第三章動(dòng)力蓄電池及儲(chǔ)能裝置

1、第三章第三章 動(dòng)力蓄電池及儲(chǔ)能裝置動(dòng)力蓄電池及儲(chǔ)能裝置第三章動(dòng)力蓄電池及儲(chǔ)能裝置第三章動(dòng)力蓄電池及儲(chǔ)能裝置電動(dòng)汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置可分為二次電池、超級(jí)電容和飛輪電池三大類。電動(dòng)汽車(chē)的電能儲(chǔ)存裝置可分為二次電池、超級(jí)電容和飛輪電池三大類。1 二次電池二次電池(Secondary Battery)又叫可充電電池又叫可充電電池(Rechargeable Battery) 蓄電池蓄電池(Storage Battery)習(xí)慣上指鉛酸蓄電池，也屬于二次電池；現(xiàn)代混合動(dòng)力電動(dòng)習(xí)慣上指鉛酸蓄電池，也屬于二次電池；現(xiàn)代混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)上的最常見(jiàn)的二次電池有鉛酸蓄電池汽車(chē)上的最常見(jiàn)的二次電池有鉛酸蓄電池(Lead-

2、acid)、鎳、鎳-氫氫(Ni-MH)電池、鋰離子電池、鋰離子(Lithium-ionization)電池、鎳電池、鎳-金屬氫化物金屬氫化物(Ni-MH)電池四類。電池四類。2超級(jí)電容器超級(jí)電容器(Super Capacitor)又叫電化學(xué)電容器又叫電化學(xué)電容器 它是一種新型的、雙電層電容器，與常見(jiàn)的物理電容器不同。其特點(diǎn)是電容量大，它是一種新型的、雙電層電容器，與常見(jiàn)的物理電容器不同。其特點(diǎn)是電容量大，比物理電容器的極限容量高比物理電容器的極限容量高3-4個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到了個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到了103F/g以上。以上。3飛輪電池飛輪電池FWB(FlyWheel Battery)亦稱飛輪儲(chǔ)能器、高速或

3、超高速飛輪儲(chǔ)能器亦稱飛輪儲(chǔ)能器、高速或超高速飛輪儲(chǔ)能器 它是利用飛輪高速旋轉(zhuǎn)儲(chǔ)存和釋放電能的一種裝置。這種電能儲(chǔ)存裝置目前應(yīng)用得它是利用飛輪高速旋轉(zhuǎn)儲(chǔ)存和釋放電能的一種裝置。這種電能儲(chǔ)存裝置目前應(yīng)用得較少，但其應(yīng)用前景仍然被不少研究開(kāi)發(fā)人員看好。較少，但其應(yīng)用前景仍然被不少研究開(kāi)發(fā)人員看好。一、電能儲(chǔ)存裝置的種類一、電能儲(chǔ)存裝置的種類二、電能儲(chǔ)存裝置的主要性能指標(biāo)二、電能儲(chǔ)存裝置的主要性能指標(biāo) 對(duì)于對(duì)于EVEV，其電能儲(chǔ)存裝置應(yīng)具有盡可能高的比能量，以保證汽車(chē)的續(xù)駛里程，其電能儲(chǔ)存裝置應(yīng)具有盡可能高的比能量，以保證汽車(chē)的續(xù)駛里程; ; 對(duì)于對(duì)于HEVHEV，其電能儲(chǔ)存裝置則應(yīng)具有盡可能高的比功

4、率，以保證汽車(chē)的動(dòng)力性。，其電能儲(chǔ)存裝置則應(yīng)具有盡可能高的比功率，以保證汽車(chē)的動(dòng)力性。幾種電能儲(chǔ)存裝置的比能量和比功率比較幾種電能儲(chǔ)存裝置的比能量和比功率比較電能儲(chǔ)存裝置的性能比較電能儲(chǔ)存裝置的性能比較 超級(jí)電容在壽命、比功率和充、放電效率方面具有明顯優(yōu)勢(shì)；超級(jí)電容在壽命、比功率和充、放電效率方面具有明顯優(yōu)勢(shì)；鋰離子電池則在比能量和比功率方面具有極強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力；鋰離子電池則在比能量和比功率方面具有極強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力；鉛酸蓄電池各種指標(biāo)均處于中等水平。鉛酸蓄電池各種指標(biāo)均處于中等水平。注：從優(yōu)到差的順序?yàn)樽ⅲ簭膬?yōu)到差的順序?yàn)? 1基本術(shù)語(yǔ)基本術(shù)語(yǔ)n充電充電/放電：放電：n放電容量：電池在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的條件下

5、的放電電量或有效工作時(shí)間放電容量：電池在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的條件下的放電電量或有效工作時(shí)間；n貯存壽命：貯存壽命：n電動(dòng)勢(shì)：電動(dòng)勢(shì)：n短路電流：電池短路后一瞬間流過(guò)的電流；短路電流：電池短路后一瞬間流過(guò)的電流；n放電率：放電率指放電時(shí)的速率，常用放電率：放電率指放電時(shí)的速率，常用“時(shí)率時(shí)率”和和“倍率倍率”表示。表示?！氨堵时堵省敝鸽娭鸽姵卦谝?guī)定時(shí)間內(nèi)放出其額定容量時(shí)所輸出的電流值，數(shù)值上等于額定容量的倍數(shù)池在規(guī)定時(shí)間內(nèi)放出其額定容量時(shí)所輸出的電流值，數(shù)值上等于額定容量的倍數(shù)。 “時(shí)率時(shí)率”和和“倍率倍率”在數(shù)值上互為倒數(shù)。在數(shù)值上互為倒數(shù)。n放電深度放電深度DOD:n荷電狀態(tài)荷電狀態(tài)SOC:n活性物質(zhì)

6、：電池放電時(shí)，能進(jìn)行氧化或還原反應(yīng)而產(chǎn)生電能的電極材料活性物質(zhì)：電池放電時(shí)，能進(jìn)行氧化或還原反應(yīng)而產(chǎn)生電能的電極材料；n充電率：蓄電池在規(guī)定時(shí)間內(nèi)充到額定容量所需的電流值充電率：蓄電池在規(guī)定時(shí)間內(nèi)充到額定容量所需的電流值n恒壓充電恒壓充電/恒流充電：恒流充電：n極化：極化是電池由靜止?fàn)顟B(tài)極化：極化是電池由靜止?fàn)顟B(tài)(電流電流i=0)轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)(i0)產(chǎn)生的電池電壓、電產(chǎn)生的電池電壓、電極電位的變化現(xiàn)象。極電位的變化現(xiàn)象。 極化現(xiàn)象有陽(yáng)極極化、陰極極化、歐姆極化極化現(xiàn)象有陽(yáng)極極化、陰極極化、歐姆極化(電阻極化電阻極化)、濃差極化和電化學(xué)極化、濃差極化和電化學(xué)極化三、二次電池的基本概念

7、三、二次電池的基本概念 2. 2. 主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo) n開(kāi)路電壓：電池不放電處于斷路狀態(tài)時(shí)，電池兩極之間的電位差被稱作開(kāi)路電壓。開(kāi)路電壓下降很快或低開(kāi)路電壓：電池不放電處于斷路狀態(tài)時(shí)，電池兩極之間的電位差被稱作開(kāi)路電壓。開(kāi)路電壓下降很快或低于公稱電壓值時(shí)則是不正常的；于公稱電壓值時(shí)則是不正常的；n內(nèi)阻：內(nèi)阻包括歐姆內(nèi)阻和極化電阻兩部分。極化電阻是電極反應(yīng)形成的，與電極反應(yīng)的本質(zhì)及電池材料內(nèi)阻：內(nèi)阻包括歐姆內(nèi)阻和極化電阻兩部分。極化電阻是電極反應(yīng)形成的，與電極反應(yīng)的本質(zhì)及電池材料有關(guān)；有關(guān)；n工作電壓：受放電制度的影響很大。放電制度是指電池放電時(shí)所規(guī)定的各種條件，主要包括放電方式（連工作

