3.1蓄電池基礎(chǔ)知識

項目三動力電池與管理系統(tǒng)任務(wù)1蓄電池基礎(chǔ)知識課程內(nèi)容12345情境導(dǎo)入學(xué)習(xí)目標理論知識拓展閱讀任務(wù)實施6單元小結(jié)情境導(dǎo)入某品牌動力電池制造商在給新入職的員工進行技術(shù)培訓(xùn)。張同學(xué)：新能源汽車上裝配的動力電池都一樣嗎？王老師：新能源汽車的關(guān)鍵技術(shù)之一就是動力電池，動力電池的好壞一方面決定著電動汽車的制造成本，另一方面也決定著電動汽車的動力性和續(xù)駛里程。不同品牌、不同用途、不同價位的新能源汽車上所采用的動力電池也各不相同。學(xué)習(xí)目標1．蓄電池分類與工作原理2．蓄電池的型號與含義3．新能源汽車動力電池的常用術(shù)語1．具備資料查詢、收集和整理能力2.能在實車或臺架上識別動力電池和相關(guān)銘牌參數(shù)應(yīng)知應(yīng)會理論知識0102鎳氫電池鋰離子電池03動力電池技術(shù)參數(shù)1.1鎳氫電池

蓄電池通常叫做電池，是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的一種裝置。電池內(nèi)部的電化學(xué)特性決定了該電池是否可以充電?？沙潆婋姵貎?nèi)部結(jié)構(gòu)之間所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是可逆的，也叫做二次電池，新能源汽車上的動力電池均為二次電池。動力電池的作用是接收和儲存由車載充電機、發(fā)電機、制動能量回收裝置或外置充電裝置提供的高壓直流電，并且為電動汽車提供高壓直流電。動力電池是純電動汽車的核心部件，也是新能源汽車上價格最高的部件之一。動力電池的性能好壞直接決定了這輛車的實際價值。應(yīng)用在電動汽車上的儲能技術(shù)主要是電化學(xué)儲能技術(shù)，即鉛酸、鎳氫、鋰離子等電池儲能技術(shù)。1.1鎳氫電池動力電池一旦失效，車輛就會處于癱瘓狀態(tài)。動力電池屬于高壓安全部件，內(nèi)部機構(gòu)復(fù)雜，工作時需要很苛刻的條件，任何異常因素都將導(dǎo)致動力被切斷，因此對動力電池的診斷與測試就需要豐富的動力電池的基礎(chǔ)技術(shù)知識，對動力電池組的更換更需要專業(yè)規(guī)范的操作。動力電池1.1鎳氫電池電池主要類型：1.1鎳氫電池

鎳氫電池（Ni-MHbattery）主要應(yīng)用在混合動力汽車（HEV）和消費類電器產(chǎn)品兩大領(lǐng)域，2018年HEV市場占90%以上的應(yīng)用份額，鎳氫小型電池和鎳氫動力電池為稀土儲氫合金主要應(yīng)用領(lǐng)域，全球稀土儲氫合金95%由中國和日本供應(yīng)，中國儲氫合金產(chǎn)量超過全球總產(chǎn)量的70%。豐田雷凌所用電池鎳氫電池1.1鎳氫電池

