混合動(dòng)力汽車的電能儲(chǔ)存裝置

1、項(xiàng)目二 混合動(dòng)力汽車的電能儲(chǔ)存裝置 n活動(dòng)一 電能儲(chǔ)存裝置的種類及主要性能指標(biāo) 一、動(dòng)力電池的分類 n電動(dòng)汽車使用的動(dòng)力電池可以分為化學(xué)電池、物理電池和生物 電池三大類。 1、化學(xué)電池 n將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。 n主要部分是電解質(zhì)溶液、浸在溶液中的正、負(fù)電極和連接電極 的導(dǎo)線。 n化學(xué)電池按工作性質(zhì)分為原電池、蓄電池、燃料電池和儲(chǔ)備電 池。 n1）原電池 利用兩個(gè)電極之間的金屬性不同，產(chǎn)生電勢差， 從而產(chǎn)生電流。 電化反應(yīng)不能逆轉(zhuǎn)，只能化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能， 不能重新存儲(chǔ)電力。 n2）蓄電池 電池放電后可通過充電方式使活性物質(zhì)復(fù)原而可以繼 續(xù)使用的電池。 鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池、鎳氫蓄電池

2、、鋰離子電池 n3）燃料電池 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。 燃料和空氣分別送進(jìn)燃料電池，電就被生產(chǎn)出來。 它從外表上看有正負(fù)極和電解質(zhì)等，像一個(gè)蓄電池， 但實(shí)質(zhì)上它不能“儲(chǔ)電”而是一個(gè)“發(fā)電廠”。 n燃料電池原理 單體電池是由正負(fù)兩個(gè)電極(負(fù)極即燃料電極和正極即氧化劑電極) 以及電解質(zhì)組成。 不同的是一般電池的活性物質(zhì)貯存在電池內(nèi)部，因此，限制了電 池容量。而燃料電池的正、負(fù)極本身不包含活性物質(zhì)，只是個(gè)催 化轉(zhuǎn)換元件。 電池工作時(shí)，燃料和氧化劑由外部供給，進(jìn)行反應(yīng)。原則上只要 反應(yīng)物不斷輸入，反應(yīng)產(chǎn)物不斷排除，燃料電池就能連續(xù)地發(fā)電 n4)貯備電池 是一類特殊形式

3、的原電池，其電極活性物質(zhì)與電解質(zhì) 分開存放，無自放電，可長時(shí)間貯存（510年）而不 需維護(hù)。 當(dāng)需要電池供電時(shí),可用一定的機(jī)構(gòu)使電解液或水（溶 劑）使其激活，一次完成放電 n2、物理電池 物理電池是利用光、熱、物理吸附等物理能量發(fā)電的 電池。如太陽能電池、超級(jí)電容器、飛輪電池等。 n3、生物電池 生物電池是指將生物質(zhì)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置 生物質(zhì)蘊(yùn)涵的能量絕大部分來自于太陽能，是綠色植 物和光合細(xì)菌通過光合作用轉(zhuǎn)化而來的。 從原理上來講，生物質(zhì)能能夠直接轉(zhuǎn)化為電能主要是 因?yàn)樯矬w內(nèi)存在與能量代謝關(guān)系密切的氧化還原反 應(yīng)。這些氧化還原反應(yīng)彼此影響，互相依存，形成網(wǎng) 絡(luò)，進(jìn)行生物的能量代謝。 n

4、1、微生物電池 微生物電池由陽極室和陰極室組成。有一個(gè)質(zhì)子交換 膜將兩極室分開。 基本反應(yīng)類型分為四步： n1) 在微生物的作用下，燃料發(fā)生氧化反應(yīng)，同時(shí)釋放出電子。 n2)介體捕獲電子并將其運(yùn)送至陽極。 n3)電子經(jīng)外電路抵達(dá)陰極，質(zhì)子通過質(zhì)子交換膜由陽極室進(jìn)入 陰極室。 n4)氧氣在陽極接收電子，發(fā)生氧化還原反應(yīng)。 n陽極反應(yīng)：C6H12O6+6H2O6CO2+24H+24e n陰極反應(yīng)：6O2+24H+24e-12H2O n2、酶電池 酶電池通常使用葡萄糖作為反應(yīng)原料。反應(yīng)原理如下： 葡萄糖在葡萄糖氧化酶（GOx）和輔酶的作用下失去電 子被氧化成葡萄糖酸，電子由介體運(yùn)送至陽極，在經(jīng) 外電

