动力电池

新能源汽车关键储能部件及其管理新能源汽车中电池的地位与作用9制约电动汽车发展的关键因素9电池作为纯电动汽车的动力源泉，为电机提供能量电池作为纯电动汽车的动力源泉为电机提供能量9在混合动力汽车及燃料电池汽车中的作用为：¾提供内燃机、燃料电池发动机甚至汽车起动所需的能量¾在汽车加速或爬坡时，提供一部分辅助功率¾回馈制动时，吸收由电机逆变而来的电能¾在汽车停车但未关机时，为转向、空调等系统提供能量在汽车停车但未关机时为转向空调等系统提供能量新能源车用电池类型适合车用的电池类型主要为：9铅酸电池9镍氢电池9锂离子电池HEV动力蓄电池第代动力•第一代动力电池VRLA 铅酸蓄电池•第二代动力电池镍氢蓄电池镍镉电池•第三代动力电池锂电池（锂离子电池和锂分子电池）锌空气电池蓄电池基本技术参数•比能量•比功率•电池的开路电压(OCV)和工作电压•放电率•终止电压•蓄电池的容量•蓄电池的放电深度DOD（Depth of Discharge)•蓄电池的剩余容量SOC(State of Charge)SOC(St t f Ch)•蓄电池循环寿命（Cycle life）•比能量单位质量或单位体积电池输出的电能。

•比功率单位质量或单位体积电池输出的功率。

•电池的开路电压(OCV)和工作电压开路电压是外电路没有电流流过时电极之间的OC U 电位差电池工作电压又称放电电压或者负荷电压，是指有电流通过外电路时电池两极间的电位差CCU 指有电流通过外电路时，电池两极间的电位差关系式：IRU IR E U OC CC −≈−=•放电率放电率指放电时的速率，常用“时率”和“倍率”表示。

表示•终止电压电池放电时，电压下降到不宜再继续放电的最低电池放电时电降到宜续放电的最低工作电压称为终止电压。

A h或mA h）•蓄电池的容量（A•h mA•h 理论容量实际容量额定容量•蓄电池的放电深度DOD （Depth of Discharge)p g )电池放出容量与额定容量之百分比蓄电池的剩余容量SOC(State of Charge)DOD ＝Q/C ×100％Q 为电池以放出的电量•SOC(State of Charge)SOC ＝1－DODCycle life）•蓄电池循环寿命（Cycle life二次电池在反复充放电的使用下, 电池容量会逐渐下降通常以该电池的额定容量作标准电池容量下降, 通常以该电池的额定容量作标准, 电池容量降至其80%或60%时的充放电次数, 称为循环寿命.HEV动力电池基本参数指标VRLA铅酸蓄电池在第代EV，HEV上、基本采用了阀控铅酸蓄电•在第一代EV，HEV上、基本采用了阀控铅酸蓄电池（VRLA）作为动力源•VRLA铅酸电池的特点是大电流放电性能良好，价VRLA铅酸电池的特点是大电流放电性能良好价格低廉。

缺点是质量比能量低，主要原材料铅有污染。

污染•新开发的双极耳卷绕式VRLA，其能量密度比平板涂膏式铅酸电池有明显提高VRLA蓄电池基本原理V RL A蓄电池特有的内部氧循环反应机理正极电解水反应式如下:氧气穿过隔板与负极Pb及反应镍氢电池•镍氢电池是目前HEV市场的主流产品•优势·高能量（比能量可达70-80W•h/kg）高功率（比功率可达200W/kg)长寿命(SOC80%的放电深度下，循环寿命可达1000次）足够宽的温度工作范围及较好的高低温性能。

宽作高具有内在的耐过充过放的机制没有Pb和Cd等重金属元素污染环境镍氢电池基本原理•构造•工作原理镍氢电池构造•镍氢电池负极是储氢合金，正极是用氢氧化钾作为电解质，在正负极之间有隔膜，共同组成镍氢单体电池，在金属铂的催化作用下，完成充电和放电的可逆反应。

•物理结构如图反应方程镍氢电池工作原理镍氢电池正极是球状氢氧化镍粉末与添加剂钴等金属。

如图(b)镍氢电池正极是球状氢氧化镍粉末与添加剂钴等金属如图(b)负极的关键技术是储氢合金，要求储氢合金能够稳定的经受反复的储氢和放氢循环。

如图(a)电解质是水溶性氢氧化钾和氢氧化锂的混合物镍氢电池产品锂离子电池•优点比能量达到100~120W•h/kg功率高达/g比功率高达1500W/kg循环寿命可达1000次充放电效率高•缺点快速充放电的性能较差钴系锂离子电池在过充电状态时会引起电池爆炸锂离子电池工作原理•构造•工作原理•充放电特性构造•锂离子电池的负极采用天然球状石墨或片状石墨、人造石墨和层状石墨的锂-碳化合物（）等制造•正极采用等锂的化合物制造•由于锂的化学性能活泼，遇到水时会发生激烈的化学变化，必须采用非水性电解质，通常用有机溶剂／无机盐、无机必须采用非水性电解质通常用有机溶剂／无机盐无机溶剂／无机盐溶液、固体锂导解离子导体或熔融盐组成。

