新能源汽车动力电池及能量存储.pptx
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1、第一节 概述第二节 电化学蓄电池第三节 新能源汽车用其他储能系统第四节 混合能量存储系统第五节 蓄电池的测试第1页/共49页2023/3/17第2页/共49页2023/3/17第3页/共49页 第一节 概述 目前各种蓄电池还不能满足新能源汽车对动力电池的实际需要。其主要不足归纳如下:.能量密度低能量密度低.充电时间长充电时间长.价格高且使用寿命短价格高且使用寿命短.汽车附件的使用受到限制汽车附件的使用受到限制一、新能源汽车用动力电池分类.按动力电池电解质分类)酸性电池)碱性电池)中性电池)有机电解液电池第4页/共49页 第一节 概述.按动力电池所用正、负极材料不同分类)锌系电池)镍系电池)铅系
2、电池)锂系电池)金属空气电池 表-为各种常用车用蓄电池的性能比较。第5页/共49页 第一节 概述二、新能源汽车用动力电池性能指标.电压()开路电压:动力电池未向外电路输出电流时的端电压。()放电电压:蓄电池向外输出电流时的端电压。()充电电压:在充电电源对蓄电池进行充电时,蓄电池的端电压。.内阻 动力电池的内阻主要与极板的材质、结构及装配工艺有关。.容量()理论容量:是假设动力电池极板上的活性物质全部参加电化学反应而输出电流时,根据法拉第定律计算出的电量。()实际容量:是指充足电的蓄电池在一定条件下所能输出的电量。()小时放电率容量:充足电的蓄电池以某一恒定电流放电,放电 小时后将蓄电池放电至
3、终止电压,此时蓄电池所能输出的电量称为 小时放电容量,通常用 表示。()额定容量:是指充足电的动力电池在规定的条件下所能输出的电量。第6页/共49页 第一节 概述.能量()标称能量:是指在一定的放电条件下动力电池所能输出的电能。()实际能量:是指在一定的放电条件下动力电池所能输出的电能。()比能量:即质量比能量,是指动力电池单位质量所能输出的电能,单位为或()能量密度:即体积比能量,是指动力电池单位体积所能输出的电能,单位为 或.功率()比功率:即质量比功率,是指动力电池单位质量所能输出的功率,单位为 或.寿命 动力电池的寿命通常用使用时间或循环寿命来表示。第7页/共49页 第一节 概述三、新
4、能源汽车对动力电池的基本要求.比能量高.比功率大.充放电效率高.相对稳定性好.使用成本低.安全性好第8页/共49页 第二节电化学蓄电池一、铅酸蓄电池.铅酸蓄电池的分类 铅酸蓄电池分为免维护铅酸蓄电池和阀控密封式铅酸蓄电池。.铅酸蓄电池的结构 铅酸蓄电池的基本结构如图-所示。第9页/共49页 第二节电化学蓄电池.铅酸蓄电池的工作原理 放电时,当蓄电池的正负极板浸入电解液中时,正负极板间就会产生约.静止电动势。此时若接入负载,在电动势的作用下,电流就会从蓄电池的正极经外电路流向蓄电池的负极,这一过程称为放电,将蓄电池储存的化学能转化为电能输出。正极化学反应式是负极化学反应式是 充电时蓄电池的正负极
5、分别与直流电源的正负极相连,当充电电源的端电压高于蓄电池的电动势时,在电场的作用下,电流从蓄电池的正极流入、负极流出,这一过程称为充电。蓄电池的充电过程是电能转换为化学能的过程。正极化学反应式是负极化学反应式是第10页/共49页 第二节电化学蓄电池 铅酸蓄电池使用时,把化学能转换为电能的过程叫放电。在使用后,借助于直流电在电池内进行化学反应,把电能转变为化学能而储蓄起来,这种蓄电过程叫充电。铅酸蓄电池是酸性蓄电池,其化学反应式为.铅酸蓄电池的特点主要优点:()除锂离子电池外,在常用蓄电池中,铅酸蓄电池的电压最高为2.0V。()价格低廉。()可制成小至 大至几千 的各种尺寸和结构的蓄电池。()高
6、倍率放电性能良好,可用于发动机起动。()高低温性能良好,可在-4060条件下工作。()电能效率高达60。()易于浮充使崩,没有“记忆”效应。()易于识别荷电状态。第11页/共49页 第二节电化学蓄电池 存在的缺点:()比能量低,在新能源汽车中所占的质量和体积较大,一次充电行驶单程短。()使用寿命短,使用成本高。()充电时间长。()铅是重金属,存在污染。.铅酸蓄电池的充放电特性)铅酸蓄电池的放电特性第12页/共49页 第二节电化学蓄电池)铅酸蓄电池的充电特性第13页/共49页 第二节电化学蓄电池二、镍氢电池.镍氢电池的分类 按照外形,镍氢电池分为方形镍氢电池和圆形镍氢电池。.镍氢电池的结构 镍氢