5、路到陰極。雙氧水得到電子，并在做過的氧化酶 的作用下還原成水。 陽極反應(yīng)：葡萄糖葡萄糖酸+2H+2e- 陰極反應(yīng)：H2O2+2H+2e-2H2O 普遍使用的以葡萄糖為燃料的酶電池是模仿線粒體的 反應(yīng)機(jī)構(gòu)而制成的，線粒體是以葡萄糖為燃料的酶電 池的理想模型。 n二、動(dòng)力電池的性能指標(biāo) 1、電動(dòng)勢 n電池的電動(dòng)勢，為電池?cái)嗦窌r(shí)正負(fù)兩極間的電位差。 2、額定電壓 n額定電壓(或公稱電壓)，系指該電化學(xué)體系的電池工作時(shí)公認(rèn) 的標(biāo)準(zhǔn)電壓。 3、開路電壓 n電池的開路電壓是無負(fù)荷情況下的電池電壓。開路電壓不等于 電池的電動(dòng)勢。必須指出，電池的電動(dòng)勢是從熱力學(xué)函數(shù)計(jì)算 而得到的，而電池的開路電壓則是實(shí)際測量

6、出來的。 4、工作電壓 n指電池在某負(fù)載下實(shí)際的放電電壓，通常是指一個(gè)電壓范圍。 例如，鉛酸蓄電池的工作電壓在2V1.8V；鎳氫電池的工作電 壓在1.5V1.1V；鋰離子電池的工作電壓在3.6V2.75V。 n5、終止電壓 指放電終止時(shí)的電壓值，視負(fù)載和使用要求不同而異。 以鉛酸蓄電池為例：電動(dòng)勢為2.1V，額定電壓為2V， 開路電壓接近2.15V，工作電壓為2V1.8V，放電終止 電壓為1.8V1.5V n6、充電電壓 系指外電路直流電壓對(duì)電池充電的電壓。 一般的充電電壓要大于電池的開路電壓，通常在一定 的范圍內(nèi)。 n7、內(nèi)阻 蓄電池的內(nèi)阻包括：正負(fù)極板的電阻，電解液的電阻， 隔板的電阻和連

7、接體的電阻等。 n8、容量 電池的容量單位為庫侖(C)或安時(shí)(Ah)。 （1）理論容量 n根據(jù)參加電化學(xué)反應(yīng)的活性物質(zhì)電化學(xué)當(dāng)量數(shù)計(jì)算得到的電量。 （2）額定容量 n系指在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)電池時(shí)，規(guī)定或保證在指定放電條件下電池 應(yīng)該放出的最低限度的電量。 （3）實(shí)際容量 n系指在一定的放電條件下，即在一定的放電電流和溫度下，電 池在終止電壓前所能放出的電量。 n9、比能量和比功率 電池的輸出能量是指在一定的放電條件下，電池所能 作出的電功 輸出能量等于電池的放電容量和電池平均工作電壓的 乘積，其單位常用瓦時(shí)(Wh)表示。 n9、比能量和比功率 電池的比能量有兩種: n一種叫重量比能量，用瓦時(shí)/千克(

8、Wh/kg)表示； n另一種叫體積比能量，用瓦時(shí)/升(Wh/L)表示。 比能量的物理意義是電池為單位重量或單位體積時(shí)所 具有的有效電能量。電池性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)。 單體電池和電池組的比能量是不一樣的 n由于電池組合時(shí)總要有連接條、外部容器和內(nèi)包裝 層等，故電池組的比能量總是小于單體電池的比能 量。 n10、貯存性能和自放電 電池經(jīng)過干貯存(不帶電解液)或濕貯存(帶電解液)一 定時(shí)間后，其容量會(huì)自行降低，這個(gè)現(xiàn)象稱自放電。 所謂“貯存性能”是指電池開路時(shí)，在一定的條件下 (如溫度、濕度)貯存一定時(shí)間后自放電的大小。 n10、貯存性能和自放電 電池在貯存期間，雖然沒有放出電能量，但是在電池 內(nèi)部總

9、是存在著自放電現(xiàn)象。 n干貯存，也會(huì)由于密封不嚴(yán)，進(jìn)入水份、空氣及二 氧化碳等物質(zhì)，使處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)的部分正 極和負(fù)極活性物質(zhì)構(gòu)成微電池腐蝕機(jī)理，自行發(fā)生 氧化還原反應(yīng)而白白消耗掉。 n濕貯存，長期處在電解液中的活性物質(zhì)也是不穩(wěn)定 的。負(fù)極活性物質(zhì)大多是活潑金屬，都會(huì)發(fā)生陽極 自溶。 n11、壽命 電池的壽命有“干貯存壽命”和“濕貯存壽命”兩個(gè) 概念。電池的真正壽命是指電池實(shí)際使用的時(shí)間長短。 對(duì)一次電池而言，電池的壽命是表征給出額定容量的 工作時(shí)間 對(duì)二次電池而言，電池的壽命分充放電循環(huán)壽命和濕 擱置使用壽命兩種。 二次電池的充放電循環(huán)壽命： n在一定的充放電制度下，電池容量降至某一規(guī)

