车储能装置与管理系统》课程标准—\概述（一）课程性质本课程是新能源汽车运用与维修专业核心基础课程之一。
它是专业基础课程的后续课程，是一门实践性强的综合课程。
（二）课程基本理念本课程以工作任务为核心，以岗位职业要求为指导，通过工作情境设计、案例分析、理实一体化等活动项目来组织本课程的教学。
（三）课程设计思路课程框架结构：按照“以能力为本位，以职业实践为主线，以项目课程为主体的模块专业课程体系”的总体设计要求，彻底打破学科课程的设计思想，紧紧围绕工作任务完成的需要来选择和组织课程内容，突出工作任务与知识的联系，让学生在职业实践活动的基础上掌握知识，增强课程内容与职业岗位能力要求的相关性，提高学生的实践能力。
学习项目选取的依据是以本专业所对应的岗位群要求而制定，以新能源汽车运用与维修专业一线技术岗位为载体，使工作任务具体化，针对任务按本专业所特有的逻辑关系编排模块。
二、课程目标明确课程在知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等方面共同且又具专业特点的课程总体目标，包括知识教学目标、技能教学目标、素质教学目标等。
（一）总目标通过以工作任务为核心的教学活动，使学生掌握新能源汽车储能装置与管理系统的基本知识和技能，促进学生职业素养的养成，为培养高素质专门人才奠定良好基础。
（二）具体目标记住汽车检测有关的政策、法规、标准。
熟悉新能源汽车储能装置与管理系统的内容。
会使用常用的新能源汽车储能装置的检测设备、仪器。
能正确规范地进行新能源汽车储能装置的性能和技术状况的检测。
能正确分析检测结果，并能根据检测结果提出处理的技术方案。
能独立地分析新能源汽车储能装置常见故障的原因，并能独立排除。
对学生选课的建议：必修四、实施建议根据课程实施的各个环节，提出教材编写、教与学、教学评价、课程资源开发与利用等建议,并提供典型案例，体现课程设计的基本理念。
（一）教学建议：教学应采用项目教学法，以工作任务为项目目标，培训学生的学习兴趣，教学中要注重创设教育情境，争取理论实践一体化教学模式，要充分利用挂图、投影、多媒体、仿真、实物等教学手段。
列举五种电动汽车的储能装置
列举五种电动汽车的储能装置
电动汽车储能装置是指电动汽车的能量储存设备，它是电动汽车的核心部件，
负责储存电动汽车的能量，以便电动汽车可以正常运行。
目前，市场上有多种电动汽车储能装置，其中最常见的有锂离子电池、铅酸电池、钴酸锂电池、燃料电池和超级电容器。
首先，锂离子电池是目前最常用的电动汽车储能装置，它具有较高的能量密度、较低的成本、较长的使用寿命和较低的环境污染。
它的缺点是充电速度较慢，而且在高温下容易发生热释电，影响电池的使用寿命。
其次，铅酸电池是一种常见的电动汽车储能装置，它具有较低的成本、较高的
能量密度和较长的使用寿命。
但是，它的缺点是充电速度较慢，而且容易受到温度影响，影响电池的使用寿命。
第三，钴酸锂电池是一种新型的电动汽车储能装置，它具有较高的能量密度、
较低的成本、较长的使用寿命和较低的环境污染。
它的缺点是充电速度较慢，而且在高温下容易发生热释电，影响电池的使用寿命。
第四，燃料电池是一种新型的电动汽车储能装置，它具有较高的能量密度、较
低的成本、较长的使用寿命和较低的环境污染。
它的缺点是充电速度较慢，而且在高温下容易发生热释电，影响电池的使用寿命。
最后，超级电容器是一种新型的电动汽车储能装置，它具有较高的能量密度、
较低的成本、较长的使用寿命和较低的环境污染。
它的优点是充电速度快，而且不受温度影响，可以提高电池的使用寿命。
总之，电动汽车储能装置有多种，每种储能装置都有其优缺点，用户可以根据
自己的需求选择合适的储能装置。
新能源汽车的储能装置
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第4章 新能源汽车的储能装置 4.1 动力电池概述
原因：电池内部枝晶的生长 解决办法：深度充放电（损坏电池），脉冲充电法（适宜使 用）。 主要表现在镍镉电池中。对于其他蓄电池该效应较小或不存 在。
新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014
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第4章 新能源汽车的储能装置 4.1 动力电池概述
4.1.3 电池的种类 1、按照工作原理分类 主要可分为生物电池、物理电池和化学电池。
新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014
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第4章 新能源汽车的储能装置 4.1 动力电池概述
蓄电池充电终了的特征： 电解液中由大量气泡冒出，呈沸腾状态； 电解液的相对密度和蓄电池的端电压上升到规定值，且在2～ 3h内保持不变。
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新能源汽车技术，Faculty of New Energy Vehicles，May,2014
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第4章 新能源汽车的储能装置 4.1 动力电池概述
隔膜 通常为薄膜、板材或胶状物等。 避免电池内阴、阳极之间的距离较近而发生内部短路产生严 重的自放电现象。 要求：化学性质稳定，有一定的机械强度，对电解质离子运 动的阻力小，是电的良好绝缘体，并能阻挡从电极上脱落的 活性物质微粒和枝晶的生长。
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第4章 新能源汽车的储能装置 4.1 动力电池概述
2、电池的充电 将外部电源的电能输入蓄电池，在蓄电池内将电能转换为化 学能储存起来的过程。 充电参数：充电特性、完全充电和充电率。 充电方式：恒压充电、恒流充电、涓流充电和浮充电等。
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4.5 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。
(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。
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
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 飞轮储来自装置的结构4.6 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。
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。 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。
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
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
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。
目前市场主流为：磷酸铁锂电池和三元锂电池 以 LiFeO4为例，其化学反应方程式如下：
常用电动汽车动力电池
锂电池工作原理示意图
4.5 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 学电池的局限，用物理方法实现储能。
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 4．1．3 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
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
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
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。
常用电动汽车动力电池
4.4.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 570Wh/Kg，它 目前达到的性能指标是：比能量为 100Wh/Kg，比功率 200W/Kg，循 环使用寿命为1200次，充电时间 2-4h。
4.3 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， 电解液通常选用 KOH溶液。由 Ni(OH)2正极材料和储氢合金负极材料组 成电池的反应式：