混合動(dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置

1、項(xiàng)目二 混合動(dòng)力汽車(chē)電能儲(chǔ)存裝置 活動(dòng)一 電能儲(chǔ)存裝置種類(lèi)及主要性能指標(biāo)一、動(dòng)力電池分類(lèi)電動(dòng)汽車(chē)使用動(dòng)力電池能夠分為化學(xué)電池、物理電池和生物電池三大類(lèi)。1、化學(xué)電池將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苎b置。主要部分是電解質(zhì)溶液、浸在溶液中正、負(fù)電極和連接電極導(dǎo)線?；瘜W(xué)電池按工作性質(zhì)分為原電池、蓄電池、燃料電池和貯備電池?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第1頁(yè)1）原電池利用兩個(gè)電極之間金屬性不一樣，產(chǎn)生電勢(shì)差，從而產(chǎn)生電流。電化反應(yīng)不能逆轉(zhuǎn)，只能化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，不能重新存放電力。混合動(dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第2頁(yè)2）蓄電池電池放電后可經(jīng)過(guò)充電方式使活性物質(zhì)復(fù)原而能夠繼續(xù)使用電池。鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池、鎳氫蓄電池、

2、鋰離子電池混合動(dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第3頁(yè)3）燃料電池將存在于燃料與氧化劑中化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進(jìn)燃料電池，電就被生產(chǎn)出來(lái)。它從外表上看有正負(fù)極和電解質(zhì)等，像一個(gè)蓄電池，但實(shí)質(zhì)上它不能“儲(chǔ)電”而是一個(gè)“發(fā)電廠”?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第4頁(yè)燃料電池原理單體電池是由正負(fù)兩個(gè)電極(負(fù)極即燃料電極和正極即氧化劑電極)以及電解質(zhì)組成。不一樣是普通電池活性物質(zhì)貯存在電池內(nèi)部，所以，限制了電池容量。而燃料電池正、負(fù)極本身不包含活性物質(zhì)，只是個(gè)催化轉(zhuǎn)換元件。電池工作時(shí)，燃料和氧化劑由外部供給，進(jìn)行反應(yīng)。標(biāo)準(zhǔn)上只要反應(yīng)物不停輸入，反應(yīng)產(chǎn)物不停排除，燃料電池就能連續(xù)地發(fā)電混合動(dòng)力汽

3、車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第5頁(yè)4)貯備電池是一類(lèi)特殊形式原電池，其電極活性物質(zhì)與電解質(zhì)分開(kāi)存放，無(wú)自放電，可長(zhǎng)時(shí)間貯存（5）而不需維護(hù)。當(dāng)需要電池供電時(shí),可用一定機(jī)構(gòu)使電解液或水（溶劑）使其激活，一次完成放電 混合動(dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第6頁(yè)2、物理電池 物理電池是利用光、熱、物理吸附等物理能量發(fā)電電池。如太陽(yáng)能電池、超級(jí)電容器、飛輪電池等。 混合動(dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第7頁(yè)3、生物電池 生物電池是指將生物質(zhì)能直接轉(zhuǎn)化為電能裝置生物質(zhì)蘊(yùn)涵能量絕大部分來(lái)自于太陽(yáng)能，是綠色植物和光合細(xì)菌經(jīng)過(guò)光合作用轉(zhuǎn)化而來(lái)。從原理上來(lái)講，生物質(zhì)能能夠直接轉(zhuǎn)化為電能主要是因?yàn)樯矬w內(nèi)存在與能量代謝關(guān)系親密氧化還原反應(yīng)。這些

4、氧化還原反應(yīng)彼此影響，相互依存，形成網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行生物能量代謝。 混合動(dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第8頁(yè)1、微生物電池微生物電池由陽(yáng)極室和陰極室組成。有一個(gè)質(zhì)子交換膜將兩極室分開(kāi)?；痉磻?yīng)類(lèi)型分為四步：1) 在微生物作用下，燃料發(fā)生氧化反應(yīng)，同時(shí)釋放出電子。2)介體捕捉電子并將其運(yùn)輸至陽(yáng)極。3)電子經(jīng)外電路抵達(dá)陰極，質(zhì)子經(jīng)過(guò)質(zhì)子交換膜由陽(yáng)極室進(jìn)入陰極室。4)氧氣在陽(yáng)極接收電子，發(fā)生氧化還原反應(yīng)。陽(yáng)極反應(yīng)：C6H12O6+6H2O6CO2+24H+24e陰極反應(yīng)：6O2+24H+24e-12H2O混合動(dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第9頁(yè)2、酶電池酶電池通常使用葡萄糖作為反應(yīng)原料。反應(yīng)原理以下：葡萄糖在葡萄糖氧化酶