7、电池主要由正极、负极、极板、隔板、电解液等组成。.镍氢电池的工作原理充电时正、负极的电化学反应为:放电时正、负极的电化学反应为:第14页/共49页 第二节电化学蓄电池.镍氢电池的特点()比功率高。()循环次数多。()无污染。()耐过充过放。()无记忆效应。()使用温度范围宽。()安全可靠。.镍氢电池的充放电特性 一般充放电电流的大小常用充放电倍率来表示,即 充放电倍率 充放电电流/额定容量第15页/共49页 第二节电化学蓄电池)镍氢电池的充电特性 在充电起始阶段,电池端电压迅速上升,随着时间的延长,电池电压上升减缓,电池的容量与电池的端电压有一定的对应关系,如图-所示的曲线曲线。第16页/共4
8、9页 第二节电化学蓄电池 电池在高温情况下充电,虽然充电时间较长,但充电效率下降,导致放电容量减少如图-所示。第17页/共49页 第二节电化学蓄电池)镍氢电池的放电特性 随着放电的进行,总的趋势是随着放电时间的延续,电池的端电压不断下降。放电电流越大电池所能放出的安时量越小,电池的端电压越低,如图-所示。第18页/共49页 第二节电化学蓄电池 虽然常温下延长了充电时间,但在低温情况下,电池放电容量将会下降,如图-所示。第19页/共49页 第二节电化学蓄电池三、锂离子电池.锂离子电池的分类 按照锂离子电池外形形状,可以分为:()方形锂离子电池()圆柱形锂离子电池。按照锂离子电池正极的材料不同,可
9、以分为:()锰酸锂离子电池()磷酸铁锂离子电池()镍钴锂离子电池或镍钴锰锂离子电池。.锂离子电池的结构 锂离子电池由正极、负极、隔板、电解液和安全阀等组成。圆柱形锂离子电池结构如图-所示。第20页/共49页 第二节电化学蓄电池.锂离子电池的工作原理 在充放电过程中,锂离子电池的反应方程式如下:锂离子电池的工作原理如图-所示(以 金属为例进行说明)。第21页/共49页 第二节电化学蓄电池.锂离子电池的特点 锂离子电池的主要优点有:()电压高,单格电池的工作电压高达.,是镍镉、镍氢电池的 倍。()比能量大,达 ,是镍镉电池的 倍,镍氢电池的.倍。锂离子电池,其比能量可高达 。()循环寿命长,新型锂
10、离子电池的循环寿命可超过 次。()安全性能好,无公害,无记忆效应。()自放电小,室温下充满电的锂离子电池储存 个月后的自放电率仅为,低于镍镉电池的、镍氢电池的。()可实现安全、快速充电。()允许温度范围宽,随着电解质和正极的改进,期望能扩宽到。锂离子电池的缺点主要有:()蓄电池的成本较高。这主要是因为正极材料 的价格高(的资源较少)电解质体系提纯较困难。()不能大电流放电。由于有机电解质体系等原因,锂离子电池的内阻较大,因此放电电流不能过大,最大的放电电流通常被限制在 。过大的放电电流会使蓄电池温度过高,影响其使用寿命。第22页/共49页 第二节电化学蓄电池.锂离子电池的充放电特性 在电压方面
11、,锂离子电池对充电终止电压的精度要求很高,一般误差不能超过额定值的。充电电流方面,锂电池的充电率(充电电流)应根据电池生产厂的建议选用。放电方面,锂离子电池的最大放电电流一般被限制在 左右。锂电池的充电温度一般应该被限制在 范围。四、空气电池.锌空气电池)锌空气电池的基本原理 锌空气电池放电时的电化学反应方程式如下:负极反应式为:正极反应式为:总反应式为:第23页/共49页 第二节电化学蓄电池)锌空气电池的特点 相比于铅酸电池,锌空气电池具有以下优点:()比能量高。()可采用机械式“充电”方式。()大电流持续放电的能力强。()自放电率低。()性能稳定。()安全性好。()锌可以回收利用。.铝空气
12、电池)铝空气电池的原理 铝空气电池充放电时的电化学反应方程式为:第24页/共49页 第二节电化学蓄电池)铝空气电池的特点 相比于新能源汽车用的其他蓄电池,铝空气电池具有以下特点:()比能量大。()质量轻。()铝没有毒性和危险性。()生产成本较低。第25页/共49页一、燃料电池第三节新能源汽车用其他储能系统.燃料电池的分类)按燃料电池的运行机理分类 可分为酸性燃料电池和碱性燃料电池。)按电解质分类 可分为质子交换膜燃料电池(PEFMC)、碱性燃料电池(AFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFL)、固体氧化物燃料电池(SOFC)、直接甲醇燃料电池(DMFC)、再生型燃料电池(
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