8、電壓：受放電制度的影響很大。放電制度是指電池放電時(shí)所規(guī)定的各種條件，主要包括放電方式（連續(xù)的還是間斷的）、放電電流、放電時(shí)間、放電電阻終止電壓、放電電阻、放電環(huán)境溫度的高低等。續(xù)的還是間斷的）、放電電流、放電時(shí)間、放電電阻終止電壓、放電電阻、放電環(huán)境溫度的高低等。n終止電壓：電壓下降到不宜再繼續(xù)放電的最低工作電壓稱為終止電壓。在低溫或大電流放電時(shí)，電極極化終止電壓：電壓下降到不宜再繼續(xù)放電的最低工作電壓稱為終止電壓。在低溫或大電流放電時(shí)，電極極化大，活性物質(zhì)不能得到充分利用，電池電壓下降較快，因而終止電壓低。大，活性物質(zhì)不能得到充分利用，電池電壓下降較快，因而終止電壓低。n放電曲線：電池工作電

9、壓隨放電時(shí)間的變化曲線。放電曲線：電池工作電壓隨放電時(shí)間的變化曲線。下圖為下圖為6 Ah的的 Li離子離子電池在不同放電率下的放電曲線電池在不同放電率下的放電曲線?？梢钥闯觯烹婋娏髟酱?。可以看出，放電電流越大(時(shí)率越小時(shí)率越小)，終止電壓越低。，終止電壓越低。n 容量容量(Ah)(Ah)：在一定放電制度下，電池給出的電量或有效工作時(shí)間?？煞譃槔碚撊萘?、實(shí)際容量、：在一定放電制度下，電池給出的電量或有效工作時(shí)間。可分為理論容量、實(shí)際容量、額定容量和標(biāo)稱容量等額定容量和標(biāo)稱容量等. .理論容量理論容量：根據(jù)蓄電池的活性物質(zhì)的特性，按法拉第定律計(jì)算出的最高理論值，一般用質(zhì)量容量：根據(jù)蓄電池的活性物

10、質(zhì)的特性，按法拉第定律計(jì)算出的最高理論值，一般用質(zhì)量容量(Ah(Ahkg)kg)或體積容量或體積容量(Ah(AhL)L)來(lái)表示來(lái)表示; ;實(shí)際容量實(shí)際容量：在一定條件下所能輸出的電量，等于放電電流與放電時(shí)間的乘積：在一定條件下所能輸出的電量，等于放電電流與放電時(shí)間的乘積; ;額定容量額定容量( (保證容量保證容量) )：按一定標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的放電條件下，電池應(yīng)該放出的最低限度的容量，達(dá)不：按一定標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的放電條件下，電池應(yīng)該放出的最低限度的容量，達(dá)不到此值時(shí)，可認(rèn)為該電池不合格到此值時(shí)，可認(rèn)為該電池不合格; ;標(biāo)稱容量標(biāo)稱容量( (公稱容量公稱容量) )：用來(lái)鑒別電池適當(dāng)?shù)慕瓢矔r(shí)值，由于是在沒(méi)

11、有指定的放電條件，因此，：用來(lái)鑒別電池適當(dāng)?shù)慕瓢矔r(shí)值，由于是在沒(méi)有指定的放電條件，因此，只標(biāo)明電池的容量范圍而沒(méi)有確切值。只標(biāo)明電池的容量范圍而沒(méi)有確切值。 n 能量能量(kWh)(kWh)：在一定的放電條件下，電池對(duì)外做功時(shí)所能輸出的電能在一定的放電條件下，電池對(duì)外做功時(shí)所能輸出的電能n 功率功率(kW)(kW)：在一定的放電制度下，電池在單位時(shí)間內(nèi)所輸出的能量。電池的功率決定電動(dòng)車(chē)的加在一定的放電制度下，電池在單位時(shí)間內(nèi)所輸出的能量。電池的功率決定電動(dòng)車(chē)的加速性能和最高車(chē)速等速性能和最高車(chē)速等; ;n 成本：成本： 電池的成本與電池的新技術(shù)含量、材料、制作方法和生產(chǎn)規(guī)模有關(guān)電池的成本與電

12、池的新技術(shù)含量、材料、制作方法和生產(chǎn)規(guī)模有關(guān); ;(1)(1)壽命：壽命： 3. 性能比較性能比較電池電池種類種類比能量比能量/Wh/kg/Wh/kg比功率比功率/W/kg/W/kg壽命壽命/ /次次生生 產(chǎn)產(chǎn) 公公 司司優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺缺 點(diǎn)點(diǎn)鉛酸鉛酸353540408080300300400-1000400-1000通用、豐田通用、豐田 、福、福特特原材料豐富、原材料豐富、價(jià)格低、技術(shù)價(jià)格低、技術(shù)成熟成熟能量密度太低、壽命能量密度太低、壽命短短N(yùn)i-CdNi-Cd5050606020020050050010001000以上以上雷諾、雷諾、MicrocarMicrocar、Seer VoltaSe

13、er Volta、標(biāo)、標(biāo)致致- -雪鐵龍雪鐵龍循環(huán)壽命長(zhǎng)，循環(huán)壽命長(zhǎng)，比能量較高比能量較高重金屬鎘的污染嚴(yán)重，重金屬鎘的污染嚴(yán)重，有記憶效應(yīng)有記憶效應(yīng)Zn-Zn-空氣空氣2002003003007070短短美 國(guó)美 國(guó) C R XC R X 、Electric FuelElectric Fuel比能量大比能量大壽命短，比功率小，壽命短，比功率小，不能輸出大電流及難不能輸出大電流及難以充電以充電Na-SNa-S10910915015010001000以上以上美國(guó)福特、德國(guó)美國(guó)福特、德國(guó)ABBABB比能量大，壽比能量大，壽命長(zhǎng)，轉(zhuǎn)換命長(zhǎng)，轉(zhuǎn)換 效效率高率高使用溫度高，存在高使用溫度高，存在高溫腐蝕

14、，性能不夠穩(wěn)溫腐蝕，性能不夠穩(wěn)定，使用不安全定，使用不安全Na-NiClNa-NiCl2 212012015015010001000德國(guó)德國(guó)AEG AngloAEG Anglo、Daimler BenzDaimler Benz、寶馬寶馬比能量大，壽比能量大，壽命長(zhǎng)，轉(zhuǎn)換效命長(zhǎng)，轉(zhuǎn)換效率高率高 工作溫度高工作溫度高Ni-MHNi-MH70-70-80802002001500150010001000以上以上美國(guó)美國(guó)OVONICOVONIC、通、通用、福特、法國(guó)用、福特、法國(guó)SAFTSAFT、 日本東北日本東北電力、松下、豐電力、松下、豐田等田等比能量大，比比能量大，比功率高，可高功率高，可高倍率放

15、電，循倍率放電，循環(huán)壽命長(zhǎng)，環(huán)壽命長(zhǎng)， 無(wú)無(wú)記憶效應(yīng)，無(wú)記憶效應(yīng)，無(wú)污染，免維護(hù)，污染，免維護(hù)，安全可靠安全可靠 成本較高成本較高LiLi離子離子60601501508080200020001 0 0 01 0 0 0 以以上上日產(chǎn)、日產(chǎn)、VartaVarta、PolysterPolyster、SonySony、ChryslerChrysler比能量大，單比能量大，單體電壓高體電壓高一致性差，安全性不一致性差，安全性不高，價(jià)格較貴高，價(jià)格較貴鋰離子電池能量密度和比能量的變化鋰離子電池能量密度和比能量的變化“十五”期間電池技術(shù)的發(fā)展 鎳氫動(dòng)力蓄電池功率密度進(jìn)展鎳氫動(dòng)力蓄電池功率密度進(jìn)展(8Ah)

