新能源汽車電池板塊培訓(xùn)

新能源汽車培訓(xùn)課件課時：4H

湛魏重要等級：★★★★★指采用非常規(guī)車用燃料作為動力來源（或使用常規(guī)車用燃料、采用新型車載動力裝置），綜合車輛的動力控制和驅(qū)動方面的先進技術(shù)，形成的技術(shù)原理先進、具有新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的汽車。新能源汽車概念純電動汽車（BEV）、混合動力汽車（油氣混合、油電混合、插電混合）、燃料電池電動汽車（FCEV）、燃氣汽車（液化天然氣、壓縮天然氣）、液化石油氣汽車、氫能源動力汽車、太陽能汽車和其他新能源（如高效儲能器）汽車等。新能源汽車類型電池技術(shù)、電機技術(shù)、電控技術(shù)新能源汽車的關(guān)鍵技術(shù)鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鋰離子電池、燃料電池、太陽能電池、其他動力電池。新能源汽車的電池種類新能源汽車簡單介紹前言Introduction內(nèi)燃機汽車的心臟是動力系統(tǒng)，但是新能源車的心臟則是電池系統(tǒng)，因為電池系統(tǒng)的優(yōu)劣直接關(guān)系到車的行駛里程、使用便利性等等情況，而目前新能源動力車型最大的技術(shù)瓶頸也恰恰限制在了電池系統(tǒng)上，比如充電時間、充電效率、能量密度以及體積、材質(zhì)、安全或者質(zhì)量等等。

TRANSITION01第一部份★動力電池的定義★動力電池的工作原理及性能參數(shù)★動力電池的分類Powerbattery了解動力電池動力電池的定義動力電池即為工具提供動力來源的電源，多指為電動汽車、電動列車、電動自行車、高爾夫球車提供動力的蓄電池。電動汽車用電池的主要性能指標是比能量(E)、能量密度(Ed)、比功率(P)、循環(huán)壽命(L)和成本(C)等。要使電動汽車能與燃油汽車相競爭，關(guān)鍵就是要開發(fā)出比能量高、比功率大、使用壽命長的高效電池。1、動力電池的定義LOGOTEXTHERE電池正極P和負極N都浸在電解液E中。放電時，負極發(fā)生氧化反應(yīng)向外電路釋放電子，正極發(fā)生還原反應(yīng)，從外電路得到電子。充電時，過程正好相反，負極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，正極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)。2、電池的工作原理及性能參數(shù)分類方法電池種類按工作性質(zhì)原電池、蓄電池、燃料電池、儲備電池按電解質(zhì)酸性電池、堿性電池、中性電池、有機電解質(zhì)電池、非水無機電解質(zhì)電池、固體電解質(zhì)電池按電池特性高容量電池、密封電池、高功率電池、免維護電池、防爆電池按正負極材料鋅錳電池系列、鎳鎘鎳氫系列、酸鉛系列、鋰電池系列8物理電池化學(xué)電池生物電池電池的分類利用光、熱、物理吸附等物理能量發(fā)電，如太陽能電池、超級電容器、飛輪電池等。利用生物化學(xué)反應(yīng)發(fā)電，如微生物電池、酶電池、生物太陽能電池等。3、動力電池的分類化學(xué)電池LOGOTEXTHERE化學(xué)電池的分類一次電池/原電池鋅錳干電池Zn│NH4Cl·ZnCl2│MnO2(C)鋅汞電池Zn│KOH│HgO銀鋅電池Zn│KOH│Ag2O二次電池/蓄電池鉛酸電池Pb│H2SO4│PbO2。鎳鎘電池Cd│KOH│NiOOH鎳氫電池H2│KOH│NiOOH鋰離子電池LiCoO2│有機溶劑│6C。鋅空氣電池Zn│KOH│O2(空氣)。儲備電池/激活電池鎂銀電池Mg│MgCl2│AgCl鈣熱電池Ca│LiCl-KCl│CaCrO4(Ni)。鉛高氯酸電池Pb│HclO4│PbO2。燃料電池/連續(xù)電池氫燃料電池H2│KOH│O2。肼空燃料電池N2H4│KOH│O2(空氣)TRANSITION02第二部份主流動力電池介紹Themainstreampowerbatteryisintroduced★鉛酸蓄電池★鎳氫電池★鋰離子電池★燃料電池主流新能源汽車電池一覽比亞迪E6：磷酸鐵鋰電池北汽E150：鎳鈷錳與磷酸鐵鋁電池混合特斯拉MODELS：鎳鈷鋁三元電池一汽奔騰B70：氫燃料電池新能源汽車常用動力電池01020304鉛酸蓄電池鋰離子電池鎳氫電池燃料電池1）除鋰離子電池外，在常用蓄電池中，鉛酸蓄電池的電壓最高，為2.0V；2）價格低廉；3）可制成小至1A·h大至幾千安時的各種尺寸和結(jié)構(gòu)的蓄電池；4）高倍率放電性能良好，可用于引擎啟動；5）高低溫性能良好，可在-40~60℃條件下工作；6）電能效率高達60%；7）易于浮充使用，沒有“記憶”效應(yīng)；1）比能量低，在電動汽車中所占的質(zhì)量和體積比較大，一次充電行駛里程短；