5、（GOx）和輔酶作用下失去電子被氧化成葡萄糖酸，電子由介體運(yùn)輸至陽(yáng)極，在經(jīng)外電路到陰極。雙氧水得到電子，并在做過(guò)氧化酶作用下還原成水。陽(yáng)極反應(yīng)：葡萄糖葡萄糖酸+2H+2e-陰極反應(yīng)：H2O2+2H+2e-2H2O普遍使用以葡萄糖為燃料酶電池是模仿線粒體反應(yīng)機(jī)構(gòu)而制成，線粒體是以葡萄糖為燃料酶電池理想模型。混合動(dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第10頁(yè)二、動(dòng)力電池性能指標(biāo)1、電動(dòng)勢(shì)電池電動(dòng)勢(shì)，為電池?cái)嗦窌r(shí)正負(fù)兩極間電位差。2、額定電壓額定電壓(或公稱(chēng)電壓)，系指該電化學(xué)體系電池工作時(shí)公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)電壓。3、開(kāi)路電壓電池開(kāi)路電壓是無(wú)負(fù)荷情況下電池電壓。開(kāi)路電壓不等于電池電動(dòng)勢(shì)。必須指出，電池電動(dòng)勢(shì)是從熱力學(xué)函數(shù)計(jì)算

6、而得到，而電池開(kāi)路電壓則是實(shí)際測(cè)量出來(lái)。4、工作電壓指電池在某負(fù)載下實(shí)際放電電壓，通常是指一個(gè)電壓范圍。比如，鉛酸蓄電池工作電壓在2V1.8V；鎳氫電池工作電壓在1.5V1.1V；鋰離子電池工作電壓在3.6V2.75V。混合動(dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第11頁(yè)5、終止電壓指放電終止時(shí)電壓值，視負(fù)載和使用要求不一樣而異。以鉛酸蓄電池為例：電動(dòng)勢(shì)為2.1V，額定電壓為2V，開(kāi)路電壓靠近2.15V，工作電壓為2V1.8V，放電終止電壓為1.8V1.5V6、充電電壓系指外電路直流電壓對(duì)電池充電電壓。普通充電電壓要大于電池開(kāi)路電壓，通常在一定范圍內(nèi)。7、內(nèi)阻蓄電池內(nèi)阻包含：正負(fù)極板電阻，電解液電阻，隔板電阻和

7、連接體電阻等?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第12頁(yè)8、容量電池容量單位為庫(kù)侖(C)或安時(shí)(Ah)。（1）理論容量依據(jù)參加電化學(xué)反應(yīng)活性物質(zhì)電化學(xué)當(dāng)量數(shù)計(jì)算得到電量。（2）額定容量系指在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)電池時(shí)，要求或確保在指定放電條件下電池應(yīng)該放出最低程度電量。（3）實(shí)際容量系指在一定放電條件下，即在一定放電電流和溫度下，電池在終止電壓前所能放出電量?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第13頁(yè)9、比能量和比功率電池輸出能量是指在一定放電條件下，電池所能作出電功輸出能量等于電池放電容量和電池平均工作電壓乘積，其單位慣用瓦時(shí)(Wh)表示?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第14頁(yè)9、比能量和比功率電池比能量有兩種:一個(gè)叫重

8、量比能量，用瓦時(shí)/千克(Wh/kg)表示；另一個(gè)叫體積比能量，用瓦時(shí)/升(Wh/L)表示。比能量物理意義是電池為單位重量或單位體積時(shí)所含有有效電能量。電池性能優(yōu)劣主要指標(biāo)。單體電池和電池組比能量是不一樣因?yàn)殡姵亟M合時(shí)總要有連接條、外部容器和內(nèi)包裝層等，故電池組比能量總是小于單體電池比能量?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第15頁(yè)10、貯存性能和自放電電池經(jīng)過(guò)干貯存(不帶電解液)或濕貯存(帶電解液)一定時(shí)間后，其容量會(huì)自行降低，這個(gè)現(xiàn)象稱(chēng)自放電。所謂“貯存性能”是指電池開(kāi)路時(shí)，在一定條件下(如溫度、濕度)貯存一定時(shí)間后自放電大小?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第16頁(yè)10、貯存性能和自放電電池在貯存期間，

9、即使沒(méi)有放出電能量，不過(guò)在電池內(nèi)部總是存在著自放電現(xiàn)象。干貯存，也會(huì)因?yàn)槊芊獠粐?yán)，進(jìn)入水份、空氣及二氧化碳等物質(zhì)，使處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)部分正極和負(fù)極活性物質(zhì)組成微電池腐蝕機(jī)理，自行發(fā)生氧化還原反應(yīng)而白白消耗掉。濕貯存，長(zhǎng)久處于電解液中活性物質(zhì)也是不穩(wěn)定。負(fù)極活性物質(zhì)大多是活潑金屬，都會(huì)發(fā)生陽(yáng)極自溶?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第17頁(yè)11、壽命電池壽命有“干貯存壽命”和“濕貯存壽命”兩個(gè)概念。電池真正壽命是指電池實(shí)際使用時(shí)間長(zhǎng)短。對(duì)一次電池而言，電池壽命是表征給出額定容量工作時(shí)間對(duì)二次電池而言，電池壽命分充放電循環(huán)壽命和濕擱置使用壽命兩種?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第18頁(yè)二次電池充放電循環(huán)壽

