第2章_1_电动汽车用动力电池

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新能源汽车技术 第 34 页
2.2.6 铅酸蓄电池的充电方法
2. 蓄电池快速充电法 1)蓄电池快速充电的原理
快速充电要想方设法加快电池的化学反应速度 (提高充电电压或电流等),使之充电速度得到最大 的提高;
快速充电又要保证负极的吸收能力,使负极能 够跟得上正极氧气产生的速度,同时要尽可能的消 除电池的极化现象。
新能源汽车技术 第 23 页
2.2.3 铅酸蓄电池的特点
2.铅酸蓄电池的缺点 (1)比能量低,在电动汽车中所占的质量和体积较
大,一次充电行驶里程短; (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 。
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2.2.4 铅酸蓄电池的工作原理
铅酸蓄电池是酸性蓄电池,其化学反应式为
变电压间歇充电曲线
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2.2.7 铅酸蓄电池SOC估计
电池剩余容量的多少一般用电池荷电状态(SOC) 来描述。电池荷电状态是无量纲量,既可以反映电 池剩余电量,也可以反映电池消耗的电量。
目前国内外蓄电池常用的荷电状态估计的方法 主要有放电实验法、安时计量法、开路电压法、负 载电压法、电化学阻抗频谱法、内阻法、线性模型 法、神经网络法和卡尔曼滤波法等。
新能源汽车技术 第 17 页
2.2.2 铅酸蓄电池的分类与结构
1.铅酸蓄电池的分类 ➢ (1)免维护铅酸蓄电池
免维护铅酸蓄电池由于自身结构上的优势,电解液 的消耗量非常小,在使用寿命内基本不需要补充蒸 馏水。它具有耐震、耐高温、体积小、自放电小的 特点。使用寿命一般为普通铅酸蓄电池的两倍。
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电动汽车对动力电池的要求主要有: ➢ (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

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2.2 铅酸蓄电池
铅酸蓄电池自1859年发明以来,其使用和发 展已有100多年的历史,广泛用作内燃机汽车的起 动动力源。电动汽车用铅酸蓄电池要用于给电动 汽车提供动力,它的主要发展方向是提高比能量, 增大循环使用寿命。
PbO 2 4 H 2 e Pb 2 2 H2O
同样,由于硫酸的存在, Pb2 也立即生成 PbSO 4 。 放电时总的反应为
Pb PbO2 2 H2SO 4 2 PbSO 4 2 H2O
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2.2.4 铅酸蓄电池的工作原理
蓄电池充电的时候,随着电池端电压的升高,水开
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2.1.2 电动汽车用动力电池的性能指标
➢ (1)理论能量 ➢ (2)实际能量 ➢ (3)比能量 ➢ (4)能量密度
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2.1.2 电动汽车用动力电池的性能指标
5.功率 电池的功率是指电池在一定放电制度下,单位时 间内所输出能量的大小,单位为瓦(W)或千瓦 (kW)。
新能源汽车技术 第 16 页
2.2.1 铅酸蓄电池的发展动态
➢ 国内研制开发的电动汽车用水平极板铅酸蓄电池已 经达到了以下性能指标:3h率比能量45Wh/kg, 10min持续比功率80W/kg,快速充电性能 4~5h100%充电,15~20min70%充电,80%DOD寿 命600次。
➢ 铅酸蓄电池作为纯电动汽车动力电源在比能量、深 放电循环寿命、快速充电等方面均比镍氢电池、锂 离子电池差,不适合于电动轿车。但由于其价格低 廉,国内外将它的应用定位在速度不高、路线固定、 充电站设立容易规划的车辆。
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2.2.6 铅酸蓄电池的充电方法
2).几种蓄电池快速充电方法 (1)脉冲式充电法
脉冲式充电曲线
新能源汽车技术 第 36 页
2.2.6 铅酸蓄电池的充电方法
(2)变电流间歇充电法
变电流间歇充电曲线
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2.2.6 铅酸蓄电池的充电方法
(3)变电压间歇充电法
2)分段电流充电法
二阶段法充电曲线
新能源汽车技术 第 32 页
2.2.6 铅酸蓄电池的充电方法
3)恒压充电法