鎳氫電池具有環(huán)境友好、快速充放電、低成本、寬溫區(qū)使用的良好特性，且在快速充放電過程中保持性能的相對穩(wěn)定，在抗震、防水防熱、無毒害物質(zhì)產(chǎn)生方面具有更高的安全性，應(yīng)用范圍較廣。鎳氫電池中，鎳含量占55%，稀土占32.2%，其他為鈷、錳以及鋁元素。而稀土元素中鑭為20.2%，鈰占8%，釹占3%，鐠占1%，均為中國富有的輕稀土。1.1鎳氫電池鎳氫電池結(jié)構(gòu)鎳氫電池NiMH是由氫離子和金屬鎳合成的，電量儲備比鎳鎘電池多30%，比鎳鎘電池更輕，使用壽命也更長，并且對環(huán)境無污染。鎳氫電池的缺點。是價格比鎳鎘電池要貴好多，性能比鋰電池要差一些。鎳氫電池是一種堿性電池，負極采用由儲氫材料作為活性物質(zhì)的氫化物（儲氫合金），電極正極采用氫氧化鎳Ni（OH）2簡稱鎳電極，電解質(zhì)為6mol/L的氫氧化鉀水溶液。1.1鎳氫電池鎳氫電池結(jié)構(gòu)鎳氫電池工作原理1.1鎳氫電池電池充電時氫氧化鉀電解液中的氫離子會被釋放出來，由這些化合物將它吸收，避免形成氫氣，以保持電池內(nèi)部的壓力和體積。當(dāng)電池放電時，這些氫離子便會經(jīng)由相反的過程而回到原來的地方。鎳鎘/鎳氫電池的充電過程非常相似，都要求恒流充電，以防止電池過充電。充電器對電池進行恒流充電，同時檢測電池的電壓和其它參數(shù)。為避免損壞電池，電池溫度過低時不能開始快速充電，電池溫度低于10℃時，應(yīng)轉(zhuǎn)入涓流充電方式。而電池溫度一旦達到規(guī)定數(shù)值后，必須立即停止充電。1.1鎳氫電池1.1鎳氫電池電驅(qū)系統(tǒng)輕量化鎳氫電池型號針對二次鋰電池的型號表示方法是采用五位數(shù)(圓柱型)或六位數(shù)(方型)，如14500、103450等。常見電池型號、尺寸對照見表3-1。1.1鎳氫電池IEC鎳氫/鎳鎘電池標識電池種類：①KR--表示鎳鎘電池②HF--表示方形鎳氫電池③HR--表示圓形鎳氫電池電池尺寸：包括圓形電池直徑/高度，方型電池高度/寬度/厚度，數(shù)值之間用斜杠隔開，單位為mm。HF18/07/49表示方形鎳氫電池、寬為18mm、厚度為7mm、高度為49mmKRMT33/62HH表示鎳鎘電池、放電倍率在0.5C～3.5之間、高溫系列單體電池、無連接片、直徑33mm、高度為62mm。1.1鎳氫電池BYD鎳氫/鎳鉻電池標識1.電池種類：①D--代表鎳鉻電池②H--代表鎳氫電池2.電池型號：分別為A、AA、AAA、AAAA、SC、C、D、N等3.電池標稱容量4.電池特性：①A--代表尖頭電池②B--代表平頭電池