2）使用壽命短；

3）充電時間長；

4）鉛是重金屬，存在污染。鉛酸蓄電池的特點缺點M+Ni(OH)2→MH+NiOOH(充電反應(yīng))陽極：Ni(OH)2+OH--e-→NiOOH+H2O陰極：M+H2O+e-→MH+OH-MH+NiOOH→M+Ni(OH)2(放電反應(yīng))負極：MH+OH--e-→M+H2O正極：NiOOH+H2O+e-→Ni(OH)2+OH-鎳氫電池正極是活性物質(zhì)氫氧化鎳，負極是儲氫合金，用氫氧化鉀作為電解質(zhì)，在正負極之間有隔膜，共同組成鎳氫單體電池。在金屬鉑的催化作用下，完成充電和放電的可逆反應(yīng)。構(gòu)造及工作原理2、鎳氫電池—運用電動汽車鎳氫電池的特點能耐過充過放。4無污染。鎳氫電池不含鉛、鎘等對人體有害的金屬。3比功率高。目前商業(yè)化的鎳氫功率型電池能做到1350W/kg。1循環(huán)次數(shù)多。目前電動車鎳氫動力電池，80%放電深度可循環(huán)1000次以上，是鉛酸蓄電池的3倍以上。2使用溫度范圍寬。正常使用溫度范圍寬-30~55℃；儲存溫度范圍-40~70℃。6無記憶效應(yīng)。5安全可靠。短路、擠壓、針刺、安全閥工作能力、跌落、加熱、耐振動等安全性、可靠性試驗無爆炸、燃燒現(xiàn)象。7鎳氫電池具有無污染、高比能、大功率、快速充放電、耐用性等許多優(yōu)異特性。與鉛蓄電池相比，鎳氫電池除具有比能量高、質(zhì)量輕、體積小、循環(huán)壽命長的特點外，還具有以下特點。工作原理電池在充電時，鋰離子從正極材料晶格中脫出，通過電解質(zhì)溶液和隔膜，嵌入到負極中；放電時，鋰離子從負極脫出，通過電解質(zhì)溶液和隔膜，嵌入到正極材料晶格中。在整個充放電過程中，鋰離子往返于正負極之間。3、鋰離子電池—大規(guī)模普及17優(yōu)點缺點1)工作電壓高。鋰離子電池工作電壓為3.6V，是鎳氫和鎳鎘電池工作電壓的3倍。2)比能量高。鋰離子電池比能量已達到150W·h/kg，是鎳鎘電池的3倍，鎳氫電池的1.5倍。3)循環(huán)壽命長。目前鋰離子電池循環(huán)壽命已達到1000次以上，在低放電深度下可達幾萬次，超過了其他幾種二次電池。4)自放電率低。鋰離子電池月自放電率僅為6%~8%，遠低于鎳鎘電池25%~30%和鎳氫電池15%~20%。5)無記憶性?？呻S時充電，而不會降低電池性能。6)對環(huán)境無污染。鋰離子電池中不存在有害物質(zhì)，是名副其實的“綠色電池”。7)能夠制造成任意形狀。1)成本高。主要是正極材料LiCoO2的價格高，但按單位瓦時的價格計算，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)必須有特殊的保護電路，以防止過充。鋰電池的特點1802.燃料種類03.使用類型04.燃料狀態(tài)05.運行機理氫燃料電池、甲醇燃料電池、乙醇燃料電池直接型燃料電池、間接型燃料電池、再生型燃料電池

