新能源汽車動力電池技術(shù)：各類動力電池的工作原理及應(yīng)用課件

各類動力電池的工作原理及應(yīng)用新能源汽車動力電池技術(shù)汽車電源系統(tǒng)的組成01一、汽車電源系統(tǒng)的組成1.電動汽車12V電源系統(tǒng)與傳統(tǒng)汽車的區(qū)別發(fā)電機(jī)和蓄電池一、汽車電源系統(tǒng)的組成電動汽車的電源系統(tǒng)主電源(高壓電)輔助電源(低壓電)無發(fā)電機(jī)主電源輔助電源一、汽車電源系統(tǒng)的組成

電動汽車12V電源系統(tǒng)主要由蓄電池、DC/DC轉(zhuǎn)換器及相關(guān)配電裝置組成。北汽ev200發(fā)動機(jī)艙內(nèi)包括高壓控制器、電機(jī)控制器、DC/DC轉(zhuǎn)換器、車載充電機(jī)等組成比亞迪e5高壓電控總成俗稱四合一，包括集成電機(jī)控制模塊、車載充電器模塊、DC/DC變換器模塊和高壓配電模塊。2.電動汽車12V電源系統(tǒng)的組成及結(jié)構(gòu)一、汽車電源系統(tǒng)的組成蓄電池是可以將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的一種裝置，一般簡稱為電池，俗稱為電瓶。常見的蓄電池一般分為四類，普通蓄電池、干荷蓄電池、濕荷蓄電池和免維護(hù)蓄電池。

普通免維護(hù)鉛酸蓄電池

電動汽車起動鐵電池（1）蓄電池一、汽車電源系統(tǒng)的組成

傳統(tǒng)免維護(hù)蓄電池外觀看，有正負(fù)兩個極柱，而電動汽車的蓄電池除了兩個極柱以外，還有一個低壓通訊線束連接器。在混合動力的有些車型上，起動鐵電池除正負(fù)極柱以外還有一個起動接線柱1）起動鐵電池結(jié)構(gòu)1-起動正極柱2-低壓正極柱3-負(fù)極柱4-通訊接口

混動汽車比亞迪秦起動鐵電池（右圖）一、汽車電源系統(tǒng)的組成比亞迪起動鐵電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意因為不需要給起動機(jī)提供大電流，所以相對而言比傳統(tǒng)汽車的電池容量要小一點。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖分析：起動鐵電池除了裝有存儲電能的極板外，還有進(jìn)行各類信號采集的控制器并且通過數(shù)據(jù)總線對外聯(lián)系。

一、汽車電源系統(tǒng)的組成2）起動鐵電池基本功能1）起動鐵電池是整車低壓負(fù)載的供電電源，并聯(lián)在DC/DC轉(zhuǎn)換器輸出端上，一般情況是DC/DC轉(zhuǎn)換器給起動鐵電池充電狀態(tài)，只有DC/DC轉(zhuǎn)換器輸出不足時，才參與整車負(fù)載供電。2）起動鐵電池極柱內(nèi)部連接電池管理器（BMS），其硬件過電流能力有限，因此禁止使用此起動鐵電池給其他燃油車輛搭車起動。3）起動鐵電池內(nèi)部包含電池管理器，其通過通訊口和整車模塊交互信息，所以必須保證通訊線路連接正常，否則起動鐵電池?zé)o法正常使用。注意：純電動汽車起動鐵電池不可隨意拆卸，也不可使用普通充電機(jī)進(jìn)行充電。一、汽車電源系統(tǒng)的組成3）起動鐵電池使用注意事項1）使用注意事項：A）在非OK電源檔時，請勿長時間開啟前照燈和音響等多媒體娛樂系統(tǒng)。B）電池極柱螺栓不要隨意更換其他型號，以免接觸電阻過大。C）未有效安裝在車輛上的起動電池（無CAN通訊），其電壓略低于正常安裝的0.4-0.6V左右，這是出于電池降低自身功耗的設(shè)計，屬于正常現(xiàn)象。在需要測量鐵電池的真實電壓時，需將電池正常連接于整車。2）充電注意事項：A）起動鐵電池不同于鉛酸電池，當(dāng)電壓低于12.8V時，建議及時充電。B）充電時請在整車OK檔充電。C）車下充電時，須采用恒壓限流方式，限制電壓在14V，電流30A以內(nèi)。切勿對電池串聯(lián)充電；D）起動鐵電池完成充電一般在2-3小時，當(dāng)充電電流降為0-1A時，停止充電。注：當(dāng)電池電壓低于7.5V時，須更換電池。一、汽車電源系統(tǒng)的組成（2）DC/DC轉(zhuǎn)換器1）DC/DC轉(zhuǎn)換器作用DC/DC轉(zhuǎn)換器為轉(zhuǎn)變輸入電壓后有效輸出固定電壓的電壓轉(zhuǎn)換器。動力電池將高壓電輸送至DC/DC轉(zhuǎn)換器，通過轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成14V左右的電壓給低壓供電系統(tǒng)供電，并給蓄電池充電，取代了傳統(tǒng)汽車中的發(fā)電機(jī)。整車電器動力電池組高壓配電模塊DC/DC轉(zhuǎn)換器低壓鐵電池CANCAN一、汽車電源系統(tǒng)的組成（2）DC/DC轉(zhuǎn)換器

