新能源汽車結(jié)構(gòu)與檢修課件

1、XINGNENGYUAN QICHEJIEGOUYUJIANXIU新能源汽車結(jié)構(gòu)與檢修目 錄學(xué)習(xí)單元一 新能源汽車的認(rèn)知學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)單元三 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的認(rèn)知與檢修學(xué)習(xí)單元四 純電動(dòng)汽車的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)單元五 混合動(dòng)力汽車的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)單元六 其他新能源汽車的認(rèn)知學(xué)習(xí)單元一 新能源汽車的認(rèn)知學(xué)習(xí)任務(wù)一： 新能源汽車基礎(chǔ)知識(shí)一、新能源的定義與特點(diǎn)新能源又稱非常規(guī)能源。是指?jìng)鹘y(tǒng)能源之外的各種能源形式，是指剛開始開發(fā)利用或正在積極研究、有待推廣的能源，如太陽能、地?zé)崮?、風(fēng)能、海洋能、生物質(zhì)能和核聚變能等。例如2012年6月14日，黑龍江省頒布條例稱探測(cè)出來的資源屬國有；2012

2、年8月20日，國家氣象局表示支持風(fēng)能太陽能歸國有。學(xué)習(xí)單元一 新能源汽車的認(rèn)知學(xué)習(xí)任務(wù)一：新能源汽車基礎(chǔ)知識(shí) 新能源具有下列典型的特點(diǎn)： 1資源豐富，普遍具備可再生特性，可供人類永續(xù)利用；比如，陸上估計(jì)可開發(fā)利用的風(fēng)力資源為253GW, 而截止2003年只有0.57GW被開發(fā)利用，預(yù)計(jì)到2010年可以利用的達(dá)到4GW, 到2020年到20GW，而太陽能光伏并網(wǎng)和離網(wǎng)應(yīng)用量預(yù)計(jì)到2020年可以從的0.03GW增加1至2個(gè)GW。 2能量密度低，開發(fā)利用需要較大空間； 3不含碳或含碳量很少，對(duì)環(huán)境影響?。?4分布廣，有利于小規(guī)模分散利用； 5間斷式供應(yīng)，波動(dòng)性大，對(duì)繼續(xù)供能不利； 6除水電外，可再生

3、能源的開發(fā)利用成本較化石能源高。學(xué)習(xí)單元一 新能源汽車的認(rèn)知學(xué)習(xí)任務(wù)一：新能源汽車基礎(chǔ)知識(shí) 二、新能源的類型（一）太陽能 太陽能一般指太陽光的輻射能量。太陽能的主要利用形式有太陽能的光熱轉(zhuǎn)換光電轉(zhuǎn)換以及光化學(xué)轉(zhuǎn)換三種主要方式。 （二）海洋能海洋能指蘊(yùn)藏于海水中的各種可再生能源，包括潮汐能、波浪能、海流能、海水溫差能、海水鹽度差能等。 （三）核能核能俗稱原子能，它是原子核里的核子中子或質(zhì)子，重新分配和組合時(shí)釋放出來的能量。（四）風(fēng)能 風(fēng)能是太陽輻射下流動(dòng)所形成的。風(fēng)能與其他能源相比，具有明顯的優(yōu)勢(shì)，它蘊(yùn)藏量大，是水能的10倍，分布廣泛，永不枯竭，對(duì)交通不便、遠(yuǎn)離主干電網(wǎng)的島嶼及邊遠(yuǎn)地區(qū)尤為重要。

4、（五）氫能氫氣無味無毒，不會(huì)造成人體中毒，燃燒產(chǎn)物僅為水，不污染環(huán)境。學(xué)習(xí)單元一 新能源汽車的認(rèn)知學(xué)習(xí)任務(wù)一：新能源汽車基礎(chǔ)知識(shí) 三、未來的新能源1波能即海洋波浪能。這是一種取之不盡，用之不竭的無污染可再生能源。2可燃冰這是一種甲烷與水結(jié)合在一起的固體化合物，它的外型與冰相似，故稱“可燃冰”。3煤層氣煤在形成過程中由于溫度及壓力增加，在產(chǎn)生變質(zhì)作用的同時(shí)也釋放出可燃性氣體。從4微生物世界上有不少國家盛產(chǎn)甘蔗、甜菜、木薯等，利用微生物發(fā)酵，可制成酒精，酒精具有燃燒完全、效率高、無污染等特點(diǎn)，用其稀釋汽油可得到“乙醇汽油”，而且制作酒精的原料豐富，成本低廉。據(jù)報(bào)道，巴西已改裝“乙醇汽油”或酒精為燃

5、料的汽車達(dá)幾十萬輛，減5第四代核能源世界科學(xué)家已研制出利用正反物質(zhì)的核聚變，來制造出無任何污染的新型核能源。正反一、新能源汽車的定義新能源汽車英文為“New energy vehicles”。我國2009年7月1日正式實(shí)施了新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品準(zhǔn)入管理規(guī)則，明確指出：新能源汽車是指采用非常規(guī)的車用燃料作為動(dòng)力來源（或使用常規(guī)的車用燃料、采用新型車載動(dòng)力裝置），綜合車輛的動(dòng)力控制和驅(qū)動(dòng)方面的先進(jìn)技術(shù)，形成的技術(shù)原理先進(jìn)、具有新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的汽車。新能源汽車的定義因國家不同其提法也不相同，在日本通常被稱為“低公害汽車”，2001年以日本國土交通省、環(huán)境省和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省制定了“低公害車開發(fā)普及行動(dòng)

6、計(jì)劃”。該計(jì)劃所指的低公害車包括5 類，即：以天然氣為燃料的汽車、混合動(dòng)力汽車、電動(dòng)汽車、以甲醇為燃料的汽車、排污和燃效限制標(biāo)準(zhǔn)最嚴(yán)格的清潔汽油汽車。在美國通常將新能源汽車稱作“代用燃料汽車”。學(xué)習(xí)單元一 新能源汽車的認(rèn)知學(xué)習(xí)任務(wù)二：新能源汽車的認(rèn)知二、新能源汽車的分類新能源汽車包括五大類型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(HEV)、純電動(dòng)汽車(BEV，包括太陽能汽車)、燃料電池電動(dòng)汽車(FCEV)、其他新能源（如超級(jí)電容器、飛輪等高效儲(chǔ)能器）汽車等。非常規(guī)的車用燃料指除汽油、柴油、天然氣、液化石油氣、乙醇汽油、二甲醚之外的燃料。1混合動(dòng)力汽車混合動(dòng)力是指那些采用傳統(tǒng)燃料的，同時(shí)配以電動(dòng)機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)來改善低速動(dòng)

7、力輸出和燃油消耗的車型。按照燃料種類的不同，主要又可以分為汽油混合動(dòng)力和柴油混合動(dòng)力兩種。目前國內(nèi)市場(chǎng)上，混合動(dòng)力車輛的主流都是汽油混合動(dòng)力，而國際市場(chǎng)上柴油混合動(dòng)力車型發(fā)展也很快。學(xué)習(xí)單元一 新能源汽車的認(rèn)知學(xué)習(xí)任務(wù)二： 新能源汽車的認(rèn)知2純電動(dòng)汽車電動(dòng)汽車顧名思義就是主要采用電力驅(qū)動(dòng)的汽車，大部分車輛直接采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，有一部分車輛把電動(dòng)機(jī)裝在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)，也有一部分直接以車輪作為四臺(tái)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子，其難點(diǎn)在于電力儲(chǔ)存技術(shù)。學(xué)習(xí)單元一 新能源汽車的認(rèn)知學(xué)習(xí)任務(wù)二： 新能源汽車的認(rèn)知純電動(dòng)汽車 3燃料電池汽車燃料電池汽車是指以氫氣、甲醇等為燃料，通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電流，依靠電機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車。從能源的利