10、命：在一定充放電制度下，電池容量降至某一要求值之前，電池能耐受充放電次數(shù)充放電循環(huán)壽命越長(zhǎng)，電池性能越好。在當(dāng)前慣用二次電池中，鎳鎘電池充放電循環(huán)壽命500800次，鉛酸電池200500次，鋰離子電池6001000次，鋅銀電池很短，約100次左右?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第19頁(yè)濕擱置使用壽命：電池加了電解液后開(kāi)始進(jìn)行充放電直至充放電循環(huán)壽命終止時(shí)間，包含充放電循環(huán)過(guò)程中電池處于濕擱置時(shí)間。濕擱置使用壽命越長(zhǎng)，電池性能越好。混合動(dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第20頁(yè)三、混合動(dòng)力汽車(chē)對(duì)動(dòng)力電池要求作為電動(dòng)汽車(chē)用動(dòng)力電池,必須滿足以下要求:1、體積小、重量輕、貯存能量密度高,使電動(dòng)汽車(chē)一次充電續(xù)駛里程長(zhǎng)

11、;2、能量輸出密度高,使電動(dòng)汽車(chē)加速性能和爬坡性能好;3、能夠快速開(kāi)啟和運(yùn)行,可靠性高;4、循環(huán)次數(shù)高,使用壽命長(zhǎng);5、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng),能在一定濕度下正常工作,抗振動(dòng)沖擊性能好;6、環(huán)境保護(hù)性能好,無(wú)二次污染,并有可再生利用性;7、維修方便,保養(yǎng)費(fèi)用低;8、安全性好,能夠有效預(yù)防因泄露或短路引發(fā)起火或爆炸;9、價(jià)格低,經(jīng)濟(jì)性好;10、燃料儲(chǔ)存、處理和輸送方便,能夠利用現(xiàn)有燃油加油系統(tǒng)?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第21頁(yè)活動(dòng)二 鉛酸蓄電池 蓄電池結(jié)構(gòu)：極板、隔板、電解液、外殼、聯(lián)條、極柱等組成。l-密度計(jì)；2-排煙孔；3-液氣隔板；4-連接條；5-活性物質(zhì)；6-柵架；7-隔板；8-極樁；9-模壓代

12、號(hào)；l0-殼體；11-下滑面 混合動(dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第22頁(yè)P(yáng)age 23極板結(jié)構(gòu)1棚架；2活性物質(zhì)1.極板 由柵架和活性物質(zhì)組成 柵架作用：容納活性物質(zhì) 蓄電池充放電過(guò)程就依靠柵架上活性物質(zhì)與電解液中硫酸發(fā)生反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。混合動(dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第23頁(yè)P(yáng)age 24極板組 極板分為正極板和負(fù)極板兩種 正極板上活性物質(zhì)為二氧化鉛(PbO2)，呈深棕色； 負(fù)極板上活性物質(zhì)為海綿狀純鉛 (Pb)，呈深灰色。 將正極板和負(fù)極板侵入電解液中，就得到2.1v左右電動(dòng)勢(shì)混合動(dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第24頁(yè) 為了增大容量，將多片正、負(fù)極板分別并聯(lián)，用匯流條焊接起來(lái)便分別組成正、負(fù)極板組。匯流條(橫板)上

13、聯(lián)有極柱，各片間留有空隙 安裝時(shí)各片正、負(fù)極板相互嵌合，中間插入隔板后裝入蓄電池單格內(nèi)，便形成單格電池。 極板組結(jié)構(gòu)1極板組總成；2負(fù)極板；3隔板；4正極板；5鉛聯(lián)條混合動(dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第25頁(yè)P(yáng)age 26袋式隔板1袋式微孔塑料隔板；2正極板2、隔板 為了減小蓄電池內(nèi)阻和尺寸，蓄電池正負(fù)極板應(yīng)盡可能靠近。為了預(yù)防相鄰正、負(fù)極板彼此接觸而短路，正、負(fù)極板之間要用隔板隔開(kāi)。 隔板是多孔且化學(xué)性能穩(wěn)定，方便電解液滲出 隔板一面平滑，一面凹槽，凹槽面應(yīng)面向正極板 混合動(dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第26頁(yè)3.電解液 由純硫酸與蒸餾水按一定百分比配制而成。電解液密度普通1.24g/cm31.33g/cm