恒压充电法曲线
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2.2.6 铅酸蓄电池的充电方法
4)恒压限流充电法 在充电第一阶段,用恒定的电流充电;在电池
电压达到一定电压后,维持此电压恒定不变,转为 第二阶段的恒压充电过程,当充电电流下降到一定 值后,继续维持恒压充电大约一小时即可停止充电。
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2.1.2 电动汽车用动力电池的性能指标
1.电压 ➢ (1)端电压 ➢ (2)开路电压 ➢ (3)电动势 ➢ (4)额定电压 ➢ (5)放电电压 ➢ (6)终止电压
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2.1.2 电动汽车用动力电池的性能指标
2.容量 ➢ (1)理论容量 ➢ (2)实际容量 ➢ (3)标称容量 ➢ (4)额定容量 ➢ (5)荷电状态
第2章 电动汽车用动力电池 (一)
2.1 概述 2.2 铅酸蓄电池 2.3 镍氢电池 2.4 锂离子电池
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2.1 概述
电池是电力汽车的动力源,是能量的存贮装置。 要使电动汽车能与燃油汽车相竞争,关键是开发住 比能量高、比功率大、使用寿命长、成本低的电池。
电动汽车使用的动力电池可以分为化学电池、 物理电池和生物电池三大类。
始被电解,当电池电压达到约2.39V/单体时,水的
电解不可忽视。水电解时阳极和阴极的化学反应式

H2O
Fra Baidu bibliotek
1 2
O2
2
H
2
e
2H 2e H2
阳极给出电子,阴极得到电子,从而形成了回路电
流。端电压越高,电解水也越激烈,此时充入的大 部分电荷参加水电解,形成活性物质很少。
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2.2.5 铅酸蓄电池的充放电特性
1.铅酸蓄电池的放电特性
铅酸蓄电池的放电曲线
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2.2.5 铅酸蓄电池的充放电特性
2.铅酸蓄电池的充电特性
铅酸蓄电池的充电曲线
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2.2.6 铅酸蓄电池的充电方法
1.蓄电池常规充电方法 1)恒流充电法
恒流充电曲线
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2.2.6 铅酸蓄电池的充电方法
PbO H2SO 4 PbSO 4 H2O
充电时,把铅板分别和直流电源的正、负极相连, 进行充电电解,阴极的还原反应为
PbSO 4
2e
Pb
SO
2 4
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2.2.4 铅酸蓄电池的工作原理
阳极的氧化反应为
PbSO
4
2
H
2
O
PbO
2
4
H
SO
2 4
2
e
充电时的总反应为
2 PbSO 4 2 H2O Pb PbO2 2 H2SO 4
随着电流的通过,PbSO 4 在阴极上变成蓬松的金 属铅,在阳极上变成黑褐色的二氧化铅,溶液
中有 H2SO 4 生成。
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PbS2O 4
2.2.4 铅酸蓄电池的工作原理
放电时蓄电池阴极的氧化反应为 Pb Pb2+ 2e
由于硫酸的存在,Pb2立即生成难溶解的 PbSO 4 。 阳极的还原反应为
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2.1.1 电动汽车动力电池分类
1.化学电池
利用物质的化学反应发电。 化学电池按工作性 质分为原电池、蓄电池、燃料电池和储备电池。
2.物理电池 物理电池是利用光、热、物理吸附等物理能量
发电的电池。如太阳能电池、超级电容器、飞轮电 池等。 3.生物电池
生物电池是利用生物化学反应发电的电池,如 微生物电池、酶电池、生物太阳电池等。
电池发生内部短路或损坏而不能使用,以及容量达 不到规范要求时电池使用失效,这时电池的使用寿 命终止。 ➢ 电池的使用寿命包括使用期限和使用周期。使用期 限是指电池可供使用的时间,包括电池的存放时间。 使用周期是指电池可供重复使用的次数。
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2.1.3 电动汽车对动力电池的要求
➢ (2)能量效率
能量效率也称电能效率,是指电池放电时输出 的能量与充电时输入的能量之比,即
w
W放 W充
100%
