拆装动力电池课件.ppt
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1、学习领域3 动力电池系统结构原理与检修学习情境1 拆装动力电池【学习目标】1.了解动力电池的作用动力电池的作用、类型类型与特点特点;2.掌握锂离子电池是如何工作锂离子电池是如何工作的;3.掌握磷酸铁锂电池磷酸铁锂电池和三元锂电池三元锂电池的结构组成结构组成;4.掌握拆装动力电池和更换内部组件的操作方法操作方法和注意事注意事项项;5.拓展学习TESLA的拆解;任务任务1 客户委托客户委托:拆装动力电池拆装动力电池【情境描述】4S店技术主管在经过各项检测之后,判断张先生的EV200汽车是动力电池故障动力电池故障,确定需要对动力电池进行解体,此时需要你作为维修人员协助技术主管按照规范程序,从车上拆卸
2、动力电池拆卸动力电池,技术主管完成维修后,需要你对动对动力电池进行安装力电池进行安装,并确认其工作状态正常。电能都取决于纯电动汽车的电能都取决于纯电动汽车的动力电池系统动力电池系统动力电池系统的作用动力电池系统的作用提示:车辆行驶过程中,随着电量的消耗,SOC 表上指针指示的数值会逐渐减小。当当 SOC 减小到减小到 以下时以下时,SOC 表上的电量不足指示灯电量不足指示灯会点亮会点亮,提示 用户尽快对 车辆进行充电30%动力电池系统的类型及优缺点动力电池系统的类型及优缺点动力电池系统的类型及优缺点动力电池系统的类型及优缺点目前常用的五种动力电池目前常用的五种动力电池先了解几个重要的概念先了解
3、几个重要的概念比能量比能量和和比功率比功率比能量(能量密度)比能量(能量密度)是指电池单位质量单位质量所能输出的电能输出的电能,单位 Wh/kg比能量高比能量高的动力电池就像龟兔赛跑里的乌龟,耐力好耐力好,可以长时间工作,续驶里程长续驶里程长;比功率(功率密度)比功率(功率密度)是描述电池在瞬间能放出能量的能力瞬间能放出能量的能力,单位 W/kg比功率高比功率高的动力电池就像百米赛跑里的博尔特,速度快速度快,可以提供很高的瞬间电流,以保证汽车的加速性能保证汽车的加速性能。动力电池系统的类型及优缺点动力电池系统的类型及优缺点Tesla Roadster 使用 18650 型钴酸锂电池钴酸锂电池锂
4、离子电池的基本电性能参数锂离子电池的基本电性能参数1.开开路路电电压压:是是指指电电池池没没有有负负荷荷时时正正、负负极极两两端端之之间间的的电电压压。一般情况下,Li-ion电池充满电后开开路路电电压压为为4.154.2V左右。通通过对电过对电池开路池开路电压电压的的检测检测,可以判断,可以判断电电池的荷池的荷电电状状态态。工工作作电电压压又又称称闭闭路路电电压压,是是指指电电池池有有负负荷荷时时正正、负负极极两两端端的的电电压压。因电池在放电工作状态下,当电流流过电池内部时,需需克克服服电电池池的的内内部部结结构构所所造造成成的的阻阻力力,故工作电压总是低于开路电压。2.电电池容量:池容量
5、:它表示在一定条件下一定条件下(放放电电率、温度、率、温度、终终止止电压电压等),电电池池能能放出的放出的电电量量,即电池的容量,常用mAh表示。3.放放电终电终止止电压电压:电压电压下降到不宜再下降到不宜再继续继续放放电电的最低的最低工作工作电压电压称称为为放放电终电终止止电压电压。如正极为钴钴酸酸锂锂,锰锰酸酸锂锂和三元材料和三元材料或其混合物时,放放电终电终止止电压为电压为3.0V,正极为磷酸磷酸铁锂铁锂时,放放电终电终止止电压为电压为2.0V。4.充充电终电终止止电压电压:电压电压上升到不宜再上升到不宜再继续继续充充电电的最高工的最高工作作电压电压称称为为充充电终电终止止电压电压。如正