16、 鋰離子動(dòng)力蓄電池功率密度進(jìn)展鋰離子動(dòng)力蓄電池功率密度進(jìn)展(15Ah) 汽車(chē)的續(xù)駛里程、車(chē)速等與蓄電池的放電電流、放電端電壓、效率、輸汽車(chē)的續(xù)駛里程、車(chē)速等與蓄電池的放電電流、放電端電壓、效率、輸出功率等密切相關(guān)。出功率等密切相關(guān)。 放電特性通?？杀硎緸榉烹娞匦酝ǔ？杀硎緸? U0Ub+Ib Ri式中：式中： U0蓄電池的開(kāi)路端電壓蓄電池的開(kāi)路端電壓(V)； Ub蓄電池放電時(shí)的端電壓蓄電池放電時(shí)的端電壓(V)；Ib蓄池的放電電流蓄池的放電電流(A)；Ri蓄電池的內(nèi)阻蓄電池的內(nèi)阻(). 輸出功率輸出功率 PbIb UbIb (U0-Ib Ri ) 效率效率: b(Ib Ub)(Ib U0 )(U

17、0-Ib Ri) U01-(Ib Ri) U0 蓄電池能輸出的最大功率為蓄電池能輸出的最大功率為: PbmaxU02(4 Ri) 輸出最大功率時(shí)的放電電流為輸出最大功率時(shí)的放電電流為: IbmaxU0(2 Ri) 電流、功率和效率的關(guān)系電流、功率和效率的關(guān)系放電電流放電電流Ib 與輸出功率與輸出功率 Pb、蓄電池的開(kāi)路端電壓、蓄電池的開(kāi)路端電壓U0和蓄電池放電時(shí)的端和蓄電池放電時(shí)的端電壓電壓Ub 之間的關(guān)系如下圖所示。之間的關(guān)系如下圖所示。初步確定蓄電池的單電池?cái)?shù)量初步確定蓄電池的單電池?cái)?shù)量假設(shè)某假設(shè)某HEV需要的最大電功率為需要的最大電功率為30kW，單節(jié)電池的開(kāi)路端電壓，單節(jié)電池的開(kāi)路端電

18、壓U0=2 V，蓄電池的內(nèi)阻蓄電池的內(nèi)阻Ri=0.015。試計(jì)算所需電池?cái)?shù)量。試計(jì)算所需電池?cái)?shù)量。則單節(jié)蓄電池能輸出的最大功率則單節(jié)蓄電池能輸出的最大功率Pbmax =22(40.015)=66.66W，所，所需蓄電池的單電池節(jié)數(shù)需蓄電池的單電池節(jié)數(shù)n=30000/66.66=450節(jié)。節(jié)。四、四、 蓄電池充電原理與充電器蓄電池充電原理與充電器 充電方法與充電過(guò)程充電方法與充電過(guò)程 1. 1. 充電方法充電方法 蓄電池的充電可分為恒蓄電池的充電可分為恒( (定定) )流充電、恒流充電、恒( (定定) )壓充電和脈沖快速充電三種不同的充電方法。壓充電和脈沖快速充電三種不同的充電方法。(1)(1)

19、定流充電定流充電充電過(guò)程中使充電電流保持不變的充電方法，充電過(guò)程中使充電電流保持不變的充電方法，優(yōu)點(diǎn)：適應(yīng)性好、容易將蓄電池完全充足，并有益于延長(zhǎng)壽命。優(yōu)點(diǎn)：適應(yīng)性好、容易將蓄電池完全充足，并有益于延長(zhǎng)壽命。缺點(diǎn)：充電過(guò)程中需根據(jù)逐漸升高的蓄電池電動(dòng)勢(shì)調(diào)節(jié)充電電壓，以保持充電電流不變，充電時(shí)缺點(diǎn)：充電過(guò)程中需根據(jù)逐漸升高的蓄電池電動(dòng)勢(shì)調(diào)節(jié)充電電壓，以保持充電電流不變，充電時(shí)間也較長(zhǎng)。間也較長(zhǎng)。涓流充電：恰好能抵消電池自放電的一種充電方法，該充電速率對(duì)滿充電的電池長(zhǎng)期充電有利；涓流充電：恰好能抵消電池自放電的一種充電方法，該充電速率對(duì)滿充電的電池長(zhǎng)期充電有利；最小電流充電：能使深度放電的電池有效

20、恢復(fù)電池容量的前提下，把充電電流盡可能地調(diào)整到最最小電流充電：能使深度放電的電池有效恢復(fù)電池容量的前提下，把充電電流盡可能地調(diào)整到最小的方法；小的方法；標(biāo)準(zhǔn)充電：采用標(biāo)準(zhǔn)速率充電，充電時(shí)間為一定值；標(biāo)準(zhǔn)充電：采用標(biāo)準(zhǔn)速率充電，充電時(shí)間為一定值；高速率充電：在高速率充電：在3h3h內(nèi)就能充滿電的方法，需要自動(dòng)控制保護(hù)電路。內(nèi)就能充滿電的方法，需要自動(dòng)控制保護(hù)電路。(2)(2)定壓充電定壓充電充電過(guò)程中保持充電電壓不變的充電方法充電過(guò)程中保持充電電壓不變的充電方法 充電電流隨蓄電池電動(dòng)勢(shì)的升高而逐漸減小。充電電壓過(guò)高會(huì)造成充電初期充電電流隨蓄電池電動(dòng)勢(shì)的升高而逐漸減小。充電電壓過(guò)高會(huì)造成充電初期充

21、電電流過(guò)大和過(guò)充電，如果電壓過(guò)低則會(huì)使蓄電池充電不足；充電電流過(guò)大和過(guò)充電，如果電壓過(guò)低則會(huì)使蓄電池充電不足；優(yōu)點(diǎn)：充電時(shí)間短、充電過(guò)程無(wú)需調(diào)節(jié)電壓，較適合于補(bǔ)充充電；優(yōu)點(diǎn)：充電時(shí)間短、充電過(guò)程無(wú)需調(diào)節(jié)電壓，較適合于補(bǔ)充充電；缺點(diǎn)：不易完全充足，充電初期大電流充電對(duì)極板會(huì)有不利的影響。缺點(diǎn)：不易完全充足，充電初期大電流充電對(duì)極板會(huì)有不利的影響。(3)脈沖充電脈沖充電充電過(guò)程中電流、電壓不斷變化的充電方法。充電過(guò)程中電流、電壓不斷變化的充電方法。通常，先用脈沖電流對(duì)電池充電，然后讓電池短時(shí)間、大脈沖放電，在整個(gè)充通常，先用脈沖電流對(duì)電池充電，然后讓電池短時(shí)間、大脈沖放電，在整個(gè)充電過(guò)程中使電池反

22、復(fù)充、放電，達(dá)到快速充電的目的。電過(guò)程中使電池反復(fù)充、放電，達(dá)到快速充電的目的。 2. 充電過(guò)程充電過(guò)程 理想的充電過(guò)程應(yīng)分為預(yù)充電、快速充電、補(bǔ)足充電、涓流充電四個(gè)階段。理想的充電過(guò)程應(yīng)分為預(yù)充電、快速充電、補(bǔ)足充電、涓流充電四個(gè)階段。 前前240s為預(yù)充電為預(yù)充電；其后為快速充電，電流一般在；其后為快速充電，電流一般在l C以上，快速充電時(shí)間由電池容量以上，快速充電時(shí)間由電池容量和充電速率決定和充電速率決定；快速充電結(jié)束時(shí)電池并未充足，為了保證電池充入；快速充電結(jié)束時(shí)電池并未充足，為了保證電池充入100的電量，的電量，還應(yīng)增加補(bǔ)足充電過(guò)程還應(yīng)增加補(bǔ)足充電過(guò)程；補(bǔ)足充電的速率為；補(bǔ)足充電的速

23、率為0.2C左右，在補(bǔ)足充電過(guò)程中，當(dāng)電池溫左右，在補(bǔ)足充電過(guò)程中，當(dāng)電池溫度上升到超過(guò)度上升到超過(guò)55時(shí)，應(yīng)使充電器自動(dòng)轉(zhuǎn)入涓流充電過(guò)程。時(shí)，應(yīng)使充電器自動(dòng)轉(zhuǎn)入涓流充電過(guò)程。安裝了控制器的智能充電器的充電過(guò)程安裝了控制器的智能充電器的充電過(guò)程3 3脈沖快速充電脈沖快速充電小電流充電，電池內(nèi)產(chǎn)生的熱量能夠自然散去，溫度不致過(guò)高，且不會(huì)產(chǎn)生過(guò)多小電流充電，電池內(nèi)產(chǎn)生的熱量能夠自然散去，溫度不致過(guò)高，且不會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的氣體，但充電時(shí)間太長(zhǎng)，無(wú)法滿足的氣體，但充電時(shí)間太長(zhǎng)，無(wú)法滿足HEVHEV的使用要求。的使用要求。(1)(1)快速充電的理論基礎(chǔ)快速充電的理論基礎(chǔ)快速充電需要研究和解決的關(guān)鍵問(wèn)題是蓄電