式中, w为电池的能量效率;W放为电池放电时输出 的能量;W充为电池充电时输入的能量。
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Cb
2.1.2 电动汽车用动力电池的性能指标
7.自放电率 自放电率是指电池在存放期间容量的下降率,即
流与额定电流的比例来表示。 ➢ (1)时率(时间率)
电池以某种电流强度放电,放完额定容量所经过的 放电时间。汽车用电池一般用20h率容量表示。 ➢ (2)倍率(电流率) 电池以某种电流强度放电的数值为额定容量数值的 倍数。
新能源汽车技术 第 12 页
2.1.2 电动汽车用动力电池的性能指标
9.使用寿命 ➢ 使用寿命是指电池在规定条件下的有效寿命期限。
新能源汽车技术 第 21 页
2.2.2 铅酸蓄电池的分类与结构
2.铅酸蓄电池的结构
新能源汽车技术 第 22 页
2.2.3 铅酸蓄电池的特点
1.铅酸蓄电池的优点 (1)除锂离子电池,铅酸蓄电池电压最高,为2. 0V; (2)价格低廉; (3)可制成小至lAh大至几千Ah各种结构蓄电池; (4)高倍率放电性能良好,可用于引擎启动; (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)易于浮充使用,没有“记忆”效应; (8)易于识别荷电状态。
新能源汽车技术 第 39 页
新能源汽车技术 第 20 页
2.2.2 铅酸蓄电池的分类与结构
阀控密封式铅酸蓄电池分为AGM和GEL(胶体) 电池两种: (1)AGM采用吸附式玻璃纤维棉(Absorbed Glass Mat)作隔膜,电解液吸附在极板和隔膜中,电池内 无流动的电解液,电池可以立放工作,也可以卧放工 作; (2)胶体(GEL)SiO2作凝固剂,电解液吸附在极板 和胶体内,一般立放工作。无特殊说明,皆指AGM 电池。
(1)比功率 (2)功率密度
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c
C放 C充
100%
2.1.2 电动汽车用动力电池的性能指标
6.输出效率
➢ (1)容量效率
c
C放 C充
100%
式中, c 为电池的容量效率;C放为电池放电时输出
的容量;C充为电池充电时输入的容量。
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2.1.2 电动汽车用动力电池的性能指标
2.2.2 铅酸蓄电池的分类与结构
市场上的免维护铅酸蓄电池也有两种: (1)在购买时一次性加电解液以后使用中不需要 添加补充液; (2)电池本身出厂时就已经加好电解液并封死, 用户根本就不能加补充液。
新能源汽车技术 第 19 页
2.2.2 铅酸蓄电池的分类与结构
➢ (2)阀控密封式铅酸蓄电池 阀控密封式铅酸蓄电池在使用期间不用加酸加水维 护,电池为密封结构,不会漏酸,也不会排酸雾, 电池盖子上设有溢气阀(也叫安全阀),该阀的作 用是当电池内部气体量超过一定值,即当电池内部 气压升高到一定值时,溢气阀自动打开,排出气体, 然后自动关闭,防止空气进入电池内部。
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2.1.2 电动汽车用动力电池的性能指标
3.内阻 电流流过电池内部受到的阻力,使电池电压降
低,此阻力称为电池内阻。由于电池内阻作用,电 池放电时端电压低于电动势和开路电压。充电时端 电压高于电动势和开路电压。 4.能量
电池的能量是指在一定放电制度下,电池所能 输出的电能,单位是W·h或kW·h。它影响电动汽车 的行驶距离。
电池无负荷时自身放电使容量损失的速度。 自放电率 Ca Cb 100%
Ca T
式中,Ca 为电池存储前的容量(Ah);Cb 为电池存储 后的容量(Ah);T 为电池存储的时间,常用天、月 计算。
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2.1.2 电动汽车用动力电池的性能指标
8.放电速率(放电率) 放电速率一般用电池在放电时的时间或放电电
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2.2.1 铅酸蓄电池的发展动态
➢ 日本GS公司生产的SER60电池比能量为34Wh/kg, 能量密度为91Wh/L,比功率为300 W/kg (50%DOD);日本松下公司生产的动力型铅酸 蓄电池循环寿命已突破1000次(80%DOD。
➢ 美国BPC公司和Trojon公司开发的双极性密封铅蓄 电池,正负极位于同一片导体的两侧面,用吸液式 纤维隔板贮存电解液组成密封电池。其额定电压为 180V,容量为60Ah,比能量≥50Wh/kg,峰值比 功率>700W/kg,循环寿命≥1000次,预计使用寿 命10年。
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