8、用和環(huán)境保護(hù)方面，燃料電池汽車是一種最理想的車輛。 學(xué)習(xí)單元一 新能源汽車的認(rèn)知學(xué)習(xí)任務(wù)二：新能源汽車的認(rèn)知廣汽燃料電池汽車（上海車展）4氫動(dòng)力汽車氫動(dòng)力汽車是一種真正實(shí)現(xiàn)零排放的交通工具，排放出的是純凈水，其具有無污染，零排放，儲(chǔ)量豐富等優(yōu)勢(shì)，因此，氫動(dòng)力汽車是傳統(tǒng)汽車最理想的替代方案。力概念跑車“氫程”。 學(xué)習(xí)單元一 新能源汽車的認(rèn)知學(xué)習(xí)任務(wù)二：新能源汽車的認(rèn)知中國長(zhǎng)安“氫程”氫動(dòng)力汽車 5燃?xì)馄嚾細(xì)馄囀侵赣脡嚎s天然氣(CNG)液化石油氣(LPG)和液化天然氣(LNG)作為燃料的汽車。近年來，世界上各國政府都積極尋求解決這一難題，開始紛紛調(diào)整汽車燃料結(jié)構(gòu)。燃?xì)馄囉捎谄渑欧判阅芎?，可調(diào)

9、正汽車燃料結(jié)構(gòu)，運(yùn)行成本低技術(shù)成熟安全可靠，所以被世界各國公認(rèn)為當(dāng)前最理想的替代燃料汽車。目前，燃?xì)馊匀皇鞘澜缙嚧萌剂系闹髁?，在我國代用燃料汽車中占?0左右。截止到2010年，美國公共汽車領(lǐng)域有7%的汽車使用天然氣，50%的出租車和班車改為專用天然氣的汽車；德國天然氣汽車數(shù)量將達(dá)到10萬至40萬輛，加氣站將達(dá)到300座。學(xué)習(xí)單元一 新能源汽車的認(rèn)知學(xué)習(xí)任務(wù)二： 新能源汽車的認(rèn)知 6生物乙醇汽車 乙醇俗稱酒精，通俗些說，使用乙醇為燃料的汽車，也可叫酒精汽車。用乙醇代替石油燃料的活動(dòng)歷史已經(jīng)很長(zhǎng)，無論是從生產(chǎn)上和應(yīng)用上的技術(shù)都已經(jīng)很成熟，近來由于石油資源緊張，汽車能源多元化趨向加劇，乙醇汽車

10、又提到議事日程。 目前世界上已有40多個(gè)國家，不同程度應(yīng)用乙醇汽車，有的已達(dá)到較大規(guī)模的推廣，乙醇汽車的地位日益提升。在汽車上使用乙醇，可以提高燃料的辛烷值，增加氧含量，使汽車缸內(nèi)燃燒更完全，可以降低尾氣的害物的排放。學(xué)習(xí)單元一 新能源汽車的認(rèn)知學(xué)習(xí)任務(wù)二： 新能源汽車的認(rèn)知7其它新能源汽車（1）空氣動(dòng)力汽車?yán)每諝庾鳛槟芰枯d體，使用空氣壓縮機(jī)將空氣壓縮到30MP以上，然后儲(chǔ)存在儲(chǔ)氣罐中。需要開動(dòng)汽車時(shí)將壓縮空氣釋放出來驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)馬達(dá)行駛。優(yōu)點(diǎn)是無排放維護(hù)少。缺點(diǎn)是需要電源空氣壓力（能量輸出）隨著行駛里程加長(zhǎng)而衰減高壓氣體的安全性不穩(wěn)定。（2）飛輪儲(chǔ)能汽車?yán)蔑w輪的慣性儲(chǔ)能，儲(chǔ)存非滿負(fù)載時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)

11、的余能以及車輛長(zhǎng)大下坡減速行駛時(shí)的能量，反饋到一個(gè)發(fā)電機(jī)上發(fā)電，再而驅(qū)動(dòng)或加速飛輪旋轉(zhuǎn)。飛輪使用磁懸浮方式，在70000r/min的高速下旋轉(zhuǎn)。在混合動(dòng)力汽車上作為輔助，優(yōu)點(diǎn)是可提高能源使用效率重量輕儲(chǔ)能高能量進(jìn)出反應(yīng)快維護(hù)少壽命長(zhǎng)，缺點(diǎn)是成本高機(jī)動(dòng)車轉(zhuǎn)向會(huì)受飛輪陀螺效應(yīng)的影響。 學(xué)習(xí)單元一 新能源汽車的認(rèn)知學(xué)習(xí)任務(wù)二： 新能源汽車的認(rèn)知（3）超級(jí)電容汽車 超級(jí)電容器是利用雙電層原理的電容器。在超級(jí)電容器的兩極板上電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)作用下，在電解液與電極間的界面上形成相反的電荷，以平衡電解液的內(nèi)電場(chǎng)，這種正電荷與負(fù)電荷在兩個(gè)不同相之間的接觸面上，以正負(fù)電荷之間極短間隙排列在相反的位置上，這個(gè)電荷分

12、布層叫做雙電層，因此電容量非常大。目前新能源汽車具有良好的市場(chǎng)，但畢竟是處于發(fā)展階段，如：成本，價(jià)格，銷售和技術(shù)等還面臨著很都困難。學(xué)習(xí)單元一 新能源汽車的認(rèn)知學(xué)習(xí)任務(wù)二： 新能源汽車的認(rèn)知一、動(dòng)力電池的性能指標(biāo)1電動(dòng)勢(shì)電池的電動(dòng)勢(shì)，又稱電池標(biāo)準(zhǔn)電壓或理論電壓，為電池?cái)嗦窌r(shí)正負(fù)兩極間的電位差。電池的電動(dòng)勢(shì)可以從電池體系熱力學(xué)函數(shù)自由能的變化計(jì)算而得。2額定電壓額定電壓(或公稱電壓)，系指該電化學(xué)體系的電池工作時(shí)公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)電壓。例如，鋅錳干電池為1.5V，鎳鎘電池為1.2V，鉛酸蓄電池為2V。3開路電壓電池的開路電壓是無負(fù)荷情況下的電池電壓。開路電壓不等于電池的電動(dòng)勢(shì)。必須指出，電池的電動(dòng)勢(shì)是從

13、熱力學(xué)函數(shù)計(jì)算而得到的，而電池的開路電壓則是實(shí)際測(cè)量出來的。4工作電壓 指電池在某負(fù)載下實(shí)際的放電電壓，通常是指一個(gè)電壓范圍。例如，鉛酸蓄電池的工作電壓在2V1.8V；鎳氫電池的工作電壓在1.5V1.1V；鋰離子電池的工作電壓在3.6V2.75V。學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)一： 動(dòng)力電池的認(rèn)知5終止電壓指放電終止時(shí)的電壓值，視負(fù)載和使用要求不同而異。以鉛酸蓄電池為例：電動(dòng)勢(shì)為2.1V，額定電壓為2V，開路電壓接近2.15V，工作電壓為2V1.8V，放電終止電壓為1.8V1.5V(放電終止電壓根據(jù)放電率的不同，其終止電壓也不同)。6充電電壓系指外電路直流電壓對(duì)電池充電的電壓。一般的