10、定值 之前，電池能耐受的充放電次數(shù) n充放電循環(huán)壽命越長，電池的性能越好。 n在目前常用的二次電池中，鎳鎘電池的充放電循環(huán) 壽命500800次，鉛酸電池200500次，鋰離子電 池6001000次，鋅銀電池很短，約100次左右。 濕擱置使用壽命： n電池加了電解液后開始進(jìn)行充放電直至充放 電循環(huán)壽命終止的時(shí)間，包括充放電循環(huán)過 程中電池處于濕擱置的時(shí)間。 n濕擱置使用壽命越長，電池性能越好。 n三、混合動(dòng)力汽車對(duì)動(dòng)力電池的要求 作為電動(dòng)汽車用的動(dòng)力電池,必須滿足下列要求: n1、體積小、重量輕、貯存能量密度高,使電動(dòng)汽車的一次充電 續(xù)駛里程長; n2、能量輸出密度高,使電動(dòng)汽車的加速性能和爬坡

11、性能好; n3、能夠快速啟動(dòng)和運(yùn)行,可靠性高; n4、循環(huán)次數(shù)高,使用壽命長; n5、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng),能在一定濕度下正常工作,抗振動(dòng)沖擊性能 好; n6、環(huán)保性能好,無二次污染,并有可再生利用性; n7、維修方便,保養(yǎng)費(fèi)用低; n8、安全性好,能夠有效防止因泄露或短路引起的起火或爆炸; n9、價(jià)格低,經(jīng)濟(jì)性好; n10、燃料儲(chǔ)存、處理和輸送方便,能夠利用現(xiàn)有的燃油加油系 統(tǒng)。 n活動(dòng)二 鉛酸蓄電池 蓄電池構(gòu)造：極板、隔板、電解液、外殼、聯(lián)條、極柱等 組成。 l-密度計(jì)；2-排煙孔；3-液氣隔板；4-連接條；5-活性物質(zhì)； 6-柵架；7-隔板；8-極樁；9-模壓代號(hào)；l0-殼體；11-下滑 面 P

12、age 2323 極板的結(jié)構(gòu) 1棚架；2活性物質(zhì) 1.極板 由柵架和活性物質(zhì)組成 柵架作用：容納活性物質(zhì) 蓄電池充放電過程就依靠柵架上的活 性物質(zhì)與電解液中的硫酸發(fā)生反應(yīng)來 實(shí)現(xiàn)。 Page 2424 極板組 極板分為正極板和負(fù)極板兩種 正極板上的活性物質(zhì)為二氧化 鉛(PbO2)，呈深棕色； 負(fù)極板上的活性物質(zhì)為海綿狀 純鉛 (Pb)，呈深灰色。 將正極板和負(fù)極板侵入電解 液中，就得到2.1v左右的電動(dòng)勢 為了增大容量，將多片正、 負(fù)極板分別并聯(lián)，用匯流條焊接起 來便分別組成正、負(fù)極板組。匯流 條(橫板)上聯(lián)有極柱，各片間留有 空隙 安裝時(shí)各片正、負(fù)極板相互嵌合， 中間插入隔板后裝入蓄電池單格

13、內(nèi)， 便形成單格電池。 極板組的結(jié)構(gòu)極板組的結(jié)構(gòu) 1 1極板組總成；極板組總成；2 2負(fù)極板；負(fù)極板；3 3隔板；隔板； 4 4正極板；正極板；5 5鉛聯(lián)條鉛聯(lián)條 Page 2626 袋式隔板 1袋式微孔塑料隔板；2正極板 2、隔板 為了減小蓄電池的內(nèi)阻和尺寸，蓄電池 的正負(fù)極板應(yīng)盡可能靠近。為了防止相鄰正、 負(fù)極板彼此接觸而短路，正、負(fù)極板之間要 用隔板隔開。 隔板是多孔且化學(xué)性能穩(wěn)定，以便電解 液滲出 隔板一面平滑，一面凹槽，凹槽面應(yīng)面 向正極板 3.電解液 由純硫酸與蒸餾水按一定比例配制而成。電解 液密度一般1.24g/cm31.33g/cm3之間 電解液密度過低，冬季易結(jié)冰；電解液密度