14、3之間 電解液密度過(guò)低，冬季易結(jié)冰；電解液密度過(guò)大，電解液粘度增加，蓄電池內(nèi)阻增加，而加速隔板、極板腐蝕，使其使用壽命縮短 電解液相對(duì)密度值，隨溫度改變而改變，普通溫度每升高1，相對(duì)密度改變值為0.0007 g/cm3。 在蓄電池充放電過(guò)程中，電解液不但起導(dǎo)電作用，而且參加化學(xué)反應(yīng)?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第27頁(yè)三、鉛酸電池工作原理： 化學(xué)能和電能之間相互轉(zhuǎn)化，分為放電和充電兩個(gè)過(guò)程 電化學(xué)反應(yīng)方程式為： PbO2 + 2H2SO4 +Pb PbSO4+ 2H2O+ PbSO4 （正極板）（電解液）（負(fù)極板） （正極板）（電解液）（負(fù)極板）放電充電混合動(dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第28頁(yè)四、鉛酸

15、蓄電池優(yōu)點(diǎn)1、價(jià)格低廉。原材料輕易得到而且價(jià)格廉價(jià)；技術(shù)成熟；生產(chǎn)方便；產(chǎn)品一致性好。2、比功率高。鉛酸蓄電池電勢(shì)高，大電流放電性能優(yōu)良，能夠滿足車(chē)輛開(kāi)啟和加速功率要求。3、浮充壽命長(zhǎng)。其在25C下浮充狀態(tài)使用可達(dá)。4、使用安全。鉛酸蓄電池易于識(shí)別電池荷電狀態(tài)，可在較寬溫度內(nèi)使用，而且電性能穩(wěn)定可靠。5、再生率高?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第29頁(yè)五、 鉛酸蓄電池缺點(diǎn)1、比能量低。2、循環(huán)壽命短。循環(huán)充電次數(shù)不足300次。3、自放電，過(guò)充電時(shí)有大量氣體產(chǎn)生。4、供電不穩(wěn)定。供電強(qiáng)弱隨溫度而改變,冬天只能釋放二分之一電量5、使用壽命短，因含有記憶效應(yīng),在電池存有殘余電量時(shí)進(jìn)行充電。6、污染嚴(yán)重。

16、混合動(dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第30頁(yè)六、鉛酸蓄電池應(yīng)用主要應(yīng)用領(lǐng)域有:1、汽車(chē)和摩托車(chē)行業(yè)。主要是為發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)點(diǎn)火和車(chē)載電子設(shè)備使用提供電能等;2、工業(yè)電力系統(tǒng)。用于輸變電站、為動(dòng)力機(jī)組提供合閘電流，為公共設(shè)施提供備用電源以及通訊用電源;3、電動(dòng)汽車(chē)和電動(dòng)自行車(chē)行業(yè)。取代汽油和柴油，作為電動(dòng)汽車(chē)或電動(dòng)自行車(chē)行使動(dòng)力電源;4、新能源用鉛酸蓄電池。綠色新能源如風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電時(shí)，先給鉛酸蓄電池充電，經(jīng)過(guò)逆變器將鉛酸蓄電池直流電變換為交流電，然后對(duì)外供電。另外，鉛酸蓄電池還廣泛應(yīng)用于礦井、飛機(jī)、坦克、潛艇、工廠搬叉車(chē)等領(lǐng)域，作為這些行業(yè)設(shè)備照明用電、應(yīng)急電能、甚至作為動(dòng)力電源?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝

17、置第31頁(yè)七、閥控密封式鉛酸蓄電池1、閥控蓄電池發(fā)展 MF是免維護(hù)蓄電池簡(jiǎn)稱(chēng);SLA是密封鉛酸蓄電池簡(jiǎn)稱(chēng);VRLA為閥控式鉛酸蓄電池混合動(dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第32頁(yè)2、工作原理：PbO2 + 2H2SO4 + Pb PbSO4 + 4H2O + PbSO4 (放電)正極 電解液 負(fù)極 正極 電解液 負(fù)極 放電時(shí)，正極板中活性物質(zhì)二氧化鉛，負(fù)極板中活性物質(zhì)海綿狀鉛與電解液中硫酸反應(yīng)，生成硫酸鉛和水。放電過(guò)程中，硫酸逐步消耗，電解液比重下降。充電時(shí)，硫酸鉛又分別轉(zhuǎn)化成二氧化鉛和海綿狀鉛，硫酸濃度也逐步提升。在充電最終階段，電解液中水開(kāi)始電解，正極板上產(chǎn)生氧氣： 2H2O=O2+4H+4e-，（3