14、充電電壓要大于電池的開路電壓，通常在一定的范圍內(nèi)。例如，鎳鎘電池的充電壓在1.45V1.5V；鋰離子電池的充電壓在4.1V4.2V；鉛酸蓄電池的充電壓在2.25V2.5V。7容量電池的容量單位為庫侖(C)或安時(shí)(Ah)。 學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)一： 動(dòng)力電池的認(rèn)知8比能量和比功率電池的輸出能量是指在一定的放電條件下，電池所能作出的電功，它等于電池的放電容量和電池平均工作電壓的乘積，其單位常用瓦時(shí)(Wh)表示。9內(nèi)阻蓄電池的內(nèi)阻包括：正負(fù)極板的電阻，電解液的電阻，隔板的電阻和連接體的電阻等。10貯存性能和自放電電池經(jīng)過干貯存(不帶電解液)或濕貯存(帶電解液)一定時(shí)間后，其容量會(huì)

15、自行降低，這個(gè)現(xiàn)象稱自放電。所謂“貯存性能”是指電池開路時(shí)，在一定的條件下(如溫度、濕度)貯存一定時(shí)間后自放電的大小。學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)一： 動(dòng)力電池的認(rèn)知11壽命電池的壽命有“干貯存壽命”和“濕貯存壽命”兩個(gè)概念。電池的真正壽命是指電池實(shí)際使用的時(shí)間長(zhǎng)短。對(duì)一次電池而言，電池的壽命是表征給出額定容量的工作時(shí)間(與放電倍率大小有關(guān))。對(duì)二次電池而言，電池的壽命分充放電循環(huán)壽命和濕擱置使用壽命兩種。學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)一： 動(dòng)力電池的認(rèn)知二、動(dòng)力電池的分類電動(dòng)汽車使用的動(dòng)力電池可以分為化學(xué)電池、物理電池和生物電池三大類。1化學(xué)電池將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿?/p>

16、裝置。主要部分是電解質(zhì)溶液、浸在溶液中的正、負(fù)電極和連接電極的導(dǎo)線?；瘜W(xué)電池按工作性質(zhì)分為原電池、蓄電池、燃料電池和儲(chǔ)備電池。學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)一： 動(dòng)力電池的認(rèn)知（1）原電池是利用兩個(gè)電極之間金屬性的不同，產(chǎn)生電勢(shì)差，從而使電子的流動(dòng)，產(chǎn)生電流。如圖2-1所示。 學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)一： 動(dòng)力電池的認(rèn)知圖2-1 原電池的工作原理（2）蓄電池蓄電池又稱二次電池，是指電池在放電后可通過充電的方法使活性物質(zhì)復(fù)原而繼續(xù)使用的電池，而這種充放電可以達(dá)數(shù)十次到上千次循環(huán)。如鉛酸蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池等。如圖2-2所示學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使

17、用學(xué)習(xí)任務(wù)一： 動(dòng)力電池的認(rèn)知圖2-2 蓄電池（3）燃料電池電池(Fuel Cell)是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(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。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”。如圖2-3所示。 學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)一： 動(dòng)力電池的認(rèn)知圖2-3 燃料電池工作原理（4）儲(chǔ)備電池儲(chǔ)備電池是指電池正負(fù)極與電解質(zhì)在儲(chǔ)存期間不直接接觸，使用前注入電解液或者使用其它方法使電液與正負(fù)極接觸，此后電池進(jìn)入待放電狀態(tài)，如鎂電池、熱電池等。 化學(xué)電池按電解質(zhì)分為酸性電池、堿性電池、中性電池、有

18、機(jī)電解質(zhì)電池、非水無機(jī)電解質(zhì)電池、固體電解質(zhì)電池等。 化學(xué)電池按電池的特性分為高容量電池、密封電池、高功率電池、免維護(hù)電池、防爆電池等。 化學(xué)電池按正負(fù)極材料分為鋅錳電池系列、鎳鎘鎳氫系列、鉛酸系列、鋰電池系列等。學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)一： 動(dòng)力電池的認(rèn)知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)電的電池。如太陽能電池、超級(jí)電容器、飛輪電池等。 （1）太陽能電池太陽能電池又稱為“太陽能芯片”或“光電池”通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。如圖2-4所示利用太陽光直接發(fā)電的光電半導(dǎo)體薄片。 學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)一： 動(dòng)力電池的認(rèn)

19、知圖2-4 太陽能電池 3生物電池 生物電池（bio-fuel cells），是指將生物質(zhì)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置（生物質(zhì)蘊(yùn)涵的能量絕大部分來自于太陽能，是綠色植物和光合細(xì)菌通過光合作用轉(zhuǎn)化而來的）。如圖2-5所示. 學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)一： 動(dòng)力電池的認(rèn)知圖2-5 生物電池三、混合動(dòng)力汽車對(duì)動(dòng)力電池的要求作為電動(dòng)汽車用的動(dòng)力電池,必須滿足下列要求:1體積小、重量輕、貯存能量密度高,使電動(dòng)汽車的一次充電續(xù)駛里程長(zhǎng);2能量輸出密度高,使電動(dòng)汽車的加速性能和爬坡性能好;3能夠快速啟動(dòng)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

20、好;6環(huán)保性能好,無二次污染,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,能夠有效防止因泄露或短路引起的起火或爆炸;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)有的燃油加油系統(tǒng)。學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)一： 動(dòng)力電池的認(rèn)知一、鉛酸電池的組成鉛酸蓄電池由3只或6只單格電池串聯(lián)而成，如圖2-6所示，每只單格電池電壓約為2V，串聯(lián)成6V或12V以供汽車選用，如圖2-7所示，它主要由極板、隔板、電解液、外殼、聯(lián)條和極柱等組成，下面分別加以介紹。學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)二: 鉛酸電池的使用與檢修 圖2-6 單格電池 圖2-7 蓄電池的結(jié)構(gòu)二、鉛酸

21、電池工作原理蓄電池的工作原理就是化學(xué)能和電能的相互轉(zhuǎn)化。它分為充電和放電兩個(gè)過程。如圖2-8所示。當(dāng)鉛蓄電池接通外電路負(fù)載放電時(shí)，正極板上的PbO2和負(fù)極板上的Pb都變成了PbSO4，電解液中的硫酸變成了水。充電時(shí)，正極板上的Pb、SO4分別恢復(fù)成原來的PbO2和Pb，電解液中的水變成了硫酸。學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)二: 鉛酸電池的使用與檢修圖2-8 蓄電池的工作原理三、蓄電池的正確使用與維護(hù)1三抓（1）抓及時(shí)、正確充電：放完電的電池24h內(nèi)送充電間；裝車使用的電池應(yīng)定期補(bǔ)充充電，放電程度，冬季不超過25%，夏季不超過50%；帶電解液存放的蓄電池應(yīng)定期補(bǔ)充充電。（2）抓正確使用