目前，在新能源汽車中DC/DC轉(zhuǎn)換器有三種類型：（1）高低壓轉(zhuǎn)換器（輔助功率模塊）此模塊主要作用是取代傳統(tǒng)汽車的12V發(fā)電機(jī)，把高壓電池組的電壓降壓轉(zhuǎn)化為12V低壓電，供給低壓用電器，功率范圍從1~2.2KW。（2）12V電壓穩(wěn)壓器

穩(wěn)壓器用在部分起停系統(tǒng)中，在起動中避免電壓波動對一些敏感的負(fù)載造成影響或損壞，電壓穩(wěn)壓器的功率等級隨著用電器負(fù)荷而定。（3）高壓升壓器為了提高動力系統(tǒng)的效率，選用一個升壓器來提高逆變輸入的電壓，這個部件是動力總成的一部分，集成在動力總成中。1）DC/DC轉(zhuǎn)換器作用一、汽車電源系統(tǒng)的組成（2）DC/DC轉(zhuǎn)換器DC/DC轉(zhuǎn)換器一般安裝于發(fā)動機(jī)艙內(nèi)，在高壓控制模塊與車載充電機(jī)之間，將動力電池的高壓直流電轉(zhuǎn)換為低壓直流電給低壓蓄電池以及整車低壓用電系統(tǒng)供電。北汽EV200電動汽車2）DC/DC轉(zhuǎn)換器的類型一、汽車電源系統(tǒng)的組成（2）DC/DC轉(zhuǎn)換器DC/DC轉(zhuǎn)換器有四處接線口，分別是低壓輸出正極、低壓輸出負(fù)極、低壓控制端、高壓輸入端。3）DC/DC轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)任務(wù)1：12V電源系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)任務(wù)情景比亞迪E5車主反應(yīng)，車輛全車無電，儀表、燈光、喇叭等均不能工作，請根據(jù)相關(guān)信息進(jìn)一步的分析診斷。任務(wù)目標(biāo)能夠指出12V電源系統(tǒng)相關(guān)元件在車上的位置能夠掌握12V電源系統(tǒng)控制原理3.動力電池系統(tǒng)的作用動力電池系統(tǒng)作為電動汽車的動力源，主要為整車提供持續(xù)、穩(wěn)定的能量。作為整車的動力來源，其綜合性能直接影響整車的續(xù)航里程。動力電池系統(tǒng)主要用于接收和存儲由外置充電裝置和制動能量回收裝置提供的電能，并通過高壓配電模塊連接動力電池組件，為電動機(jī)、空調(diào)壓縮機(jī)、空調(diào)加熱器（PTC）、DC/DC轉(zhuǎn)換器等用電設(shè)備提供電能。一、汽車電源系統(tǒng)的組成(1)動力電池組的功用充電狀態(tài)：當(dāng)外接充電設(shè)備充電時，動力電池用于存儲電能。放電狀態(tài)：當(dāng)汽車行駛時，動力電池為電動機(jī)提供能量，通過電動機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動汽車行駛；能力回收：汽車減速制動或滑行時，電動機(jī)輸出的動能轉(zhuǎn)化為電能，儲存在動力電池中，從而增加電動汽車的續(xù)航里程，提高經(jīng)濟(jì)性。一、汽車電源系統(tǒng)的組成4.動力電池組的組成及結(jié)構(gòu)（2）動力電池組的安裝位置混合動力汽車電池體積小，常見安裝在后排座椅下方或后備箱內(nèi)。純電動汽車電池體積大，常見安裝于底盤中央。電動巴士電池安裝于行李箱內(nèi)一、汽車電源系統(tǒng)的組成動力電池組一般由動力電池模組、電池管理系統(tǒng)（BMS）、動力電池箱和輔助元器件等部分組成。