14、過大， 電解液粘度增加，蓄電池的內(nèi)阻增加，而加速隔板、 極板的腐蝕，使其使用壽命縮短 電解液相對(duì)密度值，隨溫度的變化而變化，一 般溫度每升高1，相對(duì)密度變化值為0.0007 g/cm3。 在蓄電池充放電過程中，電解液不但起導(dǎo)電作 用，而且參與化學(xué)反應(yīng)。 三、鉛酸電池工作原理： 化學(xué)能和電能之間的相互轉(zhuǎn)化，分為放電和充電兩個(gè)過程 電化學(xué)反應(yīng)方程式為： PbO2 + 2H2SO4 +Pb PbSO4+ 2H2O+ PbSO4 （正極板）（電解液）（負(fù)極板） （正極板）（電解液）（負(fù)極板） 放電 充電 n四、鉛酸蓄電池的優(yōu)點(diǎn) 1、價(jià)格低廉。 n原材料容易得到而且價(jià)格便宜；技術(shù)成熟；生產(chǎn)方便；產(chǎn)品一

15、致性好。 2、比功率高。 n鉛酸蓄電池電勢高，大電流放電性能優(yōu)良，可以滿足車輛啟動(dòng) 和加速的功率要求。 3、浮充壽命長。 n其在25C下浮充狀態(tài)使用可達(dá)20年。 4、使用安全。 n鉛酸蓄電池易于識(shí)別電池荷電狀態(tài)，可在較寬的溫度內(nèi)使用， 而且電性能穩(wěn)定可靠。 5、再生率高。 n五、 鉛酸蓄電池的缺點(diǎn) 1、比能量低。 2、循環(huán)壽命短。循環(huán)充電次數(shù)不足300次。 3、自放電，過充電時(shí)有大量氣體產(chǎn)生。 4、供電不穩(wěn)定。供電強(qiáng)弱隨溫度而變化,冬天只能釋 放一半的電量 5、使用壽命短，因具有記憶效應(yīng),在電池存有殘余電 量時(shí)進(jìn)行充電。 6、污染嚴(yán)重。 n六、鉛酸蓄電池的應(yīng)用 主要應(yīng)用領(lǐng)域有: n1、汽車和摩

16、托車行業(yè)。主要是為發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)點(diǎn)火和車載電 子設(shè)備的使用提供電能等; n2、工業(yè)電力系統(tǒng)。用于輸變電站、為動(dòng)力機(jī)組提供合閘電流， 為公共設(shè)施提供備用電源以及通訊用電源; n3、電動(dòng)汽車和電動(dòng)自行車行業(yè)。取代汽油和柴油，作為電動(dòng) 汽車或電動(dòng)自行車的行使動(dòng)力電源; n4、新能源用鉛酸蓄電池。綠色新能源如風(fēng)能和太陽能發(fā)電時(shí)， 先給鉛酸蓄電池充電，通過逆變器將鉛酸蓄電池的直流電變換 為交流電，然后對(duì)外供電。 n此外，鉛酸蓄電池還廣泛應(yīng)用于礦井、飛機(jī)、坦克、潛艇、工 廠的搬叉車等領(lǐng)域，作為這些行業(yè)設(shè)備的照明用電、應(yīng)急電能、 甚至作為動(dòng)力電源。 n七、閥控密封式鉛酸蓄電池 n1、閥控蓄電池發(fā)展 n MF是

17、免維護(hù)蓄電池的簡稱;SLA是密封鉛酸蓄電 池的簡稱;VRLA為閥控式鉛酸蓄電池 n2、工作原理： nPbO2 + 2H2SO4 + Pb PbSO4 + 4H2O + PbSO4 (放電) n正極 電解液 負(fù)極 正極 電解液 負(fù)極 n 放電時(shí)，正極板中的活性物質(zhì)二氧化鉛，負(fù)極板中的活性物質(zhì)海 綿狀鉛與電解液中的硫酸反應(yīng)，生成硫酸鉛和水。放電過程中，硫酸 逐漸消耗，電解液比重下降。充電時(shí)，硫酸鉛又分別轉(zhuǎn)化成二氧化鉛 和海綿狀鉛，硫酸的濃度也逐漸提高。在充電的最終階段，電解液中 的水開始電解，正極板上產(chǎn)生氧氣： n 2H2O=O2+4H+4e-，（3） n 氧氣通過隔板中的通道傳輸?shù)截?fù)極板上，并與