22、操作每次啟動(dòng)時(shí)間不超過5s，啟動(dòng)間隔時(shí)間15s，最多連續(xù)啟動(dòng)3次；車上蓄電池應(yīng)固定牢靠，安裝搬運(yùn)時(shí)應(yīng)輕搬輕放。（3）抓清潔保養(yǎng)保持蓄電池表面清潔；及時(shí)清除蓄電池表面的酸液；經(jīng)常疏通通氣孔。學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)二: 鉛酸電池的使用與檢修2五防防止過充和充電電流過大；防止過度放電；防止電解液液面過低；防止電解液密度過大；防止電解液內(nèi)混入雜質(zhì)。3冬季使用蓄電池時(shí)的注意事項(xiàng)應(yīng)特別注意保持其處于充足電狀態(tài)，以防結(jié)冰； 冬季補(bǔ)加蒸餾水應(yīng)在充電時(shí)進(jìn)行，以防結(jié)冰； 冬季容量降低，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)前應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱，每次啟動(dòng)時(shí)間不超過5s，每次啟動(dòng)間隔應(yīng)有15s；冬季氣溫低，蓄電池充電困難，應(yīng)經(jīng)常檢查蓄

23、電池存電狀況學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)二: 鉛酸電池的使用與檢修四、蓄電池技術(shù)狀況的檢查1外部檢查（1）檢查蓄電池封膠處有無開裂和損壞，極樁有無破損，殼體有無泄露，否則應(yīng)修理或者更換。（2）疏通加液孔蓋的通氣孔。（3）清潔蓄電池外殼，并用鋼絲刷或極柱接頭清洗器清潔極柱和電纜卡子上的氧化物，清潔后涂抹一層凡士林或潤(rùn)滑脂，如圖2-9所示。學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)二: 鉛酸電池的使用與檢修圖2-9 蓄電池的清潔2檢查電解液液面高度 一般每行駛1000km或冬季行駛1015天、夏季行駛56天，應(yīng)檢查電解液液面高度。橡膠外殼蓄電池電解液液面高度應(yīng)高出極板1015mm，可用玻

24、璃觀管測(cè)量，如圖2-10所示。塑料外殼蓄電池呈半透明狀，液面應(yīng)在廠方標(biāo)明的上下刻線之間，如圖2-11所示。學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)二: 鉛酸電池的使用與檢修圖2-10 電解液液面檢查方法圖2-11 透明殼體液位檢查3檢查電解液密度電解液密度的大小，是判斷蓄電池容量的重要標(biāo)志。測(cè)量蓄電池電解液密度時(shí)，蓄電池應(yīng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。蓄電池充、放電或加注蒸餾水后，應(yīng)靜置半小時(shí)后再測(cè)量。電解液密度的大小拆用吸式密度計(jì)進(jìn)行檢測(cè)，方法見圖2-12。學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)二: 鉛酸電池的使用與檢修圖2-12 蓄電池電解液密度檢測(cè)五、鉛酸電池的檢修蓄電池在使用過程中，所出現(xiàn)的故障，包

25、括外部故障和內(nèi)部故障。外部故障有外殼裂紋、封口膠干裂、接線松脫、接觸不良、極柱腐蝕、電池爆炸等，如圖2-13所示。內(nèi)部故障則包括極板硫化、活性物質(zhì)脫落、自行放電、極板短路和柵架短路等。鉛蓄電池的外部故障容易察覺，現(xiàn)象比較明顯，可通過簡(jiǎn)單的修補(bǔ)、除污、緊固等方法進(jìn)行修復(fù)；而內(nèi)部故障則不易察覺，只有在使用或充電時(shí)才出現(xiàn)一定癥狀，一旦產(chǎn)生就不易排除。因此在使用中應(yīng)以預(yù)防為主，盡量避免內(nèi)部故障產(chǎn)生。學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)二: 鉛酸電池的使用與檢修學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)二: 鉛酸電池的使用與檢修圖2-13 普通鉛蓄電池的外部故障學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)

26、三: 鋰離子電池的使用圖2-14 鋰離子聚合物電池和液態(tài)鋰離子電池1鋰離子電池的結(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，正負(fù)極及電解質(zhì)材料的不同和工藝的差異使電池具有不同的性能，如圖2-15所示。 學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用圖2-15 鋰離子電池的結(jié)構(gòu)組成學(xué)習(xí)任務(wù)三: 鋰離子電池的使用2鋰離子電池的工作原理鋰離子電池以碳素材料為負(fù)極，以含鋰的化合物作正極，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池。鋰離子電池是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料電池的總稱。鋰離子電池的充放電過程，就是鋰離子的嵌入和脫嵌過程。在鋰離子的嵌入和脫嵌過程中，同時(shí)伴隨著與鋰離子等當(dāng)量電子的嵌入和脫

27、嵌（習(xí)慣上正極用嵌入或脫嵌表示，而負(fù)極用插入或脫插表示）。在充放電過程中，鋰離子在正、負(fù)極之間往返嵌入/脫嵌和插入/脫插，被形象地稱為“搖椅電池”。學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)三: 鋰離子電池的使用當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí)，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極，如圖2-16所示。 學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用圖2-16 鋰離子電池的工作原理圖學(xué)習(xí)任務(wù)三: 鋰離子電池的使用如圖2-17所示，充電時(shí)鋰離子從氧化物正極晶格脫出，通過鋰離子傳導(dǎo)的有機(jī)電解液后遷移嵌入到碳負(fù)材料負(fù)極，負(fù)極處于富鋰態(tài)，正極處于貧鋰態(tài)，同時(shí)電子的補(bǔ)償電荷從外電路供給到碳負(fù)極，保證負(fù)極的電荷平衡

28、；放電時(shí)則恰好相反，鋰從碳材料中脫出回到氧化物正極中，正極處于富鋰態(tài)。學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用圖2-17 鋰離子電池的充放電過程學(xué)習(xí)任務(wù)三: 鋰離子電池的使用二、鋰離子電池的應(yīng)用（一）鋰離子電池具有優(yōu)越的性能1單體電池工作電壓高達(dá)3.7V，是鎳電池的3倍，鉛酸電池的2倍。2質(zhì)量比能量高達(dá)150Wh/Kg，是鎳氫電池的2倍，鉛酸電池的4倍, 因此重量是相同能量鉛酸電池的四分之一。3體積比能量高達(dá)到400Wh/L，因此體積是相同能量鉛酸電池的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)10002000次。5自放電率低，每月不到10%。6無記憶效應(yīng)，充電前不必像鎳鎘電池一樣需要完全放電，可

29、以隨時(shí)隨地的進(jìn)行充電。電池深度充放電，對(duì)電池的壽命影響不大，放電深度可達(dá)95。學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)三: 鋰離子電池的使用（二）鋰離子電池的不足主要是正極材料LiCoO2的價(jià)格高，但按單位瓦時(shí)的價(jià)格來計(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；必須有特殊的保護(hù)電路，以防止過充。（三）鋰離子電池在電動(dòng)汽車上的運(yùn)用1日產(chǎn)聆風(fēng)聆風(fēng)是日產(chǎn)推出的純電力驅(qū)動(dòng)零排放汽車，它采用由層疊式緊湊型鋰離子電池驅(qū)動(dòng)，電池組容量24千瓦時(shí)、最大輸出功率90千瓦。圖2-18所示。在完全充電的情況下，可以實(shí)現(xiàn)160公里的續(xù)航里程。另外，聆風(fēng)提供了多種充電方式，如果在家中給聆風(fēng)充電，需要8個(gè)小