（3）動力電池組的組成結(jié)構(gòu)一、汽車電源系統(tǒng)的組成動力電池模組是由多個電池模塊或者單體電芯串聯(lián)組成的一個組合體電池模塊是由一組并聯(lián)的電池單體組合而成的電池單體是構(gòu)成動力電池模組的最小單元，一般是由正極、負(fù)極、電解質(zhì)（或電解液）和隔膜等組成，可以實現(xiàn)電能與化學(xué)能的直接轉(zhuǎn)換。單體電池電池模塊電池模組一、汽車電源系統(tǒng)的組成1）動力電池模組電池管理系統(tǒng)（BMS）是集監(jiān)測、控制與管理為一體的控制系統(tǒng)，與動力電池相互配合工作，是保護(hù)和管理動力電池的重要部件。電池管理系統(tǒng)主要是提高電池的利用率，在使用過程中提高電池的使用效率，延長電池的使用壽命，通過控制高壓控制模塊中的高壓繼電器來實現(xiàn)電動汽車的充電和放電，并且能將相關(guān)信息通過數(shù)據(jù)總線傳遞給整車控制器（VCU），進(jìn)行相關(guān)控制并且在儀表上進(jìn)行電池健康狀態(tài)等的顯示。2）電池管理系統(tǒng)（BMS）一、汽車電源系統(tǒng)的組成動力電池箱具有承載和保護(hù)動力電池組及電氣元件的作用，主要包含保險絲盒、上蓋和下托盤等。3）動力電池箱一、汽車電源系統(tǒng)的組成輔助元器件主要由動力電池組件內(nèi)部的電子元器件、維修開關(guān)等以外的輔助元器件，如密封條，絕緣材料等。4）輔助元器件一、汽車電源系統(tǒng)的組成任務(wù)4：動力電池系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)任務(wù)情景比亞迪E5車主反映，車輛無法行駛，儀表顯示動力電池故障，請根據(jù)相關(guān)信息進(jìn)一步的分析診斷。任務(wù)目標(biāo)能夠指出動力電池系統(tǒng)相關(guān)元件在車上的位置能夠掌握動力電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及原理高壓維修開關(guān)電氣部位布置一般有兩種:一種是位于高壓電源的正極，另一種是布置于電池組中間，其在電池正極與高壓維修開關(guān)有一段電路，如果采用此類布置方式，需要保證此段電路處于人體不能接觸區(qū)域。5）維修開關(guān)一、汽車電源系統(tǒng)的組成高壓維修開關(guān)作為高壓安全部件，它的操作部位布置還需遵循一些原則，包括以下三大方面：①操作部位應(yīng)能長期保持干燥，不易接觸到水、飲料等液體，并有適當(dāng)隔離物進(jìn)行隔離。②操作部位應(yīng)靠近駕駛?cè)?，以便緊急情況時駕駛?cè)四茌^快操作。③操作開關(guān)的布置應(yīng)易于操作，覆蓋物的拆卸不應(yīng)設(shè)計的太過煩瑣，以便緊急情況時能較快操作。5）維修開關(guān)一、汽車電源系統(tǒng)的組成

動力電池內(nèi)部的BMS實時采集各單體電池的電壓值、各溫度傳感器的溫度值、電池系統(tǒng)的總電壓值和總電流值，電池系統(tǒng)的絕緣電阻值等數(shù)據(jù)，實時監(jiān)控動力電池的工作狀態(tài)，通過數(shù)據(jù)分析判斷當(dāng)前動力電池系統(tǒng)是否工作正常，并對故障實時監(jiān)控。（3）動力電池系統(tǒng)控制原理一、汽車電源系統(tǒng)的組成任務(wù)6：高壓維修開關(guān)的檢測任務(wù)情景比亞迪E5車主反映，車輛不能行駛，請根據(jù)相關(guān)信息進(jìn)一步的分析診斷。任務(wù)目標(biāo)了解高壓維修開關(guān)的作用能夠?qū)Ω邏壕S修開關(guān)進(jìn)行拆裝和檢測二、鎳氫動力電池02二、鎳氫動力電池1、鎳氫電池組成結(jié)構(gòu)鎳氫電池也稱為鎳金屬氧化物電池。其一般由正負(fù)極、隔膜、電解液、安全閥、殼體等組成。（1）正極鎳氫電池的正極采用高孔率泡沫鎳或纖維鎳做導(dǎo)電骨架，其表面是氫氧化物制作而成。（2）負(fù)極鎳氫電池的負(fù)極是由骨架和儲氫合金組成的。（3）隔膜

鎳氫電池的隔膜采用尼龍無紡布或聚丙烯無紡布等材料，由于尼龍無紡布在堿性電解液中會發(fā)生解離，所以絕大多數(shù)采用聚丙烯無紡布。二、鎳氫動力電池1、鎳氫電池組成結(jié)構(gòu)

（5）殼體和安全閥鎳氫電池的外殼多采用鍍鎳薄鋼板，在電動汽車用的方形電池上，也有采用塑料外殼。安全閥安裝在鎳氫電池的頂部，其主要作用是在鎳氫電池過放電時，正極析出的氣體可以在負(fù)極消耗，電池內(nèi)部壓力保持平衡。（4）電解液