液體型燃料電池、氣體型燃料電池酸性燃料電池、堿性燃料電池.燃料電池01.電解質(zhì)Click質(zhì)子交換膜燃料電池、堿性燃料電池、磷酸燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池、直接甲醇燃料電池、再生型燃料電池、鋅空燃料電池、質(zhì)子陶瓷燃料電池.燃料電池是一種化學(xué)電池，基于燃料、氧化劑基礎(chǔ)上，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時直接將釋放出的能量變換為電能。分類方法燃料電池種類06.工作溫度低溫型（<200℃）、中溫型（200~750℃）、高溫型（750~1000℃）、超高溫型（>1000℃）0419優(yōu)點缺點

燃料電池的特點1)節(jié)能、轉(zhuǎn)換效率高。燃料電池的運轉(zhuǎn)效率約為50%~70%，低功率下的運轉(zhuǎn)效率高，其短時間的過載能力可以達到額定功率的200%，適合于汽車的加速和爬坡。2)排放基本達到零污染。碳氫化合物燃料電池主要生成物質(zhì)為水、C02、CO等，屬于“超低污染”；氫氧燃料電池的反應(yīng)物只有清潔的水。3)無振動和噪聲，壽命長。發(fā)生的是電化學(xué)反應(yīng)，過程中沒有噪聲和機械振動的產(chǎn)生，從而減少機械器件的磨損，延長了使用壽命。4)結(jié)構(gòu)簡單，運行平穩(wěn)。能量轉(zhuǎn)化在靜態(tài)下完成，結(jié)構(gòu)比較簡單，構(gòu)件的加工精度要求低。1)燃料種類單一。主要是液態(tài)氫、氣態(tài)氫以及碳水化合物經(jīng)過重整后轉(zhuǎn)換的氫，氫氣的產(chǎn)生、存儲、保管、運輸和灌裝或重整，都比較復(fù)雜，對安全性要求高。2)要求高質(zhì)量的密封。燃料電池組中的單體電池間的電極連接時，必須要有嚴格的密封，否則氫氣泄漏會降低氫的利用率并嚴重影響燃料電池發(fā)動機的效率，還會引起氫氣燃燒事故。3)價格高。制造成本高，電池價格昂貴。4)需要配備輔助電池系統(tǒng)。通常在燃料電池汽車上還要增加輔助電池，來儲存燃料電池富裕的電能和汽車在減速時接受再生制動的能量。各種動力電池技術(shù)方案比較。性能指標℃鉛酸電池鎳氫電池磷酸鐵鋰錳酸鋰工作電壓（V）2.01.23.63.6比能（wh/kg）3070140110循環(huán)壽命（次）300-500500>2000>500成本最低高較高低自放率4-5%30-35%<5%<5%記憶效應(yīng)無有無無使用溫度（℃）-40-60-30-50-20-60-20-60有害物質(zhì)鉛///TRANSITION03第三部份動力電池管理系統(tǒng)BATTERYMANAGEMENTSYSTEM★動力電池管理系統(tǒng)定義及結(jié)構(gòu)★動力電池管理系統(tǒng)功能電動汽車電池管理系統(tǒng)(BMS)是連接車載動力電池和電動汽車的重要紐帶，主要功能包括:電池物理參數(shù)實時監(jiān)測;電池狀態(tài)估計;在線診斷與預(yù)警;充、放電與預(yù)充控制;均衡管理和熱管理等。二次電池存在下面的一些缺點，如存儲能量少、壽命短、串并聯(lián)使用問題、使用安全性、電池電量估算困難等。電池的性能是很復(fù)雜的，不同類型的電池特性亦相差很大。電池管理系統(tǒng)(BMS)主要就是為了能夠提高電池的利用率，防止電池出現(xiàn)過充電和過放電，延長電池的使用壽命，監(jiān)控電池的狀態(tài)。