24、池充電可接受電流和充電極化問(wèn)題?？焖俪潆娦枰芯亢徒鉀Q的關(guān)鍵問(wèn)題是蓄電池充電可接受電流和充電極化問(wèn)題。充電接受能力是指在電解液只產(chǎn)生微量分解析氣的前提下所能夠接受的最大充電電充電接受能力是指在電解液只產(chǎn)生微量分解析氣的前提下所能夠接受的最大充電電流：流：I=II=I0 0e e-at-at I I表示在充電過(guò)程中某一時(shí)刻表示在充電過(guò)程中某一時(shí)刻t t蓄電池的充電可接受電流；蓄電池的充電可接受電流；I I0 0表示開(kāi)始充電時(shí)蓄表示開(kāi)始充電時(shí)蓄電池的充電可接受電流；電池的充電可接受電流；a a表示充電可接受電流衰減常數(shù)。表示充電可接受電流衰減常數(shù)。 在充電的任一時(shí)間在充電的任一時(shí)間t t，只，只要

25、充電電流大于當(dāng)時(shí)的可接受電流，就會(huì)出現(xiàn)要充電電流大于當(dāng)時(shí)的可接受電流，就會(huì)出現(xiàn)“過(guò)充電過(guò)充電”的現(xiàn)象，縮短充電時(shí)間的的現(xiàn)象，縮短充電時(shí)間的有效方法是使充電電流盡可能接近可接受電流。有效方法是使充電電流盡可能接近可接受電流。 (2)脈沖快速充電法脈沖快速充電法原理原理：利用蓄電池充電初期可以接受大電流的特點(diǎn)，在充電初期，采用大電流：利用蓄電池充電初期可以接受大電流的特點(diǎn)，在充電初期，采用大電流(鉛酸電鉛酸電池時(shí)：池時(shí)：0.81C20)對(duì)蓄電池進(jìn)行定流充電，使蓄電池在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到對(duì)蓄電池進(jìn)行定流充電，使蓄電池在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到60左右的容量左右的容量；當(dāng)單格電池電壓達(dá)到；當(dāng)單格電池電壓達(dá)到2.4V(鉛

26、酸電池鉛酸電池)，電解液開(kāi)始冒氣泡時(shí)，則通過(guò)脈沖充電方法，電解液開(kāi)始冒氣泡時(shí)，則通過(guò)脈沖充電方法消除極化。消除極化。第一步第一步：用：用0.81C20電流對(duì)蓄電池進(jìn)行定流充電；電流對(duì)蓄電池進(jìn)行定流充電；第二步第二步：停止充電：停止充電25ms左右，使歐姆極化消失，依靠擴(kuò)散作用，使?jié)獠顦O化部分消失；左右，使歐姆極化消失，依靠擴(kuò)散作用，使?jié)獠顦O化部分消失；第三步第三步：放電，放電的脈寬一般為：放電，放電的脈寬一般為1501500s，最大幅度為，最大幅度為1.53倍的充電電流倍的充電電流(反反向電流向電流)，以消除電化學(xué)極化的電荷積累和極板孔隙中形成的氣體；，以消除電化學(xué)極化的電荷積累和極板孔隙中形

27、成的氣體；第四步第四步：停止充電：停止充電25ms。優(yōu)點(diǎn)：能夠縮短充電時(shí)間優(yōu)點(diǎn)：能夠縮短充電時(shí)間(初充電不超過(guò)初充電不超過(guò)5h，補(bǔ)充充電只需，補(bǔ)充充電只需0.51.5h)，分解析氣量，分解析氣量小，污染小，效率高。小，污染小，效率高。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：不能將蓄電池完全充足，且對(duì)蓄電池的壽命有不利的影響。：不能將蓄電池完全充足，且對(duì)蓄電池的壽命有不利的影響。(3)快速充電終止控制方法快速充電終止控制方法 常見(jiàn)的快速充電終止控制方法有定時(shí)控制、電壓控制和溫度控制等。常見(jiàn)的快速充電終止控制方法有定時(shí)控制、電壓控制和溫度控制等。n 定時(shí)控制定時(shí)控制 根據(jù)電池的容量和充電電流，根據(jù)電池的容量和充電電流，計(jì)算所需

28、的充電時(shí)間，如對(duì)鎳鎘電池而言，采計(jì)算所需的充電時(shí)間，如對(duì)鎳鎘電池而言，采用用1.25C充電速率時(shí)，電池充電速率時(shí)，電池l h可充足；采用可充足；采用2.5C充電速率時(shí)，充電速率時(shí)，30min可充足。可充足。只有充電速率小于只有充電速率小于0.3C時(shí)才允許采用這種方法。時(shí)才允許采用這種方法。n溫度控制溫度控制 通常，當(dāng)電池溫度上升到規(guī)定數(shù)值后，立即停止快速充電。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能通常，當(dāng)電池溫度上升到規(guī)定數(shù)值后，立即停止快速充電。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，必須對(duì)電池的溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制。常用的溫度控制方法有：，必須對(duì)電池的溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制。常用的溫度控制方法有： （1）最高溫度法：當(dāng)充電過(guò)程中電池溫度達(dá)

29、到）最高溫度法：當(dāng)充電過(guò)程中電池溫度達(dá)到45時(shí)，立即停止快速充電。時(shí)，立即停止快速充電。用與電池安裝在一起的熱敏電阻檢測(cè)電池溫度。用與電池安裝在一起的熱敏電阻檢測(cè)電池溫度。缺點(diǎn)是缺點(diǎn)是熱敏電阻的響應(yīng)時(shí)間較熱敏電阻的響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，且電池的最高工作溫度與環(huán)境溫度有關(guān)；長(zhǎng)，且電池的最高工作溫度與環(huán)境溫度有關(guān)； （2）溫升）溫升(T)：當(dāng)電池的溫升達(dá)到規(guī)定值后，立即停止快速充電。：當(dāng)電池的溫升達(dá)到規(guī)定值后，立即停止快速充電。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是是可可消除環(huán)境溫度的影響；消除環(huán)境溫度的影響；缺點(diǎn)是缺點(diǎn)是必須用兩只熱敏電阻；必須用兩只熱敏電阻； （3）溫度變化率）溫度變化率(Tt) ：鎳氫和鎳鎘電池充足電后，電池溫

30、度迅速上升：鎳氫和鎳鎘電池充足電后，電池溫度迅速上升，而且上升速率，而且上升速率Tt基本相同，當(dāng)電池溫度每分鐘上升基本相同，當(dāng)電池溫度每分鐘上升1時(shí)，應(yīng)當(dāng)立即時(shí)，應(yīng)當(dāng)立即終止快速充電，終止快速充電， （4）最低溫度）最低溫度(Tmin)：當(dāng)電池溫度低于：當(dāng)電池溫度低于10時(shí)，采用大電流快速充電，會(huì)影時(shí)，采用大電流快速充電，會(huì)影響電池的壽命。響電池的壽命。n 電壓控制電壓控制 （1）最高電壓法）最高電壓法: 在充電過(guò)程中，當(dāng)電池電壓達(dá)到規(guī)定值后，應(yīng)立即停止快速充在充電過(guò)程中，當(dāng)電池電壓達(dá)到規(guī)定值后，應(yīng)立即停止快速充電。電。缺點(diǎn)是缺點(diǎn)是難以精確判斷電池已充足電。由于電池充足電的最高電壓隨充電速率難