30、時(shí)可將車完全充電；如果在快速充電站充電，只需30分鐘即可充80%的電量。 學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)三: 鋰離子電池的使用學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用圖2-18 日產(chǎn)聆風(fēng)用鋰離子電池學(xué)習(xí)任務(wù)三: 鋰離子電池的使用2現(xiàn)代的Blue On現(xiàn)代的Blue On電動(dòng)車已經(jīng)應(yīng)用了高能聚合物鋰離子電池（圖2-19）,容量達(dá)到16.4千瓦時(shí)。聚合物鋰離子電池是從液態(tài)鋰離子電池基礎(chǔ)上發(fā)展來的新一代高比能電池。聚合物鋰離子電池在與液態(tài)鋰離子電池相同容量情況下，具有體積更小、重量更輕、工作范圍更廣、壽命更長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，更重要的是其電解質(zhì)為固態(tài)或凝膠狀，不會(huì)出現(xiàn)液態(tài)電池電解液泄漏所造成的危險(xiǎn)。學(xué)習(xí)單元

31、二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用圖2-19 現(xiàn)代的Blue On電動(dòng)車學(xué)習(xí)任務(wù)三: 鋰離子電池的使用3奔馳S400 Hybrid奔馳明確表示S400是車廠第一款采用鋰電池的大規(guī)模量產(chǎn)車型。它一共由35個(gè)電池單元組成，可以提供19千瓦的輸出功率，容量為6.5安時(shí)。體積不大，可以直接放置在發(fā)動(dòng)機(jī)艙里。圖2-20所示。學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用圖2-20 奔馳S400 Hybrid及電池學(xué)習(xí)任務(wù)三: 鋰離子電池的使用一、鎳氫電池的認(rèn)知 鎳金屬氫化物電池是由Stanford Ovshinsky發(fā)明的，在他50年的工作生涯中，共為美國提供了400多項(xiàng)技術(shù)專利，涵蓋鎳氫電池，氫燃料電池，和薄膜太陽能電池等各

32、方面。當(dāng)然，在斯坦福所有的發(fā)明中，最優(yōu)秀的莫過于鎳氫反應(yīng)電池（Ni-MH電池）。這是一款可用于為混合型汽車充電的便攜電池（圖2-23所示），同時(shí)它也非常地環(huán)保。通用EV1汽車就采用了這種鎳氫電池。學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)四： 鎳氫電池的使用學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)四： 鎳氫電池的使用圖2-23 鎳氫電池組1鎳氫電池的定義鎳氫電池是二十世紀(jì)九十年代發(fā)展起來的一種新型綠色電池，具有高能量、長(zhǎng)壽命、無污染等特點(diǎn)，因而成為世界各國競(jìng)相發(fā)展的高科技產(chǎn)品之一。鎳氫（Ni-MH）電池與Ni-Cd電池有許多相同的特性，但由于無鎘，因此不存在重金屬污染問題，被稱為“綠色電池”，批

33、量生產(chǎn)的成本約為鉛酸電池的四倍。Ni-MH電池單體額定電壓為1.2V，其負(fù)電極為經(jīng)吸氫處理后的儲(chǔ)氫合金，正電極為氫氧化鎳，電解液為KOH溶液。 學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)四： 鎳氫電池的使用2鎳氫電池（Ni-MH）的材料構(gòu)成鎳氫電池的材料構(gòu)成主要由電極材料、電解液、金屬材料及隔膜組成，正負(fù)極及電解液材料上不同工藝上的差異使電池有不同的性能，其中正極材料決定了電池的容量，負(fù)極材料決定了大電流或高溫工作時(shí)，電池充放電的穩(wěn)定性。圖2-24所示。目前正極材料多用高密度氫氧化鎳，負(fù)極材料為貯氫合金粉。 學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)四： 鎳氫電池的使用鎳氫電池正極材料氫氧化鎳負(fù)極

34、材料儲(chǔ)氫合金隔膜無紡聚丙烯或聚酰隔膜電解質(zhì)氫氧化鉀圖2-24 鎳氫電池的材料構(gòu)成3Ni-MH 電池工作原理（1）電解質(zhì) 主要用KOH作電解液（電解質(zhì)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 + NiOOH（3）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)氫合金，MH為吸附

35、了氫原子的儲(chǔ)氫合金。最常用儲(chǔ)氫合金為L(zhǎng)aNi5。 學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)四： 鎳氫電池的使用4鎳氫動(dòng)力電池的不足自放電率高，常溫下30天不使用時(shí)，電池的放電容量只有額定容量的6570%；比能量較小，極限值為80kw/kg，較小的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)力汽車上，電動(dòng)汽車必須選用鋰電等高比能量的材料。學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)四： 鎳氫電池的使用5鎳氫電池在汽車上的應(yīng)用（1）混合動(dòng)力車輛方面大功率的鎳氫電池也使用在油電混合動(dòng)力車輛中，最佳的例子就是豐田的prius，該車使用了特別的充放電程序，使電池充放電壽命可足夠車輛使用十年。其他使用

36、鎳氫電池的混合動(dòng)力車輛包括有：本田洞察者、福特汽車的Ford Escape、雪佛蘭的Chevrolet Malibu、本田的Honda Civic Hybrid、學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)四： 鎳氫電池的使用（2）純電池動(dòng)力車方面雖然在重量上比鋰離子電池重，但仍然有部份純電池動(dòng)力車使用鎳氫電池，例如：通用汽車的Honda Civic Hybrid、本田的Honda EV Plus、福特汽車的Ford Ranger EV、Vectrix等。（3）怠速停止車用能量再生系統(tǒng)目前各廠家研發(fā)采用鎳氫充電電池的怠速停止車用能量再生系統(tǒng)，該系統(tǒng)是在通常配備的鉛蓄電池的基礎(chǔ)上組合使用鎳氫充電電池

37、，將減速時(shí)產(chǎn)生的能量存儲(chǔ)在鎳氫充電電池中再利用，這樣不但能提高燃效，還能減輕鉛蓄電池的負(fù)擔(dān)，延長(zhǎng)鉛蓄電池的壽命。學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)四： 鎳氫電池的使用一、燃料電池簡(jiǎn)介1燃料電池的歷史1839年英國的Grove發(fā)明了燃料電池，并用這種以鉑黑為電極催化劑的簡(jiǎn)單的氫氧燃料電池點(diǎn)亮了倫敦講演廳的照明燈。1889年Mood和Langer首先采用了燃料電池這一名稱，并獲得200mA/m2電流密度。由于發(fā)電機(jī)和電極過程動(dòng)力學(xué)的研究未能跟上，燃料電池的研究直到20世紀(jì)50年代才有了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，英國劍橋大學(xué)的Bacon用高壓氫氧制成了具有實(shí)用功率水平的燃料電池。60年代，這種電池成功地應(yīng)

38、用于阿波羅(Appollo)登月飛船。從60年代開始，氫氧燃料電池廣泛應(yīng)用于宇航領(lǐng)域，同時(shí)，兆瓦級(jí)的磷酸燃料電池也研制成功。從80年代開始，各種小功率電池在宇航、軍事、交通等各個(gè)領(lǐng)域中得到應(yīng)用。學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)五： 燃料電池的使用2燃料電池定義燃料電池（Fuel Cell，F(xiàn)C）是一種化學(xué)電池，它直接把物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)釋出的能量變換為電能，工作時(shí)需要連續(xù)地向其供給活物質(zhì)（起反應(yīng)的物質(zhì)）燃料和氧化劑。由于它是把燃料通過化學(xué)反應(yīng)釋出的能量變?yōu)殡娔茌敵觯员环Q為燃料電池。3燃料電池的特點(diǎn)燃料電池十分復(fù)雜，涉及化學(xué)熱力學(xué)、電化學(xué)、電催化、材料科學(xué)、電力系統(tǒng)及自動(dòng)控制等學(xué)科的