定義簡介結(jié)構(gòu)組成：數(shù)據(jù)采集模塊、主控模塊、通訊模塊、均衡模塊、人機接口模塊、故障診斷模塊等組成。動力電池管理系統(tǒng)功能165432BMS動力電池的維護技術(shù)動力電池的熱管理動力電池的電量管理動力電池管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集原理動力電池充放電管理動力電池均衡控制與管理1、數(shù)據(jù)采集模塊LOGOTEXTHERE采集動力電池的電壓、溫度、電流等參數(shù)，為電量管理、均衡管理、熱管理、故障診斷等模塊提供一次參數(shù)。數(shù)據(jù)采集模塊123單體電壓采集：繼電器陣列法、恒流源法、隔離運放采集法、壓頻轉(zhuǎn)換電路采集法、線性光耦合放大電路采集法溫度采集：熱敏電阻、熱電偶、集成溫度傳感器電流采集方法：分流器、霍爾式電流傳感器2、動力電池充放電管理LOGOTEXTHERE01020304動力電池充電過程中與非車載充電機之間連接和通訊對充電電流、電池電壓等參數(shù)進行監(jiān)控，防止動力電池出現(xiàn)過充現(xiàn)象對電池放電電流進行監(jiān)控，防止過電流對電池造成損壞對電池放電深度進行控制，防止電池過放電影響電池使用壽命4、動力電池的電量管理LOGOTEXTHERE電量管理意義影響因素估算方法保護蓄電池，把SOC控制在一定范圍內(nèi)提高整車性能，充分利用蓄電池降低對動力電池的要求，充分利用蓄電池提高經(jīng)濟性，選擇較低容量的蓄電池充放電管理、溫度、電池容量衰減、自放電、一致性。開路電壓法—UPS和儲能電池容量積分法—簡單易行，但缺點是精度不高和誤差累積模糊邏輯推理與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法—精度較高，但需大量數(shù)據(jù)卡爾曼濾波法—適用廣泛，精度較高，但工程復(fù)雜準確估測動力電池組的荷電狀態(tài)(StateofCharge，即SOC)，即電池剩余電量，保證SOC維持在合理的范圍內(nèi)。27過高或過低的溫度都將直接影響動力電池的使用壽命和性能，并可能導(dǎo)致電池系統(tǒng)的安全問題；電池箱內(nèi)溫度場的長久不均勻分布將造成各電池模塊、單體間性能的不均衡。功能意義電池溫度的準確測量和監(jiān)控；電池組溫度過高時的有效散熱和通風(fēng)；低溫條件下的快速加熱；有害氣體產(chǎn)生時的有效通風(fēng)；保證電池組溫度場的均勻分布。5、動力電池的熱管理28010203空冷按照散熱風(fēng)道結(jié)構(gòu)空冷系統(tǒng)可分為串行通風(fēng)方式和并行通風(fēng)方式兩種最有效、最直接液冷按照是否有內(nèi)部加熱或制冷裝置可分為被動式和主動式兩種。被動系統(tǒng)成本較低，采取的設(shè)施相對簡單;主動系統(tǒng)相對復(fù)雜，并且需要更大的附加功率，但效果較為理想。相變材料寒冷地區(qū)使用的動力電池可以使用加熱線、加熱膜、加熱板等對電池進行加熱。按照傳熱介質(zhì)，可將電池組熱管理系統(tǒng)分為空冷、液冷和相變材料冷卻三種6、動力電池的維護技術(shù)LOGOTEXTHERE電池組的結(jié)構(gòu)拓撲是首先需要解決的問題，這是由于單個電池的容量往往存在限制，想要做到100Ah以上，電動汽車電源系統(tǒng)的維護包括常規(guī)維護、重點維護、貯存維護