鎳氫電池的電解液一般是氫氧化鉀堿性溶液（KOH），有的鎳氫電池在電解液中加入少量的氫氧化鋰（LiOH）或氫氧化鈉（NaOH）。二、鎳氫動力電池1、鎳氫電池組成結(jié)構(gòu)型號含義：HF18/07/49，表示該鎳氫電池為方形，其寬為18mm，厚度為7mm，高度為49mm。方形圓形扣形二、鎳氫動力電池2、鎳氫電池的結(jié)構(gòu)類型（1）充電過程充電時，鎳氫電池正負(fù)極的電化學(xué)反應(yīng)為：正極：Ni(OH)2+OH-→NiOOH+H2O+e-負(fù)極：M+H2O+e-→MH+OH-在充電時，電解液中的水被分解為氫離子和氧化氫離子，負(fù)極吸收氫離子，負(fù)極的金屬變成為金屬氧化物。（2）放電過程放電時，鎳氫電池正負(fù)極的電化學(xué)反應(yīng)為：正極：NiOOH

+H2O+e-→Ni(OH)2+OH-負(fù)極：MH+OH-→M+H2O+e-放電時，正極析出氧化氫離子，負(fù)極析出氫離子，其在電解液中結(jié)合生產(chǎn)水，在正負(fù)極之間通過外部電路放出電能。

鎳氫電池充放電原理圖二、鎳氫動力電池3、鎳氫電池的工作原理（1）優(yōu)點：1）比功率大。2）循環(huán)壽命長，一般使用壽命5-10年。3）不含鉛、鎘等對人體有害金屬，無污染。4）耐過充電、過放電能力較強(qiáng)。5）無記憶效應(yīng)。6）使用溫度范圍寬。正常使用溫度范圍為-30~+60攝氏度。7）使用安全可靠。（2）缺點：1）成本較高，價格是鉛酸電池的5-8倍。2）單體電池的電壓較低，只有1.2V。3）自放電的損耗較大。4）環(huán)境溫度對蓄電池的放電電壓和放電容量有較大影響。二、鎳氫動力電池4、鎳氫電池的特點任務(wù)6：高壓維修開關(guān)的檢測任務(wù)情景比亞迪E5車主反映，車輛不能行駛，請根據(jù)相關(guān)信息進(jìn)一步的分析診斷。任務(wù)目標(biāo)了解高壓維修開關(guān)的作用能夠?qū)Ω邏壕S修開關(guān)進(jìn)行拆裝和檢測磷酸鐵鋰電池03鋰離子電池一般由正極、負(fù)極、隔膜、電解液（電解質(zhì)）、殼體和安全閥等組成。三、磷酸鐵鋰電池1、鋰離子電池組成結(jié)構(gòu)（1）正極鋰離子電池的正極活性物質(zhì)采用鋰過渡金屬氧化物，我們通常所說的鈷酸鋰電池、錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池等都是以鋰離子電池正極材料來命名的。（2）負(fù)極鋰離子電池的負(fù)極活性物質(zhì)主要采用碳素材料。目前常見的碳材料主要有石墨（分為人造石墨、天然石墨），碳素材料（軟碳、硬碳）等。（3）電解液（電解質(zhì)）鋰離子電池的電解液一般采用非水電解液、聚合物電解質(zhì)和固體電解質(zhì)三大類。鋰電池的電解質(zhì)應(yīng)具有高的導(dǎo)電能力，較好的穩(wěn)定性及安全性，所以在電解質(zhì)內(nèi)通常會加入適量添加劑。三、磷酸鐵鋰電池1、鋰離子電池組成結(jié)構(gòu)（5）殼體和安全閥鋰離子電池的殼體材質(zhì)需要兼顧強(qiáng)度要求和散熱性能。安全閥安裝于電池蓋，目的在于防止電池內(nèi)部壓力過高而產(chǎn)生的破裂或爆炸等危險。（4）隔膜隔膜位于正負(fù)極之間，要是防止正負(fù)極活性物質(zhì)短路。保證鋰離子電池的正常充放電和安全性能。三、磷酸鐵鋰電池1、鋰離子電池組成結(jié)構(gòu)（1）圓柱形鋰離子電池

美國特斯拉電動汽車ModelS，其動力電池采用的7000多18650電池。18650電池型號：

18表示直徑為18mm，65表示長度為65mm，0表示為圓柱形電池。18650鋰離子電池單節(jié)標(biāo)稱電壓一般為：3.6V或3.7V；最小放電終止電壓一般為：2.5～2.75V。常見容量為1200～3300mAh。三、磷酸鐵鋰電池2、鋰離子電池的結(jié)構(gòu)類型（2）長方形鋰離子電池

長方形鋰離子電池也需要多個電池串聯(lián)組成電池組。長方形鋰離子電池

動力電池組三、磷酸鐵鋰電池2、鋰離子電池的結(jié)構(gòu)類型（3）薄板形鋰離子電池薄板形鋰離子電池一般為容量較小可充電電池，由于體積較小的優(yōu)點多用在手機(jī)、照相機(jī)電池等便攜式電子產(chǎn)品上。薄板形鋰離子電池（4）紐扣形電池紐扣形鋰離子電池通常也是小容量的可充電電池，用于汽車鑰匙電池、電子手表電池等。紐扣形鋰離子電池三、磷酸鐵鋰電池2、鋰離子電池的結(jié)構(gòu)類型