39、有關(guān)理論，具有發(fā)電效率高、環(huán)境污染少等優(yōu)點(diǎn)。學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)五： 燃料電池的使用4燃料電池的性能參數(shù)電池的性能參數(shù)主要有電動(dòng)勢(shì)、容量、比能量和電阻。電動(dòng)勢(shì)等于單位正電荷由負(fù)極通過電池內(nèi)部移到正極時(shí)，電池非靜電力（化學(xué)力）所做的功。電動(dòng)勢(shì)取決于電極材料的化學(xué)性質(zhì)，與電池的大小無關(guān)。電池所能輸出的總電荷量為電池的容量，通常用安培小時(shí)作單位。在電池反應(yīng)中，1千克反應(yīng)物質(zhì)所產(chǎn)生的電能稱為電池的理論比能量。電池的實(shí)際比能量要比理論比能量小。因?yàn)殡姵刂械姆磻?yīng)物并不全按電池反應(yīng)進(jìn)行，同時(shí)電池內(nèi)阻也要引起電動(dòng)勢(shì)降，因此常把比能量高的電池稱做高能電池。電池的面積越大，其內(nèi)阻越小。學(xué)習(xí)單元

40、二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)五： 燃料電池的使用5電動(dòng)汽車用燃料電池的基本要求（1）提高車用燃料電池單位質(zhì)量(或體積)、電流密度及功率，提高車輛所必需的快速起動(dòng)和動(dòng)力響應(yīng)的能力；（2）必須開發(fā)質(zhì)量輕、體積更小、能儲(chǔ)存更多氫能的車載氫儲(chǔ)存器具，以便更有效地利用燃料能量，提高續(xù)駛里程和載質(zhì)量；（3）必須解決好氫氣的安全問題，在一定的條件下，氫氣比汽油具有更大的危險(xiǎn)性，所以無論采用什么儲(chǔ)存方式，儲(chǔ)存器具及其安全措施都必須滿足使用要求；（4）電池組件必須采用積木化設(shè)計(jì)，開發(fā)有效的制造工藝，并進(jìn)行高效的自動(dòng)化生產(chǎn)，從而降低材料和制造費(fèi)用；（5）發(fā)展結(jié)構(gòu)緊湊及性能可靠的質(zhì)子交換膜燃料電池的同時(shí)開發(fā)應(yīng)用

41、其它燃料，像甲烷、柴油等驅(qū)動(dòng)的質(zhì)子交換膜燃料電池，這將會(huì)拓寬質(zhì)子交換膜燃料電池的應(yīng)用范圍。學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)五： 燃料電池的使用二、燃料電池的工作原理由于燃料電池能將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，因此，它沒有像通常的火力發(fā)電機(jī)那樣通過鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)的能量形態(tài)變化，可以避免中間的轉(zhuǎn)換的損失，達(dá)到很高的發(fā)電效率。與其它形式的發(fā)電方式相比具有以下一些特點(diǎn)：（1）不管是滿負(fù)荷還是部分負(fù)荷均能保持高發(fā)電效率；（2）不管裝置規(guī)模大小均能保持高發(fā)電效率；（3）具有很強(qiáng)的過負(fù)載能力；（4）通過與燃料供給裝置組合的可以適用的燃料廣泛；（5）發(fā)電出力由電池堆的出力和組數(shù)決定，機(jī)組的容量的

42、自由度大；（6）電池本體的負(fù)荷響應(yīng)性好，用于電網(wǎng)調(diào)峰優(yōu)于其他發(fā)電方式；（7）用天然氣和煤氣等為燃料時(shí)，NOX及SOX等排出量少，環(huán)境相容性優(yōu)良。學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)五： 燃料電池的使用學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用圖2-25 燃料電池原理學(xué)習(xí)任務(wù)五： 燃料電池的使用三、燃料電池的類型（一）質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC） 質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）采用可傳導(dǎo)離子的聚合膜作為電解質(zhì)，所以也叫聚合物電解質(zhì)燃料電池（PEFC）、固體聚合物燃料電池（SPFC）或固體聚合物電解質(zhì)燃料電池（SPEFC）。 1質(zhì)子交換膜燃料電池的基本結(jié)構(gòu) PEMFC由質(zhì)子交換膜，催化劑層，擴(kuò)散層

43、、集流板（又稱雙極板）組成，如圖2-26所示。 學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)五： 燃料電池的使用圖2-26 質(zhì)子交換膜燃料電池的基本結(jié)構(gòu)示意圖學(xué)習(xí)任務(wù)五： 燃料電池的使用（1）質(zhì)子交換膜質(zhì)子交換膜（Proton Exchange Membrane，簡(jiǎn)稱PEM）是PEMFC中最重要的部件之一，其性能好壞直接影響電池的性能和壽命。它不只是一種將陽極的燃料與陰極的氧化劑隔開的隔膜材料，它還是電解質(zhì)和電極活性物質(zhì)（電催化劑）的基底，即兼有隔膜和電解質(zhì)的作用；另外，PEM還是一種選擇透過性膜，在質(zhì)子交換膜的高分子結(jié)構(gòu)中，含有多種離子基團(tuán)，它只允許H+穿過，其它離子、氣體及液體均不能通過。（2

44、）電催化劑為了加快電化學(xué)反應(yīng)速度，氣體擴(kuò)散電極上都含有一定量的催化劑。PEMFC電催化劑主要有鉑系和非鉑系電催化劑兩類。目前多采用鉑催化劑。學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)五： 燃料電池的使用（3）電極PEMFC電極是一種多孔氣體擴(kuò)散電極，一般由擴(kuò)散層和催化層構(gòu)成。擴(kuò)散層是導(dǎo)電材料制成的多孔合成物，起著支撐催化層，收集電流，并為電化學(xué)反應(yīng)提供電子通道、氣體通道和排水通道的作用。催化層是進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)的區(qū)域，是電極的核心部分，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)粗糙多孔，因而有足夠的表面積以促進(jìn)氫氣和氧氣的電化學(xué)反應(yīng)。（4）膜電極膜電極(Membrane and Electrode Assembly，簡(jiǎn)稱MEA)

45、是通過熱壓將陰極、陽極與質(zhì)子交換膜復(fù)合在一起而形成的。 （5）雙極板與流道雙極板又稱集流板，是電池的重要部件之一，其作用是分隔反應(yīng)氣體，收集電流，將各個(gè)單電池串聯(lián)起來和通過流場(chǎng)為反應(yīng)氣體進(jìn)入電極及水的排出提供通道。學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)五： 燃料電池的使用2質(zhì)子交換膜燃料電池的工作原理PEMFC在原理上相當(dāng)于水電解的“逆”裝置。其單電池由陽極、陰極和質(zhì)子交換膜組成，陽極為氫燃料發(fā)生氧化的場(chǎng)所，陰極為氧化劑還原的場(chǎng)所，兩極都含有加速電極電化學(xué)反應(yīng)的催化劑，質(zhì)子交換膜為電解質(zhì)。質(zhì)子交換膜燃料電池的工作原理如圖2-27所示。 學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用圖2-27 PEMFC的

