第二章 电动汽车动力电池基本知识

1
蓄电池的分类
2 化学能与电能转换基本原理
3
电池的基本构成
4
电池的基本参数
蓄电池的分类
❖ 1.按电解液的种类不同，蓄电池可分为： ❖ 1)碱性电池。碱性电池的电解质主要足以氢氧化
钾水溶液为主，如：碱性锌锰电池 (俗称碱锰电 池或碱性电池)、镉镍电池、氢镍电池等。 ❖ 2)酸性电池。酸性电池主要是以硫酸水溶液为介 质，如铅酸蓄电池等。 ❖ 3)中性电池。中性电池是以盐溶液为介质，如锌 锰干电池、海水电池等。 ❖ 4)有机电解液电池。有机电解液电池主要是以有 机溶液为介质，如锂离子电池等。
小的度量之一。如果其他条件相同，那么电动势 越高，理论上能输出的能量就越大。电池的电动 势是热力学的两极平衡电极电位之差。
❖ 实际上，在表征上电池的开路电压在数值上接近 电池的电动势，所以在工程应用上，常常认为电 池在开路条件下，正负极间的平衡电势之差，即 为电池的电动势。
❖（2）开路电压 开路电压是指在开路状态下(几 乎没有电流通过时)，电池两极之间的电势差，一 般用C开表示。电池的开路电压取决于电池正负 极材料的活性、电解质和温度条件等，而与电池 的几何结构和尺寸大小无关。例如，无论铅酸电 池的大小尺寸如何，其单体开路电压都是近似一 致的。一般情况下，电池的开路电压均小于它的 电动势。
电池的基本构成
❖ 电池是一种把化学反应所释放的能量直接转变成 直流电能的装置。
❖ 1.要实现化学能转变成电能的过程，必须满足如 下条件：
❖ （1）必须把化学反应中失去电子的氧化过程（在 负极进行），得到电子的还原过程（在正极进行 ），分别在两个区域进行，这与一般的氧化还原 反应存在区别。
❖ （2）两电极必须具有离子导电性的物质。 ❖ （3）化学变化过程中电子传递必须经过外线路。
❖ 反应式可以分解为两个电化学反应步骤：
Cu 2 2e Cu
Zn Zn2 2e
❖ 在从电解液中提取铜的反应过程中，两个反应在 锌表面同时发生，然而,如果锌和铜处于独立的两 个元件中，那么上述反应式就必须在两个不同的 位置(电极)发生，而且只有在有电流连接两个电 极的情况下反应才能继续进行。该反应可以通过 控制正、负极的连接状态实现有效控制，使化学 能按需转化为有用的电能。
❖ 2.为了满足构成电池的条件，电池需包含以下基本 组成部分：
▪ （1）正极活性物质。它具有较高的电极电位，电池放电 时进行还原反应或阴极过程。为了与电解槽的阳极、阴 极区别开，在电池中称作正极。
▪ （2）负极活性物质。它具有较低的电极电位，电池工作 时进行氧化反应或阳极过程。为了与电解槽的阳极、阴 极区别开，在电池中称作负极。
❖ 2.按电池所用正，负极材料不同，蓄电池可分为： ❖ 1)锌系列电池，如锌锰电池、锌银电池等 ❖ 2)镍系列电池，如镍镉电池、镍氢电池等 ❖ 3)铅系列电池，如铅酸电池 ❖ 4)锂系列电池，如锂离子电池、锂聚合物电池和
锂硫电池
❖ 5)二氧化锰系列电池，如锌锰电池、碱锰电池等 ❖ 6）空气(氧气)系列电池，如锌空气电池、铝空气
本章学习目标
❖ 1.了解蓄电池的分类 ❖ 2.了解化学能与电能转换基本原理 ❖ 3.熟悉蓄电池的基本结构 ❖ 4.熟悉蓄电池的基本参数 ❖ 5.掌握动力电池性能的评价方法
第1章 电动汽车与动力电池发展历程 1.蓄电池的工作原理与结构类型 2.动力电池的性能评价
3.动力电池的充放电方法及充电基础设施
铝空气电池（Al/Air）
1.4
钠氯化镍电池（Na/NiCl2）
2.5
钠硫电池（Na/S）
2.0
锰酸锂电池（LiMn2O4）
3.7
磷酸铁锂电池（LiFePO4）
3.2
表2-1 常用不同电化学体系电池的单体额定电压值。
❖（4）工作电压 工作电压是指电池接通负载后在 放电过程中显示的电压，又称负荷(载)电压或放 电电压。在电池放电初始时刻的(开始有工作电流 )电压称为初始电压。
❖ 电池在接通负载后，由于欧姆内阻和极化内阻的 存在，电池的工作电压低于开路电压，当然也必 然低于电动势。
❖（3）额定电压 额定电压也称公称电压或标称电 压，指的是在规定条件下电池工作的标准电压。 采用额定电压可以区分电池的化学体系。
电池类型 铅酸电池（VRLA） 镍镉电池（Ni-Cd） 镍锌电池（Ni-Zn） 镍氢电池（Ni-MH） 锌空气电池（Zn/Air）
单体额定电压/V 2 1.2 1.6 1.2 1.2
电池等
化学能与电能转换基本原理
❖ 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。 Cu 2 Zn Cu Zn2
❖ 在化学反应中，Cu2+和Zn2+在25℃的标准自由 能△G是-212kJ/mol。根据热力学的知识，化 学反应总是沿着自发的方向进行，所以如果把锌 加入Cu2+溶液中，铜就会沉淀出来了。该化学反 应就是从含有锌的矿石中提取出铜的常用方法。 在金属冶金应用中，化学反应包含的化学能是不 可利用的，能量以热能的形式被消耗掉。
▪ （3）电解质。它拥有很高的、选择性的离子电导率，提 供电池内部的离子导电的介质。大多数电解质为无机电 解质水溶液，也有固体电解质、熔融盐电解质、非水溶 液电解质和有机电解质。有的电解质也参加电极反应而 被消耗
图片小贴士
电池的基本参数
❖ 1.电压参数 ❖（1）电动势 电动势是电池在理论上输出能量大
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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
【引入】
❖ 电池应用的过程是电能输入转变为化学能存储， 再以电能形式输出的能量转换过程。虽然不同的 电池具有不同的正负极材料、电化学特性和应用 特征，但其基本的概念、评价参数和电化学原理 等有许多相同之处。在对不同电池特性的比较中 ，也需要根据这些基本概念采用各种性能参数指 标进行比较研究。本情境重点探讨动力电池储能 的基本原理以及与动力电池和动力电池组相关的 基本概念。