18、） 氧氣經(jīng)過(guò)隔板中通道傳輸?shù)截?fù)極板上，并與活性物質(zhì)海綿狀鉛及硫酸反應(yīng)，使一部分活性物質(zhì)變成硫酸鉛，同時(shí)抑制了氫氣產(chǎn)生： 2Pb+O2=2PbO，（4） 2PbO+2H2SO4=2PbSO4+2H2O，（5） 在負(fù)極，因?yàn)榕c氧氣反應(yīng)而變成放電狀態(tài)硫酸鉛經(jīng)過(guò)繼續(xù)充電，又回到充電狀態(tài)： 2PbSO4+4H+4e-=Pb+2H2SO4，（6）混合動(dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第33頁(yè)負(fù)極上反應(yīng)!式(4)+式(5)+式(6)和為：O2+4H+4e-=2H2O，（7）這正是正極板上（反應(yīng)式3）逆反應(yīng)?？偠灾?，正極板因?yàn)殡娊馑a(chǎn)生氧氣，與負(fù)極板中活性物質(zhì)反應(yīng)并被還原成水，蓄電池內(nèi)部幾乎沒(méi)有水損耗，所以閥控密封式

19、鉛酸蓄電池密封性能尤其好。混合動(dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第34頁(yè)3、閥控密封式鉛酸蓄電池特點(diǎn)(1)密封性好，電解液呈凝膠狀并被吸收在高孔率隔板內(nèi),不會(huì)自由流動(dòng)或溢出,不會(huì)發(fā)生電解液泄漏,放置方式比較自由。(2)極板柵采取少銻或無(wú)銻鉛合金，自放電小。(3)正負(fù)極全被隔離板包圍，有效物質(zhì)不易脫落，性能穩(wěn)定，壽命較長(zhǎng)。(4)采取陰極吸收法抑制氣體產(chǎn)生，利用負(fù)極容量過(guò)剩吸收氧氣，由閥蓋調(diào)整內(nèi)外氣壓平衡，水分蒸發(fā)少，使用中不需要添加蒸餾水。(5)電池內(nèi)阻小，大電流放電特征好?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第35頁(yè)八、免維護(hù)鉛酸蓄電池（MF）免維護(hù)蓄電池是指在要求使用條件下,使用期間不需要進(jìn)行維護(hù)蓄電池。對(duì)于車(chē)用

20、鉛酸蓄電池來(lái)講,也就是使用期間不需經(jīng)常添加蒸餾水、擱置期間盡可能降低自放電蓄電池。MF出廠時(shí)已充分電，直接就可使用，不需加注電解液和初充電?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第36頁(yè)1、工作原理免維護(hù)蓄電池采取特殊鉛合金作板柵，超微玻璃絲夾膜作隔板，從而防止了水損失，使蓄電池自放電降低到最低程度。因?yàn)楫a(chǎn)品在設(shè)計(jì)上確保了在電解反應(yīng)過(guò)程中，正極產(chǎn)生氧經(jīng)過(guò)夾膜氣體通道在負(fù)極上重新還原成水，到達(dá)免維護(hù)目標(biāo)?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第37頁(yè)2、免維護(hù)蓄電池性能特點(diǎn)(1)免維護(hù)蓄電池在有效使用期內(nèi)（3.54年），不需要補(bǔ)加蒸餾水。(2)免維護(hù)蓄電池與普通蓄電池相比，其自放電量要少得多。(3)內(nèi)阻小、開(kāi)啟性能好。

21、單體電池間采取穿壁式連接，減小了蓄電池內(nèi)阻。(4)接線極樁腐蝕小。免維護(hù)蓄電池因?yàn)樵O(shè)計(jì)有新型通氣裝置,不但能保留單體電池中酸氣,預(yù)防火花或火焰引發(fā)爆炸,還能保持其頂部干燥,因而降低了接線極樁腐蝕。(5)耐過(guò)充電性能好。(6)使用壽命長(zhǎng)?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第38頁(yè)活動(dòng)三 鎳鎘、鎳氫電池一、鎳鎘蓄電池1、特征鎳鎘蓄電池正極材料為氫氧化亞鎳和石墨粉混合物，負(fù)極材料為海綿狀鎘粉和氧化鎘粉，電解液通常為氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液。單格電池大約是1.2V。鎳鎘電池放電終止電壓為1.0V。050溫度范圍綜合循環(huán)性能很好混合動(dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第39頁(yè)2、工作原理分析（1）充放電過(guò)程中電化學(xué)反應(yīng)Cd+2