46、工作原理學(xué)習(xí)任務(wù)五： 燃料電池的使用3質(zhì)子交換膜燃料電池的特點(diǎn) PEMFC的優(yōu)點(diǎn)主要有：（1）能量轉(zhuǎn)化效率高；（2）可實(shí)現(xiàn)零排放；（3）運(yùn)行噪聲低，可靠性高；（4）維護(hù)方便；（5）發(fā)電效率受負(fù)荷變化影響很?。唬?）氫是世界上最多的元素，氫氣來源極其廣泛，是一種可再生的能源資源；（7）氫氣的生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用等技術(shù)目前均已非常成熟、安全、可靠。學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)五： 燃料電池的使用PEMFC的缺點(diǎn)主要有： （1）成本高； （2）這種電池需要純凈的氫，因?yàn)樗鼈儤O易受到一氧化碳和其它雜質(zhì)的污染。從目前發(fā)展情況看，PEMFC是技術(shù)最成熟的電動(dòng)車動(dòng)力源，PEMFC電動(dòng)汽車被業(yè)內(nèi)

47、公認(rèn)為是電動(dòng)汽車的未來發(fā)展方向。燃料電池將會(huì)成為繼蒸汽機(jī)和內(nèi)燃機(jī)之后的第三代動(dòng)力系統(tǒng)。學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)五： 燃料電池的使用（二）堿性燃料電池 1堿性燃料電池的結(jié)構(gòu)與工作原理堿性燃料電池（alkaline fuel cell，簡(jiǎn)稱AFC）以強(qiáng)堿（如氫氧化鉀、氫氧化鈉）為電解質(zhì)，氫氣為燃料，純氧或脫除微量二氧化碳的空氣為氧化劑。采用對(duì)氧電化學(xué)還原具有良好催化活性的Pt/C、Ag、Ag-Au、Ni等為電催化劑制備的多孔氣體擴(kuò)散電極為氧化極，以Pt-Pd/C、Pt/C、Ni或硼化鎳等具有良好催化氫電化學(xué)氧化的電催化劑制備的多孔氣體電極為氫電極。如圖2-28所示的為堿性石棉膜型氫

48、氧燃料電池單池的工作原理。學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)五： 燃料電池的使用學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用圖2-28 堿性石棉膜型氫氧燃料電池單池的工作原理學(xué)習(xí)任務(wù)五： 燃料電池的使用在陽極，氫氣與堿中的OH-在電催化劑的作用下，發(fā)生氧化反應(yīng)生成水和電子，電子通過外電路達(dá)到陰極，在陰極電催化劑的作用下，參與氧的還原反應(yīng)，生成的OH-通過飽浸堿液的多孔石棉遷移到氫電極。陽極和陰極發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)為： 學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)五： 燃料電池的使用2堿性燃料電池的特點(diǎn)AFC與其它類型燃料電池相比，具有以下特點(diǎn)：（1）AFC具有較高的效率(50 %55 %)；（2）工作溫度

49、大約80，因此它們的啟動(dòng)也很快，但其電力密度卻比質(zhì)子交換膜燃料電池的密度低十來倍；（3）性能可靠，可用非貴金屬作催化劑；（4）是燃料電池中生產(chǎn)成本最低的一種電池；（5）是技術(shù)發(fā)展最快的一種電池，主要為空間任務(wù)，包括航天飛機(jī)提供動(dòng)力和飲用水，用于交通工具，具有一定的發(fā)展和應(yīng)用前景；（6）使用具有腐蝕性的液態(tài)電解質(zhì)，具有一定的危險(xiǎn)性和容易造成環(huán)境污染，為解決CO2毒化所采用的一些方法，如使用循環(huán)電解液，吸收CO2等增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)五： 燃料電池的使用（三）磷酸燃料電池 1磷酸燃料電池的結(jié)構(gòu)PAEC的電池片由基材及肋條板觸媒層所組成的燃料極、保持磷酸的電解

50、質(zhì)層、與燃料極具有相同構(gòu)造的空氣極構(gòu)成。在燃料極，燃料中的氫原子釋放電子成為氫離子。氫離子通過電解質(zhì)層，在空氣極與氧離子發(fā)生反應(yīng)生成水。將數(shù)枚単電池片進(jìn)行疊加，每數(shù)枚電池片中疊加進(jìn)為降低發(fā)電時(shí)內(nèi)部熱量的冷卻板，從而構(gòu)成輸出功率穩(wěn)定的基本電池堆。再加上用于上下固定的構(gòu)件、供氣用的集合管等構(gòu)成PAEC的電池堆。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-29所示。學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)五： 燃料電池的使用學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用圖2-29 PAEC電池堆示意圖學(xué)習(xí)任務(wù)五： 燃料電池的使用學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)五： 燃料電池的使用 3磷酸燃料電池的特點(diǎn) 學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知

51、與使用圖2-30 PAEC的工作原理圖學(xué)習(xí)任務(wù)五： 燃料電池的使用（四）熔融碳酸鹽燃料電池 1熔融碳酸鹽燃料電池的結(jié)構(gòu) 熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）是由多孔陶瓷陰極、多孔陶瓷電解質(zhì)隔膜、多孔金屬陽極、金屬極板構(gòu)成的燃料電池。 單體的MCFC一般是平板型的，由電極-電解質(zhì)、燃料流通道、氧化劑流通道和上下隔板組成，如圖2-31所示。單體的上下為隔板/電流采集板，中間部分是電解質(zhì)板，電解質(zhì)板的兩側(cè)為多孔的陽極極板和陰極極板，其電解質(zhì)是熔融態(tài)碳酸鹽。學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)五： 燃料電池的使用學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用圖2-31 單體的MCFC一般是平板型的結(jié)構(gòu)示意圖學(xué)習(xí)任務(wù)五

52、： 燃料電池的使用2熔融碳酸鹽燃料電池的工作原理如圖2-32所示，燃料電池工作過程實(shí)質(zhì)上是燃料的氧化和氧化劑的還原過程。燃料和氧化劑氣體流經(jīng)陽極和陰極通道。氧化劑中的O2和CO2在陰極與電子進(jìn)行氧化反應(yīng)產(chǎn)生CO32-，電解質(zhì)板中的CO32-直接從陰極移動(dòng)到陽極，燃料氣中的H2與CO32-在陽極發(fā)生反應(yīng)，生成了CO2、H2O和電子。電子被集流板收集起來，然后到達(dá)隔板。隔板位于燃料電池單元的上部和下部，并和負(fù)載設(shè)備相連，從而構(gòu)成了包括電子傳輸和離子移動(dòng)在內(nèi)的完整的回路。 學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)五： 燃料電池的使用學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用圖2-32 熔融碳酸鹽燃料電池的工作

53、原理示意圖學(xué)習(xí)任務(wù)五： 燃料電池的使用學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)五： 燃料電池的使用3熔融碳酸鹽燃料電池的特點(diǎn)MCFC是一種高溫電池（600700），具有效率高（高于40%）、噪音低、無污染、燃料多樣化（氫氣、煤氣、天然氣和生物燃料等）、余熱利用價(jià)值高和電池構(gòu)造材料價(jià)廉等諸多優(yōu)點(diǎn)，是新一代的綠色電站。（五）固體氧化物燃料電池 固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell，簡(jiǎn)稱SOFC)屬于第三代燃料電池，是一種在中高溫下直接將儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能高效、環(huán)境友好地轉(zhuǎn)化成電能的全固態(tài)化學(xué)發(fā)電裝置。被普遍認(rèn)為是在未來會(huì)與質(zhì)子交換膜燃料電池一樣得到廣泛普及應(yīng)用的

