新能源汽车技术概论 第四章 电动汽车储能装置
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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。
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
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
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
(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。
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。
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。
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
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。
新能源汽车技术概论
主要参考书1
✓李艳菲 主编 ✓新能源汽车技术概论
机械工业出版社 2019ห้องสมุดไป่ตู้7月
主要内容
第一章 汽车与能源 第二章 新能源汽车产业发展 第三章 新能源汽车类型 第四章 电动汽车储能装置 第五章 电动汽车驱动电机及控制系统 第六章 纯电动汽车 第七章 燃料电池电动汽车 第八章 混合动力电动汽车 第九章 其他新能源汽车
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。
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。
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 飞轮储能装置的结构
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。
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
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
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：
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。
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。
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
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
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
(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。
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。
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。
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
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。
新能源汽车技术概论
主要参考书1
✓李艳菲 主编 ✓新能源汽车技术概论
机械工业出版社 2019ห้องสมุดไป่ตู้7月
主要内容
第一章 汽车与能源 第二章 新能源汽车产业发展 第三章 新能源汽车类型 第四章 电动汽车储能装置 第五章 电动汽车驱动电机及控制系统 第六章 纯电动汽车 第七章 燃料电池电动汽车 第八章 混合动力电动汽车 第九章 其他新能源汽车
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。
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。
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 飞轮储能装置的结构
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。
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
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
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：
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。
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。