22、NiOOH+2H20 2Ni(OH)2+Cd(OH)2鎘 氫氧化亞鎳 氫氧化鎳晶體 氫氧化鎘混合動(dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第40頁(yè)3、鎳鎘電池優(yōu)點(diǎn)(1)內(nèi)部抵抗力小，既內(nèi)阻很小，可提供大電流，而且放電時(shí)電壓改變很小，是一個(gè)非常理想直流供電電池。(2) 鎳鎘電池可耐過(guò)充電或放過(guò)電,鎳鎘電池在長(zhǎng)時(shí)間放置情況下,特征也不會(huì)劣化,充分充電后可完全恢復(fù)原來(lái)特征。(3)因?yàn)閱胃耠姵夭扇〗饘偃萜?堅(jiān)固耐用。采取完全密封方式,不會(huì)出現(xiàn)電解液泄漏現(xiàn)象,故無(wú)須補(bǔ)充電解液。(4)鎳鎘電池可重復(fù)500次以上充放電，非常經(jīng)濟(jì)混合動(dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第41頁(yè)4、鎳鎘電池缺點(diǎn)(1)鎳鎘電池有記憶效應(yīng),記憶效應(yīng)使得電池性能不能

23、得到充分發(fā)揮.(2)使用壽命較短以及易發(fā)生爆炸等致命缺點(diǎn)。(3)鎘是有毒物質(zhì),一旦泄漏會(huì)污染生態(tài)環(huán)境?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第42頁(yè)二、鎳氫電池1、鎳氫電池定義鎳氫（Ni-MH）電池與Ni-Cd電池有許多相同特征，但因?yàn)闊o(wú)鎘，所以不存在重金屬污染問(wèn)題，被稱(chēng)為“綠色電池”，批量生產(chǎn)成本約為鉛酸電池四倍。鎳氫電池是有氫離子和金屬鎳合成，電量貯備比鎳鎘電池多30%，比鎳鎘電池更輕，使用壽命也更長(zhǎng)，而且對(duì)環(huán)境無(wú)污染。鎳氫電池缺點(diǎn)是價(jià)格比鎳鎘電池要貴好多，性能比鋰電池要差?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第43頁(yè)2、鎳氫電池（Ni-MH）材料組成鎳氫電池組成主要由電極材料、電解液、金屬材料及隔膜組成正極材

24、料決定了電池容量負(fù)極材料決定了大電流或高溫工作時(shí)電池充放電穩(wěn)定性?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第44頁(yè)3、Ni-MH 電池工作原理1、電解質(zhì) 主要用KOH作電解液（電解7moL/LKOH+15g/LLiOH）。2、充電時(shí) 正極反應(yīng)：Ni(OH)2 + OH- NiOOH + H2O + e- 負(fù)極反應(yīng)：M + H2O + e- MH + OH- 總反應(yīng)：M + Ni(OH)2 MH + NiOOH3、放電時(shí) 正極：NiOOH + H2O + e- Ni(OH)2 + OH- 負(fù)極：MH + OH- M + H2O + e- 總反應(yīng)：MH + NiOOH M + Ni(OH)2 以上式中M為儲(chǔ)氫合

25、金，MH為吸附了氫原子儲(chǔ)氫合金。最慣用儲(chǔ)氫合金為L(zhǎng)aNi5。 混合動(dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第45頁(yè)4、鎳氫動(dòng)力電池不足自放電率高，常溫下30天不使用時(shí)，電池放電容量只有額定容量6570%；比能量較小，極限值為80kw/kg，較小比能量值使得鎳氫動(dòng)力電池續(xù)航能力較低只能用在混合動(dòng)力汽車(chē)上，電動(dòng)汽車(chē)必須選取鋰電池等高比能量材料?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第46頁(yè)5、鎳氫電池在汽車(chē)上應(yīng)用（1）混合動(dòng)力車(chē)輛方面大功率鎳氫電池也使用在油電混合動(dòng)力車(chē)輛中，最正確例子就是豐田prius，該車(chē)使用了尤其充放電程序，使電池充放電壽命可足夠車(chē)輛使用十年。（2）純電池動(dòng)力車(chē)方面 即使在重量上比鋰離子電池重，但依然有部

26、份純電池動(dòng)力車(chē)使用鎳氫電池（3）怠速停頓車(chē)用能量再生系統(tǒng)該系統(tǒng)是在通常配置鉛蓄電池基礎(chǔ)上組合使用鎳氫充電電池，將減速時(shí)產(chǎn)生能量存放在鎳氫充電電池中再利用，這么不但能提升燃效，還能減輕鉛蓄電池負(fù)擔(dān)，延長(zhǎng)鉛蓄電池壽命?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第47頁(yè)活動(dòng)四 鋰離子電池一、鋰離子電池介紹鋰離子電池輕易與下面電池混同：（1）鋰電池：正極材料是二氧化錳或亞硫酰氯，負(fù)極是金屬鋰。電池組裝完成后電池即有電壓,不需充電。在充放電循環(huán)過(guò)程中,輕易形成鋰結(jié)晶，造成電池內(nèi)部短路,所以普通情況下這種電池是禁止充電。以前攝影機(jī)里用扣式電池就屬于鋰電池(2)鋰離子聚合物電池：用凝膠液態(tài)或固態(tài)聚合物電解液慣用與手機(jī)和筆記