鋰離子電池的充放電過程，就是鋰離子的嵌入和脫嵌過程。回正極的鋰離子越多，放電容量越高。充電時：鋰離子從正極材料晶格中脫出經(jīng)過電解質(zhì)嵌入到負(fù)極材料層中；放電時：鋰離子從負(fù)極材料晶格中脫出，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入到正極材料中。三、磷酸鐵鋰電池3、鋰離子電池的工作原理（1）鋰離子電池的優(yōu)點1）過工作電壓高且放電電壓穩(wěn)定。2）比能量及能量密度大。3）循環(huán)壽命長。4）安全性能好，無公害，無記憶效應(yīng)。5）自放電率低。6）可實現(xiàn)安全快速充電。7）允許溫度范圍寬。

（2）鋰離子電池的缺點1）不能大電流放電。2）電池的一致性較差。3）高溫和低溫的存儲性較差。4）耐過充電和過放電能力差。5）鋰電極會出現(xiàn)電壓滯后現(xiàn)象。6）價格相對較高。三、磷酸鐵鋰電池4、鋰離子電池的特點任務(wù)8：磷酸鐵鋰電池結(jié)構(gòu)與原理任務(wù)情景比亞迪E5車主反應(yīng)，車輛存放一段時間后，顯示電壓過低，請根據(jù)相關(guān)信息進(jìn)一步的分析診斷。任務(wù)目標(biāo)能夠了解磷酸鐵鋰電池的結(jié)構(gòu)能夠掌握磷酸鐵鋰電池的工作原理任務(wù)9磷酸鐵鋰電池檢測與維修任務(wù)情景比亞迪E5車主反應(yīng)，車輛存放一段時間后，顯示電壓過低，請根據(jù)相關(guān)信息進(jìn)一步的分析診斷。任務(wù)目標(biāo)能夠說出磷酸鐵鋰電池的結(jié)構(gòu)能夠?qū)α姿徼F鋰電池進(jìn)行檢查三元鋰電池04三元鋰電池的三元指的是鎳（Ni）鈷（Co）錳（Mn）三種元素。

三元材料綜合了鈷酸鋰、鎳酸鋰和錳酸鋰三種材料的優(yōu)點，形成了三種材料三相的共熔體系，由于三元協(xié)同效應(yīng)其綜合性能優(yōu)于任一單組合化合物。重量能量密度能夠達(dá)到200Wh/kg。

力帆電動汽車動力電池四、三元鋰電池1、三元鋰電池的組成結(jié)構(gòu)三元鋰電池又被為“三元聚合物鋰電池”，指的是鎳鈷錳酸鋰或者鎳鈷鋁酸鋰作為正極材料的鋰電池。由于三元鋰電池體積更小、能力密度更高、耐低溫，目前正廣泛應(yīng)用于新能源汽車上，比如我們熟知的特斯拉，旗下所有車型都是采用了三元鋰電池。三元鋰電池的三元指的是鎳（Ni）鈷（Co）錳（Mn）三種元素。而這三種元素中鎳和鈷是活性金屬，錳不參與電化學(xué)反應(yīng)。一般來說，活性金屬成分含量越高，電池容量就越大，但當(dāng)Ni的含量過高時，會引起Ni2+占據(jù)Li+的位置，加劇了陽離子混排，從而導(dǎo)致容量降低。Co也是活性金屬，但能起到抑制陽離子混排的作用，從而穩(wěn)定材料層狀結(jié)構(gòu)。Mn作為非活性金屬主要起到穩(wěn)定反應(yīng)提高安全性的作用。四、三元鋰電池1、三元鋰電池的組成結(jié)構(gòu)1)能量密度三元鋰電池的能量密度大，電壓更高，18650電池的能量密度232Wh/kg。而相比之下，目前國內(nèi)主流的磷酸鐵鋰電池能量密度也僅達(dá)到150Wh/kg左右。2)安全性對于三元鋰電池而言，其電池管理系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)至關(guān)重要。但磷酸鐵鋰遭到350℃的高溫也不會起火。四、三元鋰電池2、磷酸鋰電池與三元鋰電池電池性能對比3)耐溫性能三元鋰電池耐低溫性能更好，在零下20C時，三元鋰電池能夠釋放70.14%的容量，而磷酸鐵鋰電池包只能釋放54.94%的容量。三元材料電池溫度（℃）容量（Ah）放電平臺（V）相對于25℃的容量558.5813.66899.36%258.6363.703100.00%-206.0583.41170.14%磷酸鐵鋰材料電池溫度（℃）容量（Ah）放電平臺（V）相對于25℃的容量557.8703.271100.00%257.8603.240100.00%-204.3202.87054.94%四、三元鋰電池2、磷酸鋰電池與三元鋰電池電池性能對比4)循環(huán)壽命磷酸鐵鋰電池包循環(huán)壽命要優(yōu)于三元鋰電池，三元鋰電池的理論壽命是2000次，但基本上到1000次循環(huán)時，容量衰減到60%;就算業(yè)界最優(yōu)秀品牌特斯拉，經(jīng)過3000次也只能保持70%的電量，而磷酸鐵鋰電池經(jīng)過相同循環(huán)周期，還有80%的容量。但是三元鋰的不斷加強(qiáng)的電池管理技術(shù)加持下，逐漸得到提高。四、三元鋰電池2、磷酸鋰電池與三元鋰電池電池性能對比材料三元鋰磷酸鐵鋰錳酸鋰鈦酸鋰重量能量密度（Wh/kg）200100-110100170電池單體表稱電壓（20℃）3.8V3.2V3.7V3.6V安全性較差好較好差理論循環(huán)使用壽命（次）20001500-2000600-1000300成本低高最低較高優(yōu)點比容量高、循環(huán)壽命長、價格低廉安全性好、循環(huán)壽命長、無毒環(huán)保、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、循環(huán)性能好、鐵資源豐富資源豐富、成本低，安全性好、容易制備工作電壓高、放電電壓平穩(wěn)、適合大電流放電、比能量高、電導(dǎo)率高缺點平臺相對較低、首次充放電效率低、安全性差。需要用大量的單體電池組合成電池組，體積大低溫性能差、理論容量不高，室溫電導(dǎo)率低工作溫度高時循環(huán)性能差價格昂貴、抗過充電性差、安全性能差、有污染性（5）各種鋰離子電池參數(shù)任務(wù)10：三元鋰電池結(jié)構(gòu)與原理任務(wù)情景