31、以精確判斷電池已充足電。由于電池充足電的最高電壓隨充電速率、環(huán)境溫度而變化，并且電池組中各單體電池的最高充電電壓有所區(qū)別，因此用、環(huán)境溫度而變化，并且電池組中各單體電池的最高充電電壓有所區(qū)別，因此用于確定終止快速充電的時(shí)間的最高電壓值事先難以準(zhǔn)確給出。于確定終止快速充電的時(shí)間的最高電壓值事先難以準(zhǔn)確給出。 （2）電壓負(fù)增量）電壓負(fù)增量(U) 法法:由于電池電壓的負(fù)增量與電池組的絕對(duì)電壓無(wú)關(guān)，由于電池電壓的負(fù)增量與電池組的絕對(duì)電壓無(wú)關(guān)，且不受充電速率和環(huán)境溫度等且不受充電速率和環(huán)境溫度等的影響。因此，可以認(rèn)為充電過(guò)程中電壓出現(xiàn)負(fù)增的影響。因此，可以認(rèn)為充電過(guò)程中電壓出現(xiàn)負(fù)增量的時(shí)刻就是電池已充足

32、電的時(shí)刻。量的時(shí)刻就是電池已充足電的時(shí)刻。缺點(diǎn)是缺點(diǎn)是電池電壓出現(xiàn)負(fù)增量后，電池已經(jīng)過(guò)電池電壓出現(xiàn)負(fù)增量后，電池已經(jīng)過(guò)充電。另外，此法對(duì)經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間后電池電壓才出現(xiàn)負(fù)增量的電池充電。另外，此法對(duì)經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間后電池電壓才出現(xiàn)負(fù)增量的電池(如鎳氫電池如鎳氫電池)，將導(dǎo)致嚴(yán)重的過(guò)充電。，將導(dǎo)致嚴(yán)重的過(guò)充電。 （3）電壓零增量）電壓零增量(0U)法法:n 綜合控制綜合控制1、種類、種類 直接充電器直接充電器 帶過(guò)壓、欠壓保護(hù)電路、電池反接保護(hù)電路等功能的自動(dòng)帶過(guò)壓、欠壓保護(hù)電路、電池反接保護(hù)電路等功能的自動(dòng)(智能智能)充電充電器器 2、組成、組成 降壓電路降壓電路：變壓器降壓和電容降壓兩大類；：變壓器

33、降壓和電容降壓兩大類； 整流電路整流電路：?jiǎn)蜗虬氩?、全波、橋式全波整流等多種形式；：?jiǎn)蜗虬氩?、全波、橋式全波整流等多種形式； 控制電路控制電路： 各種保護(hù)電路各種保護(hù)電路：充電器充電器自動(dòng)充電器的組自動(dòng)充電器的組成框圖成框圖電動(dòng)汽車(chē)的蓄電池充電器電動(dòng)汽車(chē)的蓄電池充電器 1、基本功能：對(duì)市電進(jìn)行電力變換并提供直流電；供給與蓄電池額定條件相、基本功能：對(duì)市電進(jìn)行電力變換并提供直流電；供給與蓄電池額定條件相對(duì)應(yīng)的電力；當(dāng)蓄電池充滿后自動(dòng)停止充電。對(duì)應(yīng)的電力；當(dāng)蓄電池充滿后自動(dòng)停止充電。 2、類型：、類型： 車(chē)載和非車(chē)載兩種；接觸式和感應(yīng)式車(chē)載和非車(chē)載兩種；接觸式和感應(yīng)式 車(chē)載充電器一般設(shè)計(jì)為小充電率

34、，充電時(shí)間長(zhǎng)車(chē)載充電器一般設(shè)計(jì)為小充電率，充電時(shí)間長(zhǎng)(58h)。充電器和電池管。充電器和電池管理系統(tǒng)理系統(tǒng)(負(fù)責(zé)監(jiān)控蓄電池的電壓、溫度和荷電狀態(tài)負(fù)責(zé)監(jiān)控蓄電池的電壓、溫度和荷電狀態(tài))都裝在車(chē)上，所以它們相互都裝在車(chē)上，所以它們相互之間容易利用電動(dòng)汽車(chē)的內(nèi)部線路網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊。之間容易利用電動(dòng)汽車(chē)的內(nèi)部線路網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊。 非車(chē)載充電器一般設(shè)計(jì)為大充電率，質(zhì)量和體積也較大非車(chē)載充電器一般設(shè)計(jì)為大充電率，質(zhì)量和體積也較大。與電池管理系。與電池管理系統(tǒng)在物理位置上是分開(kāi)的。統(tǒng)在物理位置上是分開(kāi)的。接觸式接觸式(亦稱耦合或傳導(dǎo)式亦稱耦合或傳導(dǎo)式)： 將一根帶插頭的交流動(dòng)力電纜線直接插到電動(dòng)將一根帶插頭的交

35、流動(dòng)力電纜線直接插到電動(dòng)汽車(chē)的插座中給電池充電。汽車(chē)的插座中給電池充電。 特點(diǎn)：簡(jiǎn)單、效率高、不足主要是充電電流小，充電時(shí)間長(zhǎng)。特點(diǎn)：簡(jiǎn)單、效率高、不足主要是充電電流小，充電時(shí)間長(zhǎng)。感應(yīng)式：通過(guò)電磁感應(yīng)耦合的方式進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換從而給電池充電。感應(yīng)式：通過(guò)電磁感應(yīng)耦合的方式進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換從而給電池充電。 特點(diǎn)：使用方便，在惡劣的氣候環(huán)境下進(jìn)行充電也無(wú)觸電的危險(xiǎn)。充電器將特點(diǎn)：使用方便，在惡劣的氣候環(huán)境下進(jìn)行充電也無(wú)觸電的危險(xiǎn)。充電器將5060Hz的普通電轉(zhuǎn)換成的普通電轉(zhuǎn)換成80300Hz的高頻電，然后將高頻交流電感應(yīng)到電動(dòng)的高頻電，然后將高頻交流電感應(yīng)到電動(dòng)汽車(chē)上。充電時(shí)間大大縮短。汽車(chē)上。充電時(shí)間

36、大大縮短。蓄電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)蓄電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)1 1、必要性、必要性(1)(1)動(dòng)力蓄電池在制造過(guò)程中，制作工藝等的差別，導(dǎo)致即使同一批次的電池，也存動(dòng)力蓄電池在制造過(guò)程中，制作工藝等的差別，導(dǎo)致即使同一批次的電池，也存在著容量、端電壓等的差異在著容量、端電壓等的差異；(2)(2)蓄電池組在使用過(guò)程中，有時(shí)會(huì)蓄電池組在使用過(guò)程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)單只電池?fù)p壞的情況，若未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)這種出現(xiàn)單只電池?fù)p壞的情況，若未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)這種情況，將導(dǎo)致其它蓄電池的性能受到嚴(yán)重影響，進(jìn)而造成蓄電池組的損壞。情況，將導(dǎo)致其它蓄電池的性能受到嚴(yán)重影響，進(jìn)而造成蓄電池組的損壞。2 2、組成：電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、組成：電池狀

37、態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、CPUCPU及顯示系統(tǒng)等組成。及顯示系統(tǒng)等組成。 CPUCPU根據(jù)輸入的電池和汽車(chē)運(yùn)行狀態(tài)等參數(shù)向控制系統(tǒng)發(fā)出控制指令及顯示根據(jù)輸入的電池和汽車(chē)運(yùn)行狀態(tài)等參數(shù)向控制系統(tǒng)發(fā)出控制指令及顯示有關(guān)參數(shù)；顯示系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示電池的電壓、溫度等工作狀態(tài)參數(shù)。有關(guān)參數(shù)；顯示系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示電池的電壓、溫度等工作狀態(tài)參數(shù)。 監(jiān)測(cè)的電池主要參數(shù)有監(jiān)測(cè)的電池主要參數(shù)有電壓、內(nèi)阻、電解液濃度及充電溫度等。電壓、內(nèi)阻、電解液濃度及充電溫度等。 電壓的測(cè)量方法有電阻分壓法、繼電器開(kāi)關(guān)切換法和分布式電壓測(cè)量法等電壓的測(cè)量方法有電阻分壓法、繼電器開(kāi)關(guān)切換法和分布式電壓測(cè)量法等電池及其管理系統(tǒng)的一體化、模塊化