27、本電腦混合動(dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第48頁(yè)二、鋰離子電池結(jié)構(gòu)組成鋰離子電池內(nèi)部主要由正極、負(fù)極、電解質(zhì)及隔膜組成市場(chǎng)上鋰離子電池正極材料主要是鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰以及三元材料鎳鈷酸鋰當(dāng)前最新研制鋰離子電池正極材料是磷酸鐵鋰材料鋰離子電池負(fù)極主要是碳材料，新負(fù)極材料有錫基、硅基、合金基材料（鈦酸鋰）等?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第49頁(yè)三、鋰離子電池工作原理鋰離子電池是一個(gè)充電電池，它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來(lái)工作。在充放電過(guò)程中，Li+ 在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌混合動(dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第50頁(yè)三、鋰離子電池工作原理充電時(shí)，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)；

28、正極處于負(fù)鋰狀態(tài)；放電時(shí)則相反普通采取含有鋰元素材料作為電極電池。是當(dāng)代高性能電池代表。混合動(dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第51頁(yè)鋰離子電池充電鋰離子電池充電過(guò)程分為兩個(gè)階段：恒流快充階段和恒壓電流遞減階段。恒流快充階段，電池電壓逐步升高到電池標(biāo)準(zhǔn)電壓，隨即在控制芯片下轉(zhuǎn)入恒壓階段，電壓不再升高以確保不會(huì)過(guò)充，電流則伴隨電池電量上升逐步減弱到設(shè)定值，而最終完成充電。當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí)，電池正極上有鋰離子生成，生成鋰離子經(jīng)過(guò)電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。嵌入鋰離子越多，充電容量越高。混合動(dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第52頁(yè)鋰離子電池放電第一次充放電，假如時(shí)間能較長(zhǎng)(普通3-4小時(shí)足夠)，那么能夠使電極盡可能多到達(dá)最高氧化

29、態(tài)（充分電），放電（或使用）時(shí)則強(qiáng)制放到要求電壓、或直至自動(dòng)關(guān)機(jī)，如此能激活電池使用容量。但在鋰離子電池日常使用中，不需要如此操作，能夠隨時(shí)依據(jù)需要充電，充電時(shí)既無(wú)須要一定充滿電為止，也不需要先放電。只需要每隔3-4個(gè)月進(jìn)行連續(xù)1-2次即可。當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行放電時(shí)（即我們使用電池過(guò)程），嵌在負(fù)極碳層中鋰離子脫出，又運(yùn)動(dòng)回正極?；卣龢O鋰離子越多，放電容量越高?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第53頁(yè)使用（放電）注意事項(xiàng)鋰離子電池即使不存在記憶效應(yīng)，不過(guò)充、放電不妥會(huì)嚴(yán)重影響電池性能。放電電流不能過(guò)大過(guò)大電流造成電池內(nèi)部發(fā)燒，有可能會(huì)造成永久性損害。電池放電電流越大，放電容量越小，電壓下降更加快。絕對(duì)不能過(guò)

30、充放電過(guò)分放電造成負(fù)極碳片層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塌陷，會(huì)造成充電時(shí)鋰離子無(wú)法進(jìn)入過(guò)分充電使過(guò)多鋰離子嵌入負(fù)極碳結(jié)構(gòu)，而造成其中部分鋰離子在無(wú)法釋放出來(lái)混合動(dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第54頁(yè)四、鋰離子電池性能（一）鋰離子電池含有優(yōu)越性能1、單體電池工作電壓高達(dá)3.7V，是鎳電池3倍，鉛酸電池2倍。2、質(zhì)量比能量高達(dá)150Wh/Kg，是鎳氫電池2倍，鉛酸電池4倍, 所以重量是相同能量鉛酸電池四分之一。3、體積比能量高到達(dá)400Wh/L，所以體積是相同能量鉛酸電池二分之一到三分之一。4、循環(huán)壽命長(zhǎng)，循環(huán)次數(shù)可達(dá)1000次。5、自放電率低，每個(gè)月不到10%。6、無(wú)記憶效應(yīng)，充電前無(wú)須像鎳鎘電池一樣需要完全放電，能夠隨