比亞迪E5車主反映，車輛存放一段時間后，顯示電壓過低，請根據(jù)相關(guān)信息進(jìn)一步的分析診斷。任務(wù)目標(biāo)能夠了解三元鋰電池的結(jié)構(gòu)能夠掌握三元鋰電池的工作原理固態(tài)電池05三元鋰電池的三元指的是鎳（Ni）鈷（Co）錳（Mn）三種元素。

三元材料綜合了鈷酸鋰、鎳酸鋰和錳酸鋰三種材料的優(yōu)點，形成了三種材料三相的共熔體系，由于三元協(xié)同效應(yīng)其綜合性能優(yōu)于任一單組合化合物。重量能量密度能夠達(dá)到200Wh/kg。

力帆電動汽車動力電池五、固態(tài)電池1、三元鋰電池的組成結(jié)構(gòu)2018年，美國菲斯科汽車公司發(fā)布了一項全新的固態(tài)電池技術(shù)。據(jù)悉，這項技術(shù)的能量密度是常規(guī)鋰離子電池的2．5倍，能夠讓電動汽車的行駛里程數(shù)增加到500英里（約804公里）以上。更為驚人的是，其充電時間僅需1分鐘，甚至比傳統(tǒng)燃油汽車加油的速度還快。五、固態(tài)電池新型鋰電池發(fā)展在散熱方面，整個電池組從滿電到放電結(jié)束，電池溫度會維持在26°以內(nèi)，而目前的圓柱形電池整個放電過程結(jié)束后，溫度會在40°以上。雖然固態(tài)電池技術(shù)目前與圓柱形電池一樣，同樣采用水冷，但因為本身放電溫度可以保持的更低，也讓散熱成為固態(tài)電池一大優(yōu)勢。五、固態(tài)電池固態(tài)電池的散熱優(yōu)勢全球多個車企和電池廠家也發(fā)布了固態(tài)電池相關(guān)的研發(fā)進(jìn)展。包括豐田、松下、三星、三菱、寶馬、大眾、現(xiàn)代、戴森等企業(yè)。對比鋰離子電池，固態(tài)電池用新型電解材料取代液體電解質(zhì)，一勞永逸地消除了電解液反應(yīng)過程中的危險隱患與不穩(wěn)定因素；在相同質(zhì)量下，固態(tài)電池將擁有目前市面上最高性能鋰電池兩倍的能量密度。一旦量產(chǎn)使用，很可能引發(fā)電動車儲能的革命性突破。五、固態(tài)電池固態(tài)電池的優(yōu)勢一方面由于采用了有機(jī)電解液的傳統(tǒng)鋰電池，在過度充電、內(nèi)部短路等異常情況下容易導(dǎo)致電解液發(fā)熱，從而引發(fā)自燃甚至自爆的安全隱患。固態(tài)電池基于固態(tài)材料不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)、不漏液等條件，安全系數(shù)較之鋰離子電池有著先天的優(yōu)勢。二來則是固態(tài)電池在最為關(guān)鍵的能量密度方面，有望徹底解決純電動汽車的里程焦慮。五、固態(tài)電池固態(tài)電池的優(yōu)勢固態(tài)電池的電解質(zhì)無需隔膜和電解液，并不存在漏液、腐蝕等問題，可以簡化電池外殼及冷卻系統(tǒng)模塊，進(jìn)一步減輕電池模組的重量，達(dá)到節(jié)能的效果。此外，全新的正負(fù)極材料配套可以使得電化學(xué)窗口達(dá)到5V以上，從根本上提高能量密度，有望達(dá)到500瓦時/千克。五、固態(tài)電池固態(tài)電池的優(yōu)勢一方面由于采用了有機(jī)電解液的傳統(tǒng)鋰電池，在過度充電、內(nèi)部短路等異常情況下容易導(dǎo)致電解液發(fā)熱，從而引發(fā)自燃甚至自爆的安全隱患。固態(tài)電池基于固態(tài)材料不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)、不漏液等條件，安全系數(shù)較之鋰離子電池有著先天的優(yōu)勢。二來則是固態(tài)電池在最為關(guān)鍵的能量密度方面，有望徹底解決純電動汽車的里程焦慮。五、固態(tài)電池固態(tài)電池的優(yōu)勢不過固態(tài)電池雖好，但根據(jù)現(xiàn)有的研發(fā)進(jìn)展來看，也還有兩項技術(shù)難題尚未攻破：固態(tài)電解質(zhì)在室溫條件下的離子電導(dǎo)率不高，固態(tài)點解質(zhì)與正負(fù)極之間界面阻抗比較大。五、固態(tài)電池固態(tài)電池存在的問題任務(wù)11：三元鋰電池檢測與維修任務(wù)情景