③H--代表高溫電池④P--代表可用于大電流放電5.組合電池單體個數(shù)DAA800H*5HSC2200P*3DAA800B*31.1鎳氫電池鎳氫電池應(yīng)用大功率的鎳氫電池廣泛使用在油電混合動力車輛中，仍然有部份純電動汽車使用。鎳氫與鎳鎘電池的單體電池標稱電壓都是1.2V。1.1鎳氫電池鋰離子電池結(jié)構(gòu)鋰離子電池主要由電芯和保護板兩大模塊組成。電芯相當(dāng)于鋰電池的心臟，管理系統(tǒng)相當(dāng)于鋰電池的大腦。電芯主要由正極材料、負極材料、電解液、隔膜和外殼構(gòu)成，而保護板主要由保護芯片或管理芯片、MOS場效應(yīng)管、電阻、電容和印刷電路板等元件組成。封裝形式主要有圓柱形、方形和軟包。1.2鋰離子電池圓柱形方形軟包形鋰離子電池結(jié)構(gòu)圓柱形鋰電池分為磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰、鈷錳混合、三元材料不同體系，外殼分為鋼殼和聚合物兩種，不同材料體系電池有不同的優(yōu)點。目前，圓柱主要以鋼殼圓柱磷酸鐵鋰電池和三元材料為主，常見型號有14650、17490、18650、21700、26650等。圓柱形電池結(jié)構(gòu)包括正極蓋、安全閥、PTC元件、電流切斷機構(gòu)、墊圈、正極、負極、隔離膜、殼體，內(nèi)部采用螺旋繞制結(jié)構(gòu)，用一種非常精細而滲透性很強的聚乙烯、聚丙烯或聚乙烯與聚丙烯復(fù)合的薄膜隔離材料在正、負極間間隔而成。如圖3-2所示。1.2鋰離子電池鋰離子電池結(jié)構(gòu)1.2鋰離子電池鋰離子電池結(jié)構(gòu)方形鋰電池通常是指鋁殼或鋼殼方形電池，內(nèi)部主要通過疊片這種形式，即在一正極上放置隔膜然后是負極，以此類推，疊加而成。電池內(nèi)部充有電解質(zhì)溶液，另外還設(shè)有安全閥和PTC元件（正溫度系數(shù)熱敏電阻），以便電池在不正常狀態(tài)或輸出端短路時保護電池不受損壞。見圖3-3所示。1.2鋰離子電池鋰離子電池結(jié)構(gòu)1.2鋰離子電池鋰離子電池結(jié)構(gòu)軟包鋰電池是液態(tài)鋰離子電池套上一層聚合物外殼，與其他電池最大的不同之處在于軟包裝材料(鋁塑復(fù)合膜)，這也是軟包鋰電池中最關(guān)鍵、技術(shù)難度最高的材料。軟包裝材料通常分為三層，即外阻層(一般為尼龍BOPA或PET構(gòu)成的外層保護層)、阻透層(中間層鋁箔)和內(nèi)層(多功能高阻隔層)。三元軟包電池容量較同等尺寸規(guī)格的鋼殼鋰電高10-15%、較鋁殼電池高5-10%，而重量卻比同等容量規(guī)格的鋼殼電池和鋁殼電池更輕，因此，補貼新政對三元軟包電池更有利。1.2鋰離子電池鋰離子電池結(jié)構(gòu)1.2鋰離子電池鋰離子電池參數(shù)對比1.2鋰離子電池鋰離子電池工作原理1.2鋰離子電池1.2鋰離子電池鋰離子電池工作原理1）充電時：在外加電場的影響下，正極材料分子里面的鋰元素被氧化脫離出來，變成帶正電荷的鋰離子，在電場力的作用下從正極移動到負極，鋰離子遷移并以原子形式嵌入電極材料碳中，與負極的碳原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。從正極跑出來的鋰離子嵌入到負極的石墨層狀結(jié)構(gòu)當(dāng)中，跑出來轉(zhuǎn)移到負極的鋰離子越多，這個電池可以存儲的能量就越多。2）放電時：放電的時候剛好相反，內(nèi)部電場轉(zhuǎn)向，鋰離子從負極脫離出來，順著電場的方向又跑回到正極，重新變成鈷酸鋰分子。從負極跑出來轉(zhuǎn)移到正極的鋰離子越多，這個電池可以釋放的能量就越多。在每一次充放電循環(huán)過程中，鋰離子充當(dāng)了電能的搬運載體，周而復(fù)始的從正極→負極→正極來回的移動，將化學(xué)能和電能相互轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)了電荷的轉(zhuǎn)移。鋰離子電池就是因鋰離子在充放電時來回遷移而命名的，所以鋰離子電池又稱作搖椅電池。1.2鋰離子電池鋰離子電池型號1）圓柱形電池用3個字母后跟5個數(shù)字表示。3個字母，第一個字母表示負極材料，I--表示有內(nèi)置的鋰離子，L--表示鋰金屬或鋰合金電極；第二個字母表示正極材料，C--表示鈷，N--表示鎳，M--表示錳，V--表示釩；第三個字母為R表示圓柱形。5個數(shù)字，前2個數(shù)字表示直徑，后3個數(shù)字表示高度，單位都為mm。ICR18650電池電池就是直徑為18mm高度為65mm的圓柱形電池ICR217001.2鋰離子電池鋰離子電池型號2）方形電池用3個字母后跟6個數(shù)字表示。3個字母，前兩個字母的意義和圓柱形一樣，后一個字母為P表示為方形。6個數(shù)字，前2個數(shù)字表示厚度，中間2個表示寬度，后面2個表示高度（長度），單位也為mm。ICP053353電池厚度為5mm寬度為33mm高度（長度）為53mm的方形電池1.2鋰離子電池1.2鋰離子電池鋰離子電池應(yīng)用特性1）電壓高：單體電池電壓最高可達3.8V，比能量高，是鎳鎘、鎳氫電池的３倍，約鉛酸電池的２倍。2）能量密度大。比能量高達150W·h／kg。3）壽命長：鋰離子電池的循環(huán)次數(shù)可達1000～3000次。以容量保持在70％計算，電池組100％充放電循環(huán)次數(shù)可以達到2000次，使用年限可達5～8年。4）應(yīng)用范圍寬：低溫性能好，鋰離子動力電池可在－40～＋55℃之間工作5）無記憶6）無污染7）安全隱患8）價格高四種主流電池材料各項性能比對表1.2鋰離子電池1.3動力電池技術(shù)參數(shù)（1）額定電壓動力電池額定電壓又稱標稱電壓