电解质采用等。

工作原理正极反应方程负极反应方程充放电特性•充电特性根据不同倍率的充电条件，锂离子电池的充电特性也略有不同。

性也略有不同“星恒”电源有限公司XH—10Ah型锂离了电池组的充电曲线放电特性•锂离子电池在不同倍率的放电条件时，锂离子电池的放电特性也有所不同。

当放电量接近终止时，电压将急剧下降。

•“星恒”电源有限公司XH—10Ah型锂离了电池组的放电曲线•在温度变化时，温度对锂离子电池的放电容量有明显的影响。

•星恒电源有限公司XH10Ah型锂离了电池组“星恒”电源有限公司XH—10Ah型锂离了电池组在不同温度的放电曲线锂离子电池产品铅酸电池成熟的电动汽车蓄电池9历史悠久，技术成熟，广泛用作内燃机汽车的起动电源9可靠性好、原材料易得、价格便宜9基本满足电动汽车的动力性较低层次的需求铅酸电池存在重大缺陷，将逐渐被淘汰，在传统汽车中也将逐步改进9比能量低，一次充电行续驶里程较短，导致车载使用时质量和体积太大9使用寿命短，导致使用成本提高9重金属铅和硫酸等对环境污染比较严重，不符合环保要求镍氢电池特性：9能量密度高，是镍镉电池的1.5～2倍9无镉污染9可大电流快速充放电工作电压与镍镉电池相同，具有互换性9工作电压与镍镉电池相同具有互换性9与锂离子电池相比，具有明显的自放电现象镍氢电池应用：9在小型便携电子器件中已获得了广泛应用9在电动车辆和混合动力车上也已经得到较广泛应用丰田PRIUS上的镍氢蓄电池锂离子电池锂是金属中最轻的的元素，也是金属中电位最负的元素。

锂离子电池具有以下优点：9工作电压高达单节3.6～4.2V，相当于3节镍氢电池9能量密度高9能量效率高，锂离子电池可达99%以上。

能效率高锂离电池达9自放电率小，一般自放电率小于6%9循环使用寿命长，可循环充电500次以上9无任何记忆效应9不含重金属及有毒物质, 不污染环境, 是真正的绿色电源9可以大电流充放电。

负极材料：一般选用碳材料锂离子电池：般选用碳材料正极材料：正极材料理论容量（mAh/g ）实际容量（mAh/g ）工作电压（V ）安全性能成本LiCoO2274 140～155 3.7一般高LiM 2O41204LiMn2O414890～120 3～4 好低LiF PO416534LiFePO4170110～165 3.4 很好低应用：锂离子电池9锂离子动力电池是国外发展动力电池的首选9磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池成本低、安全性好，极有发展前途通用的Plug In混合动力概念车“VOLT”使用的磷酸铁锂动力电池动力蓄电池车用动力蓄电池管理系统（BMS）需要解决的基本问题：11.单体电压、总体电压和电流的测量2.荷电状态(SOC) 估计；3.寿命（SOH）估计；44.均衡管理；5.热管理；如图所示，蓄电池由如图所示超级电容的组成原理目前发展成熟的超级电容为电化学双层电容器。

它以新型的炭基材料为电极，能量电容器它以新型的炭基材料为电极能量密度能达到铝基电容的2000倍。

功率密度是锂离子电池的10倍。

其原理是在高度多孔化电极与电解质（高分子导体）的接触表面所特定的电双层上直接充电。

碳基电极材料表面布满微孔。

因此可以获得极大的表面积。

表面布满微孔因此可以获得极大的表面积超级电容结构原理图超级容结构原图超级电容的特点：在电能储存填补了常规电容和蓄电池之间的空白1.在电能储存上，填补了常规电容和蓄电池之间的空白。

2.可以大电流瞬时充放电，而电池如此使用会影响寿命。

3.能量密度只有电池的5％左右。

4 .使用次数几乎没有限制，而电池很难超过1000次循环。

5.工作温度范围宽，可在低温下使用。

6.具有高的机械强度。

77.防火、防爆安全性好。

8.使用过程中免维护。

9由无毒材料制成，使用中对环境友好，无污染9.由无毒材料制成，使用中对环境友好，无污染。

10.材料成本低廉，工艺成熟后可望大幅度降低价格总结电池作为电动汽车的关键技术，电池在汽车电池作为电动汽车的关键技术电池在汽车中的使用是复杂的系统工程：•电池本身必须提高安全性、比功率、比能量、减少自放电率和成本•电池系统必须考虑和处理电池的一致性、电池之电池系统必须考虑和处理电池的一致性电池之间的连接、漏电保护及高压安全、通风散热、电池盒的防水防尘、系统的可维护性等问题池盒的防水防尘系统的可维护性等问题总结及展望新能源汽车大有可为，将成为未来新的经济增长点9纯电动汽车可实现零排放,但一次充电行程短, 适用于特定的场合9混合动力汽车提高燃油的经济性,改善排放，起到过渡性的作用，是目前较现实的电动汽车9燃料电池汽车以其在能源和环保上的巨大优势，终将会成为未来的主流技术, 有长远的市场前景。