比亞迪E5車主反映，車輛存放一段時間后，顯示電壓過低，請根據(jù)相關(guān)信息進(jìn)一步的分析診斷。任務(wù)目標(biāo)能夠了說出三元鋰電池的組成結(jié)構(gòu)能夠?qū)θ囯姵氐倪M(jìn)行檢測燃料電池06

燃料電池(FuelCell)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。它從外表上看有正負(fù)極和電解質(zhì)等，類似一個蓄電池，但實質(zhì)他不是儲能元件而是一個發(fā)電裝置。燃料電池的主要構(gòu)成組件為：電極（Electrode）電解質(zhì)隔膜（ElectrolyteMembrane）集電器（CurrentCollector）六、燃料電池1、燃料電池概述（1）電極燃料電池的電極是燃料發(fā)生氧化反應(yīng)與氧化劑發(fā)生還原反應(yīng)的電化學(xué)反應(yīng)場所。（2）電解質(zhì)隔膜電解質(zhì)隔膜的主要功能在分隔氧化劑與還原劑，并傳導(dǎo)離子，（3）集電器集電器又稱作雙極板（BipolarPlate），具有收集電流、分隔氧化劑與還原劑、疏導(dǎo)反應(yīng)氣體等之功用，六、燃料電池1、燃料電池概述燃料電池的發(fā)電原理六、燃料電池1、燃料電池概述電池類型氫燃料電池鋰電池時間補(bǔ)給時間短，直接加氫充電時間長，充滿電3～8小時不等污染程度氫燃料電池主要的成是氫，在使用壽命結(jié)束后，不會對環(huán)境造成污染鋰離子電池含有重金屬鎳、鈷、砷等有毒污染物，要進(jìn)行回收處理續(xù)航續(xù)航里程均超過500km普遍幾種在150-250km充電站成本氫站成本高達(dá)100-200萬美元特斯拉超級充電站修建成本月30萬美元電池成本氫燃料電池化學(xué)反應(yīng)所需的催化劑成本高，使用鉑這種稀有貴金屬，價格比黃金還高鋰電池廣泛使用在手機(jī)、電腦、汽車中成本低，已經(jīng)商業(yè)化六、燃料電池2、燃料電池與鋰電池的優(yōu)劣對比

2008年，豐田推出了FCHV-adv，也就是這款車搭載豐田第二代燃料電池。該車依然基于漢蘭達(dá)的平臺改裝而來，使用了4個70MPa的儲氫罐，行駛里程達(dá)到了760公里。六、燃料電池3、燃料電池的運用（1）豐田FCHV-adv燃料電池概念車

MIRAI在節(jié)能方面非常出色，根據(jù)測試現(xiàn)實，50公里的續(xù)航僅需要1公斤的氫氣。而一臺MIRA內(nèi)有兩個超過60升的大容量儲蓄罐，這兩個儲蓄罐安置在后下，兩個儲蓄罐加起來可以裝10公升的氫氣，按照換算，續(xù)航大概在500公里。六、燃料電池（2）豐田Mirai燃料電池汽車

在上海召開的2018CESAsia上，現(xiàn)代汽車推出新一代的氫燃料電池車NEXO，是現(xiàn)代汽車環(huán)保車系列中的技術(shù)旗艦車型。這款車的環(huán)保燃料電池動力傳動系統(tǒng),對氫能源利用率和零部件效率進(jìn)行了最大程度的優(yōu)化。六、燃料電池（3）現(xiàn)代NEXO燃料汽車