6、极为钴酸锂,锰酸锂和三元材料或其混合物时,充充电终电终止止电压为电压为4.2V,正极为磷酸铁锂时,充充电终电终止止电压为电压为3.65V。5.充放充放电电倍率倍率(Charge-Rate/Discharge-Rate)C:用来表示:用来表示电电池充放池充放电时电电时电流大小的比率,即倍率。流大小的比率,即倍率。如如1500mAh的的电电池池,0.2C表示表示用用300mA的的电电流充放流充放电电(1500mAh的的0.2倍率),倍率),1C表示表示用用1500mA的的电电流充放流充放电电(1500mAh的的1倍率)。倍率)。6.内阻:内阻:电池正、负极两端之间的电阻叫内阻。电池正、负极两端之间
7、的电阻叫内阻。由欧姆内阻与极化内阻两部分组成。电池的内阻越小,电池的性能越好。电池内阻值大,会导致电池放电工作电压降低,放电时间缩短。内阻大小主要受电池的材料、制造工艺、电池结构电池的材料、制造工艺、电池结构等因素的影响,是衡量电池性能的一个重要参数。注:一般以半电态内阻注:一般以半电态内阻为标准。为标准。测量电池的内阻需用专用内阻测试仪。测量电池的内阻需用专用内阻测试仪。7.自自放放电电率率:又又称称荷荷电电保保持持能能力力,是是指指电电池池在在开开路路状状态态下下,电电池池所所储储存存的的电电量量在在一一定定条条件件下下的的保保持持能能力力。主要受电池的制造工艺、材料、储存条件等因素的影响
8、,是衡量电池性能的重要参数。注注:在在GB规规定定Li-ion满满电电后后在在202条条件件下下开开路路搁搁置置28天天,可允许电池可允许电池有有15%的容量损失的容量损失。8.循循环环寿命:寿命:电池在一定的条件下进行全充全放电循环,初始容量记为100%,当连续连续三次的放三次的放电电容量降到初始容容量降到初始容量的量的80%时时,所经历的循环次数为电池的循环寿命。3.7V系列的系列的锂锂离子离子电电池的循池的循环环次数在次数在500次以上。次以上。3.2V系列的系列的锂锂离子离子电电池的循池的循环环次数在次数在1000次以上。次以上。循环寿命:循环寿命:电池容量降低(衰减)到容量降低(衰减
9、)到某一规定值某一规定值之前,电池能经受多少次多少次充电与放电,(充电一次放电一次称为一个周期或一次循环)。“充放电循环充放电循环”,不等于不等于“充电次数充电次数”,循环指的是,电电池池从满电到用光,这是一个循环从满电到用光,这是一个循环,如果你的电池从满电状态,用了十分之一的电量,然后又充满了,这是十分之一用了十分之一的电量,然后又充满了,这是十分之一个循环,这样充个循环,这样充10次,才基本算一个循环次,才基本算一个循环。同样,从满电,用了一半然后充满,再用到一半再充满,这也是一个循环,这也是一个循环,这时你是充了两次电这时你是充了两次电。所以,循环仅仅是取决于循环仅仅是取决于“从电池从
10、电池累计放出多少电累计放出多少电”,而跟,而跟“充电次数充电次数”没有直接关系没有直接关系。能量效率和循环寿命能量效率和循环寿命充放电强度对循环次数的影响充放电强度对循环次数的影响充放电强度对循环次数的影响充放电强度对循环次数的影响工厂标注:工厂标注:工厂标注:工厂标注:每次从每次从0%0%0%0%充放到充放到充放到充放到100%100%100%100%,1C1C1C1C放,放,放,放,0.3C0.3C0.3C0.3C充充充充,500500500500次次次次后容量衰减到后容量衰减到80%80%,这是最严苛的测试循环。,这是最严苛的测试循环。如果每次电量的循环都在25%-75%25%-75%,
11、1C1C放,放,0.3C0.3C充充,20002000次次后容量衰减到80%如果每次电量的循环都在50%-100%50%-100%,1C1C放,放,0.3C0.3C充充,18001800次次后容量衰减到80%如果每次电量的循环都在25%-75%25%-75%,3C3C放,放,0.3C0.3C充充,16001600次次后容量衰减到80%锂离子电池正极材料的特性锂离子电池正极材料的特性项项目目钴钴酸酸锂锂(LiCoO2)锂镍钴锰锂镍钴锰三元三元(LiNiCoMnO2)锰锰酸酸锂锂(LiMn2O4)磷酸磷酸铁锂铁锂(LiFePO4)振振实实密度密度(g/cm3)2.83.0 2.02.3 2.22.