38、設(shè)計(jì)電池及其管理系統(tǒng)的一體化、模塊化設(shè)計(jì)電池?zé)峁芾碛?jì)算機(jī)仿真五、幾種典型的二次電池五、幾種典型的二次電池1、鉛酸蓄電池、鉛酸蓄電池以酸性水溶液為電解質(zhì)的蓄電池以酸性水溶液為電解質(zhì)的蓄電池 鉛酸蓄電池是一種酸蓄電池，其特點(diǎn)是電極材料為鉛及其氧化物。鉛酸蓄電池是一種酸蓄電池，其特點(diǎn)是電極材料為鉛及其氧化物。分類：半密封式及密封式；排氣式和非排氣式；貧液式和富液式；動(dòng)力用和起分類：半密封式及密封式；排氣式和非排氣式；貧液式和富液式；動(dòng)力用和起 動(dòng)機(jī)用；動(dòng)機(jī)用；編號(hào)：編號(hào)： 電動(dòng)道路車(chē)輛用鉛酸蓄電池電動(dòng)道路車(chē)輛用鉛酸蓄電池GB/T 18332.1-2001的命名規(guī)則；的命名規(guī)則；蓄電池型號(hào)蓄電池型號(hào)標(biāo)

39、稱電壓標(biāo)稱電壓 /V額定容量額定容量C3/Ah外形尺寸外形尺寸mm重量重量(包括液包括液體體) /kg長(zhǎng)長(zhǎng)寬寬總高總高6DM556DM5512125555388388116116175175236DW1206DW1201212120120453453180180265265506DW1506DW150121215015050050018018028828860注：根據(jù)電動(dòng)道路車(chē)輛發(fā)展的需要，可增加新的規(guī)格、型號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)的外形尺寸。注：根據(jù)電動(dòng)道路車(chē)輛發(fā)展的需要，可增加新的規(guī)格、型號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)的外形尺寸。 閥控密封式鉛酸蓄電池以閥控密封式鉛酸蓄電池以“m”表示表示;免維護(hù)鉛酸蓄電池以免維護(hù)鉛酸蓄電池以

40、“w”表示表示;水平鉛酸蓄電池以水平鉛酸蓄電池以“s”表示。表示。 可以看出，放電過(guò)程中生成可以看出，放電過(guò)程中生成H2O，H2SO4的濃度會(huì)逐漸減小。因此，鉛酸蓄的濃度會(huì)逐漸減小。因此，鉛酸蓄電池的放電深度和電池的放電深度和H2SO4的濃度的濃度(電解液的密度電解液的密度)密切相關(guān)。故可以用比重計(jì)來(lái)測(cè)定密切相關(guān)。故可以用比重計(jì)來(lái)測(cè)定H2SO4的密度，進(jìn)一步測(cè)量鉛酸蓄電池的放電深度。的密度，進(jìn)一步測(cè)量鉛酸蓄電池的放電深度。工作原理工作原理 鉛酸蓄電池的充、放電反應(yīng)可以用下列化學(xué)方程式表示：鉛酸蓄電池的充、放電反應(yīng)可以用下列化學(xué)方程式表示：PbO2 + 2H2SO4 + Pb PbSO4 + 2

41、H2O + PbSO4正極正極 負(fù)極負(fù)極 正極正極 負(fù)極負(fù)極 負(fù)極的鉛氧化成二價(jià)鉛離子負(fù)極的鉛氧化成二價(jià)鉛離子Pb2+，釋放了兩個(gè)電子，形成了硫酸鉛，釋放了兩個(gè)電子，形成了硫酸鉛PbSO4。正極上的四價(jià)鉛離子正極上的四價(jià)鉛離子Pb4+被還原成二價(jià)鉛離子被還原成二價(jià)鉛離子Pb2+，得到兩個(gè)電子，也轉(zhuǎn)變成，得到兩個(gè)電子，也轉(zhuǎn)變成硫酸鉛硫酸鉛PbSO4構(gòu)造構(gòu)造排氣閥式鉛酸蓄電池排氣閥式鉛酸蓄電池普通鉛酸蓄電池普通鉛酸蓄電池蓄電池容量的影響因素蓄電池容量的影響因素極板構(gòu)造的影響：極板面積大，參與電化學(xué)反應(yīng)的活性物質(zhì)多，容量大；極板構(gòu)造的影響：極板面積大，參與電化學(xué)反應(yīng)的活性物質(zhì)多，容量大；放電電流的影

42、響放電電流的影響: 放電電流越大，極板孔隙內(nèi)參加電化學(xué)反應(yīng)的活性物質(zhì)數(shù)量減放電電流越大，極板孔隙內(nèi)參加電化學(xué)反應(yīng)的活性物質(zhì)數(shù)量減少，從而導(dǎo)致了蓄電池容量的下降，允許的放電時(shí)間越短，（單位時(shí)間消耗的少，從而導(dǎo)致了蓄電池容量的下降，允許的放電時(shí)間越短，（單位時(shí)間消耗的H2SO4越多，越多，PbSO4產(chǎn)生速率越高，極板孔隙會(huì)很快被產(chǎn)生速率越高，極板孔隙會(huì)很快被PbSO4阻塞，電解液不能及阻塞，電解液不能及時(shí)滲透，造成孔隙內(nèi)的電解液密度急劇下降，使蓄電池端電壓很快下降至終止電壓。時(shí)滲透，造成孔隙內(nèi)的電解液密度急劇下降，使蓄電池端電壓很快下降至終止電壓。電解液溫度的影響電解液溫度的影響電解液溫度低，粘度

43、大，滲透能力下降電解液溫度低，粘度大，滲透能力下降 蓄電池的容量下降蓄電池的容量下降電解液的溶解度與電離度也隨溫度降低而降低電解液的溶解度與電離度也隨溫度降低而降低溫度每下降溫度每下降1，容量下降約為，容量下降約為1(小電流放電小電流放電)或或2(大電流放電大電流放電)；t=035范圍時(shí)，可以將范圍時(shí)，可以將t下的實(shí)際放電容量下的實(shí)際放電容量Ct折算成折算成25時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)容量時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)容量C25，即即C25=Ct/1+ k(t-25) 式中：式中：k-溫度補(bǔ)償系數(shù)，溫度補(bǔ)償系數(shù)，10h、5h、3h和和1h放電時(shí)，放電時(shí)，k的取值依次為的取值依次為0.006/、0.007/、0.008/和和0.01

44、/。電解液密度的影響電解液密度的影響 密度過(guò)低時(shí)會(huì)因?yàn)殡x子數(shù)量少而導(dǎo)致容量下降；密度過(guò)高則又會(huì)因?yàn)槠湔扯仍雒芏冗^(guò)低時(shí)會(huì)因?yàn)殡x子數(shù)量少而導(dǎo)致容量下降；密度過(guò)高則又會(huì)因?yàn)槠湔扯仍龃?、滲透能力降低、內(nèi)阻增大、極板容易硫化而導(dǎo)致容量下降。大、滲透能力降低、內(nèi)阻增大、極板容易硫化而導(dǎo)致容量下降。對(duì)于起動(dòng)型蓄電池，在防止冬季使用時(shí)電解液結(jié)冰的前提下，盡可能采用偏低密對(duì)于起動(dòng)型蓄電池，在防止冬季使用時(shí)電解液結(jié)冰的前提下，盡可能采用偏低密度的電解液度的電解液鉛酸蓄電池的特性及充、放電特性鉛酸蓄電池的特性及充、放電特性測(cè)定電解液的濃度來(lái)了解鉛酸蓄電池的電動(dòng)勢(shì)與開(kāi)路電壓測(cè)定電解液的濃度來(lái)了解鉛酸蓄電池的電動(dòng)勢(shì)與開(kāi)