額定電壓＝單體電芯額定電壓×單體電芯串聯(lián)數(shù)動力電池實際工作電壓是隨著不同使用條件而不斷變化的，其電壓狀態(tài)主要有以下４種：1）開路電壓2）工作電壓：工作電壓是指電池在工作狀態(tài)下，即電路中有電流通過時，電池正負極之間的電勢差。3）放電截止電壓4）充電限制電壓：充電限制電壓是指充電過程中由恒流變?yōu)楹銐撼潆姷碾妷?.3動力電池技術(shù)參數(shù)1.3動力電池技術(shù)參數(shù)（2）電芯容量（A·h）電芯容量是指動力電池所能夠儲存的電量，是衡量電池性能的重要指標之一。動力電池電芯容量＝單體電芯容量×單體電芯并聯(lián)數(shù)量電芯容量是由電池電極活性物質(zhì)決定的，主要取決于活性物質(zhì)的數(shù)量、質(zhì)量以及活性物質(zhì)的利用率。容量用Ｃ表示，單位用Ａ·ｈ或ｍＡ·ｈ表示。

Ｃ（A·h）＝放電電流Ｉ（A）×放電時間t（h）（3）額定能量動力電池額定能量是衡量電池性能的重要指標之一，單位為ｋＷ·ｈ。動力電池額定能量＝動力電池額定電壓×動力電池容量額定能量是汽車廠商公布的電池儲備電量大小的度量單位。１kW·h的物理意義是功率為１kW的電器工作１h所消耗的電能。對于日常生活中來說，１kW·h即１度電。1.3動力電池技術(shù)參數(shù)（4）連接方式

３P91S：３并９１串，表示由３個單體電池并聯(lián)成一組，共有９１組串聯(lián)在一起。1P100S：１并１００串，表示由１００個單體電池串聯(lián)而成（5）能量密度能量密度是指電池單位體積或單位質(zhì)量所釋放出來的能量，通常用體積能量密度（W·h／L）和質(zhì)量能量密度（W·h／kg）表示。1.3動力電池技術(shù)參數(shù)（6）電池內(nèi)阻電池內(nèi)阻是指蓄電池在工作時，電流流過電池內(nèi)部所受到的阻力，它包括歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻。歐姆內(nèi)阻主要是由電極材料、電解液、隔膜電阻及各部分零件的接觸電阻組成，與電池的尺寸、結(jié)構(gòu)和裝配等因素有關(guān)。一般用ｍΩ來衡量。（7）剩余電量SOC剩余電量是指動力電池內(nèi)部的可用電量占標稱容量的比例，是電池管理系統(tǒng)中的一個重要監(jiān)控數(shù)據(jù)，電池管理系統(tǒng)根據(jù)SOC

state-of-Charge值控制電池的工作狀態(tài)。1.3動力電池技術(shù)參數(shù)（8）充放電倍率（C）充放電倍率用來表示電池充放電時電流大小的比率，即倍率。