12、4 1.01.4 比表面比表面积积(m2/g)0.40.6 0.20.4 0.40.8 1220 克容量克容量(mAh/g)135140 140180 90100 130140 电压电压平台平台(V)3.7 3.5 3.8 3.2 循循环环性能性能500次次500次次300次次2000次次常见电池分类常见电池分类一次电池(不可充电电池)一次电池(不可充电电池)金属锂电池:金属锂电池:锂锰电池、锂亚电池、锂铁电池 干电池:干电池:锌锰干电池、碱性锌锰电池二次电池(可充电电池)二次电池(可充电电池)可充电电池:可充电电池:铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锌空气电池、液态锂离子电池、聚合物锂离子电池其
13、它电池(只能发电,不能储电)其它电池(只能发电,不能储电)燃料电池:燃料电池:氢氧燃料电池、直接甲醇燃料电池 太阳能电池:太阳能电池:单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、光敏化学太阳能电池锂电池技术背景锂电池技术背景1.1.定义:定义:锂电池的全称应该叫锂离子电池锂离子电池(简称LIB),在20世纪90年代初索尼公司将锂电池产业化。它以碳为负极以碳为负极,以含锂以含锂的化合物作正极的化合物作正极;在充放电过程中,没有金属锂存在没有金属锂存在,只有锂离子,这就是锂离子电池名称的由来。2.2.内部结构:内部结构:锂离子电池由正极正极、负极负极、电解液电解液和隔膜隔膜等组成。l正极
14、:正极:由含锂的过渡金属氧化物组成,常用的材料有钴酸锂钴酸锂、锰酸锂、三元材料三元材料和磷酸铁锂磷酸铁锂。l负极:负极:石墨石墨、石墨化碳材料、改性石墨、石墨化中间相碳微粒l电解液:电解液:一种有机电解液,大部分是由六氟磷酸锂(六氟磷酸锂(LiPFLiPF6 6)加上有机溶剂配成。(六氟磷酸锂由五氯化磷和溶解在无水氟化氢中的氟化锂反应结晶而成)l 隔膜:隔膜:一种特殊的复合膜,它的功能是隔离正负极隔离正负极,阻止阻止电子穿过,同时能够允许锂离子通过电子穿过,同时能够允许锂离子通过,从而完成在电化学充放电过程中锂离子在正负极之间的快速传输。目前主要是聚乙烯(PE)或者聚丙烯(PP)微孔膜微孔膜。
15、锂离子电池的分类锂离子电池的分类锂电池与其他二次电池的对比锂电池与其他二次电池的对比项目项目镍镉电池镍镉电池镍氢电池镍氢电池铅酸电池铅酸电池锂离子电锂离子电池池聚合物锂离子聚合物锂离子电池电池能量密度能量密度(Wh/kg)(Wh/kg)4580 4580 60120 60120 3050 3050 110160 110160 160 160 循环寿命循环寿命1500 1500 300500 300500 200300 200300 500 500 500 500 快速充电时间快速充电时间(h h)1 1 24 24 816 816 24 24 24 24 耐过充能力耐过充能力中等中等低低高高低
16、低低低自放电(自放电(/月)月)20%20%30%30%5%5%10%10%10%10%单体电压单体电压(V)(V)1.25 1.25 1.25 1.25 2 2 3.6 3.6 3.6 3.6 负载电流负载电流(峰峰值值)20C 20C 5C 5C 5C 5C 2C 2C 2C 2C 负载电流负载电流(最最佳值佳值)1C 1C 0.5C0.5C或更或更低低0.2C 0.2C 1C1C或更低或更低1C1C或更低或更低锂电池与其他二次电池的对比锂电池与其他二次电池的对比项目项目镍镉电池镍镉电池镍氢电池镍氢电池铅酸电池铅酸电池锂离子电锂离子电池池聚合物锂离子聚合物锂离子电池电池工作温度工作温度()
17、-4060-4060-2060-2060-4060-4060-2060-2060-2060-2060 维护要求维护要求30603060天天60906090天天3636月月不需不需不需不需典型价格典型价格(相相对值对值)50 50 60 60 25 25 100 100 100 100 环境影响环境影响含有毒金含有毒金属属轻微毒性轻微毒性环境污染环境污染环境友好环境友好环境友好环境友好记忆效应记忆效应有有轻微轻微无无无无无无耐滥用性耐滥用性高高高高低低低低中等中等运输问题运输问题无限制无限制无限制无限制受限制受限制受限制受限制受限制受限制锂离子电池的工作原理锂离子电池的工作原理l工作原理:工作原
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