45、路電壓鉛酸蓄電池充電特性鉛酸蓄電池充電特性 鉛酸蓄電池恒電流放電特性鉛酸蓄電池恒電流放電特性蓄電池的放電電壓還與放電電流密切相關(guān)，大電流放電時(shí)蓄電池的端電壓下降明顯。蓄電池的放電電壓還與放電電流密切相關(guān)，大電流放電時(shí)蓄電池的端電壓下降明顯。平緩部分縮短平緩部分縮短(圖中圖中BC段段)，曲線的斜率也很大，放電時(shí)間縮短。，曲線的斜率也很大，放電時(shí)間縮短。測(cè)定電解液的濃度來(lái)了解鉛酸蓄電池的電動(dòng)勢(shì)與開(kāi)路電壓測(cè)定電解液的濃度來(lái)了解鉛酸蓄電池的電動(dòng)勢(shì)與開(kāi)路電壓鉛酸蓄電池充電特性鉛酸蓄電池充電特性 鉛酸蓄電池恒電流放電特性鉛酸蓄電池恒電流放電特性充電曲線充電曲線放電曲線放電曲線鉛酸蓄電池的性能指標(biāo)鉛酸蓄電池

46、的性能指標(biāo)電池組型號(hào)電池組型號(hào)FT7C-HEVFT7C-HEV電壓電壓(V)1212長(zhǎng)度寬度高度長(zhǎng)度寬度高度(mm) 1501508783容積容積/L1.081.08質(zhì)量質(zhì)量/kg2.72.73 3小時(shí)率容量小時(shí)率容量(Ah)6.36.3輸出功率輸出功率(DOD505,2S)%100100充入功率充入功率(DOD505,2S)%220220以上以上PSOCPSOC循環(huán)壽命循環(huán)壽命400400以上以上以以10C3放電電流放電時(shí)放電電流放電時(shí),其容量為其容量為50%,以以C3放電電流放電時(shí)放電電流放電時(shí),容量可達(dá)容量可達(dá)95%以上；以上；比能量隨比功率的增加而減少；比能量隨比功率的增加而減少；放電

47、深度超過(guò)放電深度超過(guò)50%，輸出功率明顯下降。放電深度越深，需要的輸入功率越大。，輸出功率明顯下降。放電深度越深，需要的輸入功率越大。危害危害 鉛毒鉛毒 鉛酸電池工廠的鉛塵鉛酸電池工廠的鉛塵 對(duì)人體的毒害對(duì)人體的毒害 酸霧酸霧 銻和砷、鎘銻和砷、鎘 2、鋰離子電池、鋰離子電池(Lithium-ion)分別用兩個(gè)能可逆地嵌入與脫嵌鋰離子的化合物作分別用兩個(gè)能可逆地嵌入與脫嵌鋰離子的化合物作為正、負(fù)極構(gòu)成的二次電池為正、負(fù)極構(gòu)成的二次電池特征特征:沒(méi)有一般電池中的氧化沒(méi)有一般電池中的氧化還原反應(yīng)，電池反應(yīng)的容量可通過(guò)嵌入正極活性物質(zhì)還原反應(yīng)，電池反應(yīng)的容量可通過(guò)嵌入正極活性物質(zhì)中鋰的量確定中鋰的量

48、確定種類種類:根據(jù)電解質(zhì)材料的不同，可分為液態(tài)鋰離子電池根據(jù)電解質(zhì)材料的不同，可分為液態(tài)鋰離子電池(Lithium Ion Battery, 簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱為為L(zhǎng)IB)和聚合物鋰離子電池和聚合物鋰離子電池(Polymer Lithium Ion Battery, 簡(jiǎn)稱為簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)IP)兩大類兩大類. 聚合物電解質(zhì)可分為聚合物固體電解質(zhì)、聚合物干態(tài)電解質(zhì)、凝膠電解質(zhì)。聚合物聚合物電解質(zhì)可分為聚合物固體電解質(zhì)、聚合物干態(tài)電解質(zhì)、凝膠電解質(zhì)。聚合物膠體電解質(zhì)被廣泛采用，前景廣闊，聚合物鋰離子電池已被譽(yù)為下一代鋰離子電池。膠體電解質(zhì)被廣泛采用，前景廣闊，聚合物鋰離子電池已被譽(yù)為下一代鋰離子電池。電解質(zhì)電解質(zhì)殼

49、體殼體/ /包裝包裝隔膜隔膜集流體集流體液態(tài)鋰離子電池液態(tài)鋰離子電池液態(tài)液態(tài)不銹鋼、鋁不銹鋼、鋁25PE(25PE(聚乙烯薄膜聚乙烯薄膜)銅箔和鋁箔銅箔和鋁箔聚合物鋰離子電池聚合物鋰離子電池膠體聚合物膠體聚合物鋁鋁/PP/PP復(fù)合膜復(fù)合膜沒(méi)有隔膜或幾個(gè)沒(méi)有隔膜或幾個(gè)PEPE銅箔和鋁箔銅箔和鋁箔五、幾種典型的二次電池五、幾種典型的二次電池液態(tài)鋰離子電池的主要優(yōu)點(diǎn)液態(tài)鋰離子電池的主要優(yōu)點(diǎn)(1)能量密度高，為同等容量的能量密度高，為同等容量的i-d或或i-電池的電池的1.5倍；倍；(2)電壓高，端電壓電壓高，端電壓3.7，為，為i-d或或i-電池電壓的倍；電池電壓的倍；(3)無(wú)污染，環(huán)保；無(wú)污染，環(huán)

50、保； (4)循環(huán)壽命長(zhǎng)，壽命超過(guò)循環(huán)壽命長(zhǎng)，壽命超過(guò)1000次；次；(5)負(fù)載特性好，可以大電流連續(xù)放電，負(fù)載特性好，可以大電流連續(xù)放電，適合于動(dòng)力電源；適合于動(dòng)力電源；(6)安全性好。安全性好。聚合物鋰離子電池的主要優(yōu)點(diǎn)聚合物鋰離子電池的主要優(yōu)點(diǎn)(1)具有液態(tài)鋰離子電池的優(yōu)良性能；具有液態(tài)鋰離子電池的優(yōu)良性能；(2)容易裝配，可制成任意形狀和尺寸的電池；容易裝配，可制成任意形狀和尺寸的電池；(3)電池很輕、很薄，可制成厚度僅電池很輕、很薄，可制成厚度僅lmm的極薄的極薄電池，一只電池，一只12V的電池組可以只有的電池組可以只有3mm;(4)不存在游離電解質(zhì)，電池可以在低壓下工作不存在游離電解

51、質(zhì)，電池可以在低壓下工作,消除了漏液?jiǎn)栴}；消除了漏液?jiǎn)栴}；(5)電池結(jié)構(gòu)可大大簡(jiǎn)化，不需要金屬外殼和高電池結(jié)構(gòu)可大大簡(jiǎn)化，不需要金屬外殼和高壓排氣裝置，不會(huì)產(chǎn)生燃燒爆炸等安全問(wèn)題；壓排氣裝置，不會(huì)產(chǎn)生燃燒爆炸等安全問(wèn)題；(6)可以簡(jiǎn)化甚至取消充電保護(hù)裝置；可以簡(jiǎn)化甚至取消充電保護(hù)裝置；(7) 不會(huì)發(fā)生液體電液泄露現(xiàn)象，外殼可采用鋁不會(huì)發(fā)生液體電液泄露現(xiàn)象，外殼可采用鋁塑復(fù)合薄膜制造，提高比容量。質(zhì)量比能量比塑復(fù)合薄膜制造，提高比容量。質(zhì)量比能量比目前的液態(tài)鋰離子電池提高目前的液態(tài)鋰離子電池提高50以上；以上；(8) 在工作電壓、充放電循環(huán)壽命等方面都比液在工作電壓、充放電循環(huán)壽命等方面都比液態(tài)

52、鋰離子電池有所提高。態(tài)鋰離子電池有所提高。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)液態(tài)鋰離子電池的組成液態(tài)鋰離子電池的組成形狀：方形和圓柱形兩種；形狀：方形和圓柱形兩種；組成：正極、負(fù)極、正極板、負(fù)極板、隔膜、電解液、外殼、頂蓋和密封圈等。動(dòng)組成：正極、負(fù)極、正極板、負(fù)極板、隔膜、電解液、外殼、頂蓋和密封圈等。動(dòng)力型鋰電池總成通常由若干個(gè)電池組組成，并帶有電池管理力型鋰電池總成通常由若干個(gè)電池組組成，并帶有電池管理ECU、安全開(kāi)關(guān)、荷電、安全開(kāi)關(guān)、荷電量傳感器量傳感器ASSY、接線盒、冷卻風(fēng)扇和遙控顯示屏等。、接線盒、冷卻風(fēng)扇和遙控顯示屏等。負(fù)極材料負(fù)極材料碳材料被廣泛地用作電池負(fù)極。目前研究得較多且較為成功的碳負(fù)極材料有石