充放電倍率=充放電電流/額定容量例如:額定容量為100Ah的電池用20A放電時，其放電倍率為0.2C。電池放電C率的1C、2C、0.2C是指電池的放電速率，表示放電快慢的一種量度。所有的容量1小時放電完畢，稱為1C放電；5小時放電完畢，則稱為1/5=0.2C放電；對于24AH電池來說，2c放電電流為48A，0.5C放電電流為12A。（9）放電深度（DOD）在電池的使用過程中，電池放出的容量占其額定容量的百分比稱為放電深度。放電深度的高低和二次電池的充電壽命有很大的關(guān)系。當(dāng)二次電池的放電深度越深，其充電壽命就越短，會導(dǎo)致電池的使用壽命變短，因此在使用時應(yīng)盡量避免深度放電。DOD和SOC的關(guān)系為：DOD＝1－SOC1.3動力電池技術(shù)參數(shù)（10）電池供應(yīng)商

2018年中國動力電池企業(yè)裝機量排行榜新能源汽車加快應(yīng)用推廣，同時也帶來了動力電池裝機量的攀升。據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2018年動力電池企業(yè)總裝機量達57.35GWh，同比增長57%。其中，2018年新能源乘用車動力電池裝機量達32.86GWh，同比增長137%，占總裝機量的57.3%，成為動力電池的主要需求增長點。數(shù)據(jù)來源：中商產(chǎn)業(yè)研究院整理1.3動力電池技術(shù)參數(shù)1.3動力電池技術(shù)參數(shù)1、三元鋰電池

三元鋰電池全稱是“三元材料電池”，一般是指采用鎳鈷錳酸鋰（Li（NiCoMn）O2，NCM）或鎳鈷鋁酸鋰（NCA）三元正極材料的鋰離子二次電池。

三元：電池的正極包含鎳、鈷、錳（或鋁）三種金屬元素的聚合物鋰：電解質(zhì)以六氟磷酸鋰為主的鋰鹽負極：絕大多數(shù)鋰離子電池的負極材料都是石墨形狀可分為軟包電池、圓柱電池和方形硬殼電池。其標稱電壓可達到3.6-3.8V，能量密度比較高，電壓平臺高，振實密度高，續(xù)航里程長，輸出功率較大，高溫穩(wěn)定性差，但低溫性能優(yōu)異，造價也比較高。擴展閱讀拓展閱讀1、三元鋰電池鎳：是副族中的活性金屬，主要作用是提升電池的體積能量密度，是提升續(xù)航里程的主要突破口；鈷：也是副族中的活性金屬，起到提升穩(wěn)定性和延長電池的壽命的作用，也決定了電池的充放電速度和效率（倍率性能）；錳/鋁：提高電池的安全性和穩(wěn)定性。在三元鋰電池的正極材料中，鎳、鈷、錳（或鋁）這三種金屬元素缺一不可，多一個或者少一個都會影響其最終的表現(xiàn)或做不成電池。三元材料不同的比例對比提高鎳的比例：電池能量更足；提高鈷的比例：電池壽命更長、充電更快；提高錳/鋁的比例：電池更穩(wěn)定、成本更低。根據(jù)正極材料中鎳鈷錳（或鋁）3種元素的混合比例不同，也就有了不同的三元型號，如：111、523、622、811等。擴展閱讀2、動力電池PACK四大工藝電池PACK是新能源汽車核心能量源，為整車提供驅(qū)動電能，它主要通過殼體包絡(luò)構(gòu)成電池PACK主體。電池PACK組成主要包括電芯、模塊、電氣系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、殼體和BMS幾個部分。1）裝配工藝PACK的裝配工藝其實是有點類似傳統(tǒng)燃