31、時(shí)隨地進(jìn)行充電。混合動(dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第55頁(yè)（二）鋰離子電池也有一些不足，主要表現(xiàn)在：1、成本高主要是正極材料價(jià)格高，但按單位瓦時(shí)價(jià)格來(lái)計(jì)算，已經(jīng)低于鎳氫電池，與鎳鎘電池持平，但高于鉛酸蓄電池；2、必須有特殊保護(hù)電路，以預(yù)防過(guò)充?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第56頁(yè)五、鋰離子電池在電動(dòng)汽車(chē)上利用混合動(dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第57頁(yè)六、磷酸鐵液態(tài)鋰離子電池磷酸鐵鋰電池是指用磷酸鐵鋰作為正極材料鋰離子電池。全名是磷酸鐵鋰鋰離子電池，簡(jiǎn)稱(chēng)為磷酸鐵鋰電池。因?yàn)樗阅苡绕溥m于作動(dòng)力方面應(yīng)用，則在名稱(chēng)中加入“動(dòng)力”兩字，即磷酸鐵鋰動(dòng)力電池。也有些人把它稱(chēng)為“鋰鐵（LiFe）動(dòng)力電池”。混合動(dòng)力汽車(chē)的電能

32、儲(chǔ)存裝置第58頁(yè)1、工作原理左邊是橄欖石結(jié)構(gòu)LiFePO4作為電池正極，由鋁箔與電池正極連接，中間是聚合物隔膜，它把正極與負(fù)極隔開(kāi)，右邊是由碳（石墨）組成電池負(fù)極，由銅箔與電池負(fù)極連接?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第59頁(yè)1、工作原理LiFePO4電池在充電時(shí)，正極中鋰離子Li+經(jīng)過(guò)聚合物隔膜向負(fù)極遷移；在放電過(guò)程中，負(fù)極中鋰離子Li+經(jīng)過(guò)隔膜向正極遷移。LiFePO4電池標(biāo)稱(chēng)電壓是3.2V、終止充電電壓是3.6V、終止放電壓是2.0V。混合動(dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第60頁(yè)過(guò)放電到零電壓試驗(yàn)零電壓存放7天后電池?zé)o泄漏，性能良好，容量為100%；存放30天后，無(wú)泄漏、性能良好，容量為98%；存放30

33、天后電池再做3次充放電循環(huán)，容量又恢復(fù)到100%。這試驗(yàn)說(shuō)明該電池 即使出現(xiàn)過(guò)放電（甚至到0V），并存放一定時(shí)間，電池也不泄漏、損壞。這是其它種類(lèi)鋰離子電池不含有特征。 混合動(dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第61頁(yè)磷酸鐵鋰電池特點(diǎn)高效率輸出：標(biāo)準(zhǔn)放電為25C、連續(xù)高電流放電可達(dá)10C，瞬間脈沖放電（10S）可達(dá)20C；高溫時(shí)性能良好：外部溫度65時(shí)內(nèi)部溫度則高達(dá)95，電池放電結(jié)束時(shí)溫度可達(dá)160，電池結(jié)構(gòu)安全、完好；即使電池內(nèi)部或外部受到傷害，電池不燃燒、不爆炸、安全性最好；極好循環(huán)壽命，經(jīng)500次循環(huán)，其放電容量仍大于95%；過(guò)放電到零伏也無(wú)損壞；可快速充電；低成本；對(duì)環(huán)境無(wú)污染。 混合動(dòng)力汽車(chē)的電能

34、儲(chǔ)存裝置第62頁(yè)4、磷酸鐵鋰動(dòng)力電池應(yīng)用（1）大型電動(dòng)車(chē)輛：公交車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)、景點(diǎn)游覽車(chē)及混合動(dòng)力車(chē)等；（2）輕型電動(dòng)車(chē)：電動(dòng)自行車(chē)、高爾夫球車(chē)、小型平板電瓶車(chē)、鏟車(chē)、清潔車(chē)、電動(dòng)輪椅等；（3）電開(kāi)工具：電鉆、電鋸、割草機(jī)等； 遙控汽車(chē)、船、飛機(jī)等玩具；太陽(yáng)能及風(fēng)力發(fā)電儲(chǔ)能設(shè)備；UPS及應(yīng)急燈、警示燈及礦燈（安全性最好）；替換攝影機(jī)中3V一次性鋰電池及9V鎳鎘或鎳氫可充電電池（尺寸完全相同）；小型醫(yī)療儀器設(shè)備及便攜式儀器等?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第63頁(yè)活動(dòng)五 飛輪儲(chǔ)能器一、飛輪電池起源當(dāng)飛輪以一定角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，它就含有一定動(dòng)能，飛輪電池正是以其動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能。二、飛輪電池結(jié)構(gòu)與原理 飛輪電池系統(tǒng)由飛輪、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和輸入/輸出電子裝置共同組成。 混合動(dòng)力汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置第64頁(yè)飛輪是整個(gè)電池裝置關(guān)鍵部件，它直接決定了整個(gè)裝置儲(chǔ)能多少。電力電子變換器通常是由場(chǎng)效應(yīng)晶體管和絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管組成雙向