54、一種燃料電池。 學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)五： 燃料電池的使用1固體氧化物燃料電池的結(jié)構(gòu)SOFC單體主要由電解質(zhì)、陽極或燃料極、陰極或空氣極和連接體或雙極板組成，如圖2-33中（a）所示的即為管式結(jié)構(gòu)固體氧化物燃料電池的單體，圖（b）所示的是單體之間的連接。2固體氧化物燃料電池的工作原理SOFC工作時(shí)，電子由陽極經(jīng)外電路流向陰極，氧離子經(jīng)電解質(zhì)由陰極流向陽極。圖2-34為SOFC的工作原理示意圖。 學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)五： 燃料電池的使用學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用圖2-33 固體氧化物燃料電池的結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)任務(wù)五： 燃料電池的使用學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與

55、使用圖2-34 SOFC的工作原理示意圖學(xué)習(xí)任務(wù)五： 燃料電池的使用3固體氧化物燃料電池的特點(diǎn)SOFC除具備燃料電池高效、清潔、環(huán)境友好的共性外，還具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）SOFC是全固態(tài)的電池結(jié)構(gòu)，不存在電解質(zhì)滲漏問題，避免了使用液態(tài)電解質(zhì)所帶來的腐蝕和電解液流失等問題，無需配置電解質(zhì)管理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命運(yùn)行；（2）對(duì)燃料的適應(yīng)性強(qiáng)，可直接用天然氣、煤氣和其他碳?xì)浠衔镒鳛槿剂希唬?）SOFC直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，不通過熱機(jī)過程，因此不受卡諾循環(huán)的限制。發(fā)電效率高，能量密度大，能量轉(zhuǎn)換效率高；（4）工作溫度高，電極反應(yīng)速度快，不需要使用貴金屬作電催化劑；（5）可使用高溫進(jìn)行內(nèi)部燃料重整，使系

56、統(tǒng)優(yōu)化；（6）低排放、低噪聲；（7）廢熱的再利用價(jià)值高。（8）陶瓷電解質(zhì)要求中、高溫運(yùn)行(6001000)，加快了電池的反應(yīng)進(jìn)行，還可以實(shí)現(xiàn)多種碳?xì)淙剂蠚怏w的內(nèi)部還原，簡(jiǎn)化了設(shè)備。 學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)五： 燃料電池的使用但是，SOFC也存在不足之處：（1）氧化物電解質(zhì)材料為陶瓷材料，質(zhì)脆易裂，電堆組裝較困難；（2）高溫?zé)釕?yīng)力作用會(huì)引起電池龜裂，所以主要部件的熱膨脹率應(yīng)嚴(yán)格匹配；（3）存在自由能損失；（4）工作溫度高，預(yù)熱時(shí)間較長(zhǎng)，不適用于需經(jīng)常啟動(dòng)的、非固定場(chǎng)所。 學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)五： 燃料電池的使用一、超級(jí)電容器的產(chǎn)生背景由于石油資源日趨短缺，并

57、且燃燒石油的內(nèi)燃機(jī)尾氣排放對(duì)環(huán)境的污染越來越嚴(yán)重（尤其是在大、中城市），人們都在研究替代內(nèi)燃機(jī)的新型能源裝置。已經(jīng)進(jìn)行混合動(dòng)力、燃料電池、化學(xué)電池產(chǎn)品及應(yīng)用的研究與開發(fā)，取得了一定的成效。但是由于它們固有的使用壽命短、溫度特性差、化學(xué)電池污染環(huán)境、系統(tǒng)復(fù)雜、造價(jià)高昂等致命弱點(diǎn)，一直沒有很好的解決辦法。而超級(jí)電容器以其優(yōu)異的特性揚(yáng)長(zhǎng)避短，可以部分或全部替代傳統(tǒng)的化學(xué)電池用于車輛的牽引電源和啟動(dòng)能源，并且具有比傳統(tǒng)的化學(xué)電池更加廣泛的用途。正因?yàn)槿绱?，世界各國（特別是西方發(fā)達(dá)國家）都不遺余力地對(duì)超級(jí)電容器進(jìn)行研究與開發(fā)。 學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)六： 超級(jí)電容器的使用二、超級(jí)電容器

58、的定義超級(jí)電容器（supercapacitor,ultracapacitor），又叫雙電層電容器(Electrical Double-Layer Capacitor)、電化學(xué)電容器(Electrochemcial Capacitor, EC), 黃金電容、法拉電容，通過極化電解質(zhì)來儲(chǔ)能。超級(jí)電容器是一種電化學(xué)元件，但在其儲(chǔ)能的過程并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這種儲(chǔ)能過程是可逆的，也正因?yàn)榇顺?jí)電容器可以反復(fù)充放電數(shù)十萬次。超級(jí)電容器可以被視為懸浮在電解質(zhì)中的兩個(gè)無反應(yīng)活性的多孔電極板，在極板上加電，正極板吸引電解質(zhì)中的負(fù)離子，負(fù)極板吸引正離子，實(shí)際上形成兩個(gè)容性存儲(chǔ)層，被分離開的正離子在負(fù)極板附近，負(fù)離

59、子在正極板附近。學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)六： 超級(jí)電容器的使用學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)六： 超級(jí)電容器的使用超級(jí)電容器實(shí)物三、超級(jí)電容器的工作原理如圖2-36所示超級(jí)電容器是利用雙電層原理的電容器。當(dāng)外加電壓加到超級(jí)電容器的兩個(gè)極板上時(shí)，與普通電容器一樣，極板的正電極存儲(chǔ)正電荷，負(fù)極板存儲(chǔ)負(fù)電荷，在超級(jí)電容器的兩極板上電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)作用下，在電解液與電極間的界面上形成相反的電荷，以平衡電解液的內(nèi)電場(chǎng)，這種正電荷與負(fù)電荷在兩個(gè)不同相之間的接觸面上，以正負(fù)電荷之間極短間隙排列在相反的位置上，這個(gè)電荷分布層叫做雙電層，因此電容量非常大。 學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使

60、用學(xué)習(xí)任務(wù)六： 超級(jí)電容器的使用當(dāng)兩極板間電勢(shì)低于電解液的氧化還原電極電位時(shí)，電解液界面上電荷不會(huì)脫離電解液，超級(jí)電容器為正常工作狀態(tài)（通常為3V以下），如電容器兩端電壓超過電解液的氧化還原電極電位時(shí)，電解液將分解，為非正常狀態(tài)。由于隨著超級(jí)電容器放電 ，正、負(fù)極板上的電荷被外電路泄放，電解液的界面上的電荷響應(yīng)減少。由此可以看出：超級(jí)電容器的充放電過程始終是物理過程，沒有化學(xué)反應(yīng)。因此性能是穩(wěn)定的，與利用化學(xué)反應(yīng)的蓄電池是不同的。學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)六： 超級(jí)電容器的使用學(xué)習(xí)單元二 動(dòng)力電池的認(rèn)知與使用學(xué)習(xí)任務(wù)六： 超級(jí)電容器的使用超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)四、超級(jí)電容器的特性學(xué)習(xí)單