三款車型都采用了大眾集團(tuán)自主研發(fā)的第四代的100千瓦低溫質(zhì)子交換薄膜技術(shù)的燃料電池堆棧，續(xù)航里程超過500公里。六、燃料電池（4）大眾的三款燃料電池汽車表1國內(nèi)外典型氫燃料電池轎車對比

國內(nèi)在燃料電池乘用車方面，投入研發(fā)的主要企業(yè)是上汽集團(tuán)，已完成前后四代氫燃料電池轎車的開發(fā)。參數(shù)豐田Mirai現(xiàn)代ix35本田Clarity通用Equinox榮威950整車整備質(zhì)量/kg185022901890201020800～100km/h加速性能/s1012.5101212最大時速（km/h）160160161160160一次加氫續(xù)駛里程/km650415750320430燃料電池堆功率/kW1141101009343儲氫質(zhì)量/kg55.64-4.24.2動系統(tǒng)構(gòu)型全功率型全功率型全功率型全功率型Pulg-in六、燃料電池（5）中國氫燃料汽車發(fā)展現(xiàn)狀任務(wù)13：燃料電池結(jié)構(gòu)與原理任務(wù)情景客戶王先生對燃料汽車比較感興趣，請根據(jù)所學(xué)知識為其推薦一款燃料汽車。任務(wù)目標(biāo)能夠了解燃料電池的結(jié)構(gòu)能夠掌握燃料電池的工作原理電容電池07超級電容器的容量比通常的電容器大得多。由于其容量很大。超級電容器電池也屬于雙電層電容器，是一種通過極化電解質(zhì)來儲能的電化學(xué)元件，但在儲能過程中并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而且儲能過程是可逆的，可以反復(fù)充放電數(shù)十萬次。七、電容電池1、電容電池結(jié)構(gòu)與工作原理超級電容采用活性炭材料制作成多孔電極，同時在相對的碳多孔電極之間充填電解質(zhì)溶液，當(dāng)在兩端施加電壓時，相對的多孔電極上分別聚集正負(fù)電子。而電解質(zhì)溶液中的正負(fù)離子將由于電場作用分別聚集到與正負(fù)極板相對的界面上，從而形成兩個集電層，相當(dāng)于兩個電容器串聯(lián)。七、電容電池1、電容電池結(jié)構(gòu)與工作原理由于活性碳材料具有≥1200m2/g的超高比表面積，而且電解液與多孔電極間的界面距離不到1nm。根據(jù)前面的計算公式可以看出，這種雙電層電容器比傳統(tǒng)的物理電容的容值要大很多，比容量可以提高100倍以上，從而使單位重量的電容量可達(dá)100F/g。七、電容電池1、電容電池結(jié)構(gòu)與工作原理并且電容的內(nèi)阻還能保持在很低的水平，碳材料還具有成本低，技術(shù)成熟等優(yōu)點。從而使利用電容器進(jìn)行大電量的儲能成為可能，且在實際使用時，可以通過串聯(lián)或者并聯(lián)以提高輸出電壓或電流。七、電容電池1、電容電池結(jié)構(gòu)與工作原理①充電速度快。②循環(huán)使用壽命長。③大電流放電能力超強(qiáng)。④功率密度高。⑤是理想的綠色環(huán)保電源；⑥充放電線路簡單。⑦超低溫特性好。⑧檢測方便。七、電容電池2、電容電池特點任務(wù)14：新型電池的結(jié)構(gòu)與原理任務(wù)情景

客戶王先生對新型電池能源比較感興趣，請根據(jù)所學(xué)知識為其普及新型電池的知識。任務(wù)目標(biāo)能夠了解說出電容電池的結(jié)構(gòu)特點能夠說出電容電池的工作原理飛輪電池08飛輪電池包括飛輪、軸、軸承、電機(jī)、真空容器和電力電子變換器，其中飛輪是整個裝置的核心部件，它直接決定了整個裝置的儲能多少。電力電子變換器通常是由金屬—氧化層半導(dǎo)體場效晶體管（MOSFET）和絕緣柵型晶體管IGBT組成的雙向變換器，它們決定了飛輪裝置能量輸入輸出量的大小。八、飛輪電池1、飛輪電池的結(jié)構(gòu)和原理飛輪電池的工作原理是外部電能經(jīng)電力電子變換器輸入，驅(qū)動電動機(jī)旋轉(zhuǎn)，電動機(jī)帶動飛輪旋轉(zhuǎn)，飛輪儲存動能（機(jī)械能）。當(dāng)外部負(fù)載需要能量時，用飛輪帶動發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，將動能轉(zhuǎn)化為電能，再通過電子變換器變成負(fù)載所需要的各種頻率、變壓等級的電能，以滿足不同的需求。八、飛輪電池1、飛輪電池的結(jié)構(gòu)和原理充電時，飛輪電池中的電機(jī)以電動機(jī)形式運