53、碳材料被廣泛地用作電池負(fù)極。目前研究得較多且較為成功的碳負(fù)極材料有石墨、乙炔黑、微珠碳、石油焦、碳纖維、裂解聚合物和裂解碳等。墨、乙炔黑、微珠碳、石油焦、碳纖維、裂解聚合物和裂解碳等。正極材料正極材料正極活性物質(zhì)主要有正極活性物質(zhì)主要有LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2和和LiMn2O4等，其中等，其中LiCoO2正正極材料被廣泛采用。材料鈷成本較高，資源缺乏。因此，必須開(kāi)發(fā)少用鈷、不極材料被廣泛采用。材料鈷成本較高，資源缺乏。因此，必須開(kāi)發(fā)少用鈷、不用鈷或廉價(jià)易得的材料，如用鎳或錳來(lái)取代鈷，這樣電池單價(jià)才可降低。用鈷或廉價(jià)易得的材料，如用鎳或錳來(lái)取代鈷，這樣電池單價(jià)才可降低。 液態(tài)電解

54、質(zhì)液態(tài)電解質(zhì)其溶劑為無(wú)水有機(jī)物，如其溶劑為無(wú)水有機(jī)物，如EC (ethyl carbonate)、PC(propylene carbonate)、DMC (dimethyl carbonate)、DEC(diethyl carbonate)等，其中由導(dǎo)電鹽等，其中由導(dǎo)電鹽LiPF和混合溶劑和混合溶劑ECDMC的組成電解質(zhì)具有較高的離子導(dǎo)電率與較好的電化學(xué)的組成電解質(zhì)具有較高的離子導(dǎo)電率與較好的電化學(xué)穩(wěn)定性。在商用鋰離子電池的電解液中被廣泛采用。穩(wěn)定性。在商用鋰離子電池的電解液中被廣泛采用。隔膜：采用聚烯微多孔膜如隔膜：采用聚烯微多孔膜如PE、PP或它們的復(fù)合膜。或它們的復(fù)合膜。外殼：采用鋼或鋁

55、材料，蓋體組件應(yīng)具有防爆斷電的功能外殼：采用鋼或鋁材料，蓋體組件應(yīng)具有防爆斷電的功能聚合物鋰離子電池的組成聚合物鋰離子電池的組成負(fù)極：高分子導(dǎo)電材料，如聚乙炔、人造石墨、聚苯胺或聚對(duì)苯酚等；負(fù)極：高分子導(dǎo)電材料，如聚乙炔、人造石墨、聚苯胺或聚對(duì)苯酚等；正極：正極：LiCoO2、Lin2O、Li(CFSO2)2N和和LiNiO 2等；等；電解質(zhì)：電解質(zhì)：LiPF6/有機(jī)碳酸脂混合物等；電極采用氧化釩有機(jī)碳酸脂混合物等；電極采用氧化釩(VOx)及石墨制成。及石墨制成。 鋰離子聚合物電池的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是可多層薄膜組成，鋰聚合物電池總厚度可以為鋰離子聚合物電池的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是可多層薄膜組成，鋰聚合物電池總厚度

56、可以為0.1mm或更薄，工作溫度為或更薄，工作溫度為60100額定電壓額定電壓/V2020放電壽命放電壽命/次次(80%DOD)1000 1000 額定容量額定容量/Ah (C3)1010比能量比能量/Whkg115 115 最大電流最大電流/A365365能量密度能量密度/Wh/L220 220 比功率比功率/W/kg315315質(zhì)量質(zhì)量/kg15.715.7功率密度功率密度/W/L445445體積體積/L1111鋰離子聚合物電池的性能鋰離子聚合物電池的性能產(chǎn)品型號(hào)產(chǎn)品型號(hào)外形尺寸外形尺寸(mm)額定容量額定容量(Ah)電壓電壓(V)內(nèi)阻內(nèi)阻(m)重量重量(g)比能量比能量Whkg能量密度能

57、量密度/Wh/LIMP2680130S IMP2680130S 2626808014514520203.83.84 4680680112112252252IMP35110140S IMP35110140S 353511011015515540403.83.83 313001300117117255255IMP50110140S IMP50110140S 505011011015515560603.83.83 316001600143143267267IMP50110180S IMP50110180S 505011011019519580803.83.82 2230023001321322832

58、83 動(dòng)力鋰電池規(guī)格表動(dòng)力鋰電池規(guī)格表 2003年年，三菱汽，三菱汽車(chē)公司開(kāi)發(fā)車(chē)公司開(kāi)發(fā)EV用鋰離子用鋰離子單蓄電池和單蓄電池和HEV用鋰離子用鋰離子蓄電池總成的蓄電池總成的技術(shù)指標(biāo)。技術(shù)指標(biāo)。特點(diǎn)是比功率高，特點(diǎn)是比功率高，非常適合非常適合HEV對(duì)蓄電池的要對(duì)蓄電池的要求。該電池已求。該電池已被用于三菱汽被用于三菱汽車(chē)公司開(kāi)發(fā)車(chē)公司開(kāi)發(fā)EV和和HEV上。上。EV用用 LEV95P 單電池的技術(shù)指標(biāo)單電池的技術(shù)指標(biāo)HEV用用LEC33 鋰離子單電池的主要性能指標(biāo)鋰離子單電池的主要性能指標(biāo) “日本未來(lái)汽車(chē)的基礎(chǔ)日本未來(lái)汽車(chē)的基礎(chǔ)新一代電池技術(shù)研究會(huì)新一代電池技術(shù)研究會(huì)”對(duì)對(duì)EV用鋰離子單蓄電池和

59、用鋰離子單蓄電池和HEV用鋰離子蓄電池現(xiàn)狀的調(diào)查結(jié)果和確定的用鋰離子蓄電池現(xiàn)狀的調(diào)查結(jié)果和確定的2010年的技術(shù)指標(biāo)開(kāi)發(fā)目標(biāo)年的技術(shù)指標(biāo)開(kāi)發(fā)目標(biāo)鋰離子電池的特點(diǎn)是能量密度高、質(zhì)量輕，能量密度高約為鉛酸電池的鋰離子電池的特點(diǎn)是能量密度高、質(zhì)量輕，能量密度高約為鉛酸電池的3倍，鎳系倍，鎳系電池的電池的1.52倍。采用該鋰離子電池由于自重減輕，續(xù)駛里程可以達(dá)到倍。采用該鋰離子電池由于自重減輕，續(xù)駛里程可以達(dá)到200km以上，以上，單節(jié)電池的放電特性如下圖所示。單節(jié)電池的放電特性如下圖所示。鋰離子蓄電池的命名規(guī)則鋰離子蓄電池的命名規(guī)則GBGBZ 18333.1-2001Z 18333.1-2001對(duì)電

60、動(dòng)道路車(chē)輛用鋰離子蓄電池的規(guī)定對(duì)電動(dòng)道路車(chē)輛用鋰離子蓄電池的規(guī)定 鋰離子蓄電池的額定容量用鋰離子蓄電池的額定容量用C C3 3表示，即在表示，即在202055條件下，以條件下，以1I1I3 3(A) (I(A) (I3 3= = C C3 3/3)/3)電流放電達(dá)到放電終止電壓電流放電達(dá)到放電終止電壓( (最低為最低為2.52V)2.52V)蓄電池所輸出的電量。蓄電池所輸出的電量。 命名規(guī)則為：用命名規(guī)則為：用I I代表了鋰離子蓄電池，代表了鋰離子蓄電池，C C代表了氧化鈷鋰正極，代表了氧化鈷鋰正極，N N代表了氧代表了氧化鎳鋰正極，化鎳鋰正極，M M代表了氧化錳鋰正極，代表了氧化錳鋰正極，P