18、活性物質(zhì)海綿狀鉛 及硫酸反應(yīng)，使一部分活性物質(zhì)變成硫酸鉛，同時(shí)抑制了氫氣的產(chǎn)生： n 2Pb+O2=2PbO，（4） n 2PbO+2H2SO4=2PbSO4+2H2O，（5） n 在負(fù)極，由于與氧氣反應(yīng)而變成放電狀態(tài)的硫酸鉛經(jīng)過繼續(xù)充電， 又回到充電狀態(tài)： n 2PbSO4+4H+4e-=Pb+2H2SO4，（6） n負(fù)極上的反應(yīng)!式(4)+式(5)+式(6)的和為： nO2+4H+4e-=2H2O，（7） n這正是正極板上（反應(yīng)式3）的逆反應(yīng)。 綜上所述，正極板由于電解水而產(chǎn)生的氧氣，與負(fù)極 板中的活性物質(zhì)反應(yīng)并被還原成水，蓄電池內(nèi)部幾乎 沒有水的損耗，因此閥控密封式鉛酸蓄電池密封性能 特

19、別好。 n3、閥控密封式鉛酸蓄電池的特點(diǎn) (1)密封性好，電解液呈凝膠狀并被吸收在高孔率的隔 板內(nèi),不會(huì)自由流動(dòng)或溢出,不會(huì)發(fā)生電解液泄漏,放置 方式比較自由。 (2)極板柵采用少銻或無銻鉛合金，自放電小。 (3)正負(fù)極全被隔離板包圍，有效物質(zhì)不易脫落，性能 穩(wěn)定，壽命較長。 (4)采用陰極吸收法抑制氣體產(chǎn)生，利用負(fù)極容量過剩 吸收氧氣，由閥蓋調(diào)節(jié)內(nèi)外氣壓平衡，水分蒸發(fā)少， 使用中不需要添加蒸餾水。 (5)電池內(nèi)阻小，大電流放電特性好。 n八、免維護(hù)鉛酸蓄電池（MF） 免維護(hù)蓄電池是指在規(guī)定的使用條件下,使用期間不需 要進(jìn)行維護(hù)的蓄電池。 對(duì)于車用鉛酸蓄電池來講,也就是使用期間不需經(jīng)常添 加蒸

20、餾水、擱置期間盡量減少自放電的蓄電池。 MF出廠時(shí)已充足電，直接就可使用，不需加注電解液 和初充電。 n1、工作原理 免維護(hù)蓄電池采用特殊的鉛合金作板柵，超微玻璃絲 夾膜作隔板，從而避免了水的損失，使蓄電池的自放 電減少到最低程度。 由于產(chǎn)品在設(shè)計(jì)上保證了在電解反應(yīng)過程中，正極產(chǎn) 生的氧通過夾膜的氣體通道在負(fù)極上重新還原成水， 達(dá)到免維護(hù)的目的。 n2、免維護(hù)蓄電池的性能特點(diǎn) (1)免維護(hù)蓄電池在有效使用期內(nèi)（3.54年），不需 要補(bǔ)加蒸餾水。 (2)免維護(hù)蓄電池與普通蓄電池相比，其自放電量要少 得多。 (3)內(nèi)阻小、啟動(dòng)性能好。單體電池間采用穿壁式連接， 減小了蓄電池內(nèi)阻。 (4)接線極樁腐

21、蝕小。免維護(hù)蓄電池由于設(shè)計(jì)有新型通 氣裝置,不但能保存單體電池中的酸氣,預(yù)防火花或火 焰引起的爆炸,還能保持其頂部干燥,因而減少了接線 極樁的腐蝕。 (5)耐過充電性能好。 (6)使用壽命長。 n活動(dòng)三 鎳鎘、鎳氫電池 n一、鎳鎘蓄電池 n1、特性 鎳鎘蓄電池的正極材料為氫氧化亞鎳和石墨粉的混合 物，負(fù)極材料為海綿狀鎘粉和氧化鎘粉，電解液通常 為氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液。 單格電池大約是1.2V。鎳鎘電池的放電終止電壓為 1.0V。050溫度范圍的綜合循環(huán)性能較好 n2、工作原理分析 n（1）充放電過程中的電化學(xué)反應(yīng) nCd+2NiOOH+2H20 2Ni(OH)2+Cd(OH)2 n鎘 氫氧化

22、亞鎳 氫氧化鎳晶體 氫氧化鎘 n3、鎳鎘電池的優(yōu)點(diǎn) (1)內(nèi)部抵抗力小，既內(nèi)阻很小，可提供大電流，而且 放電時(shí)電壓變化很小，是一種非常理想的直流供電電 池。 (2) 鎳鎘電池可耐過充電或放過電,鎳鎘電池在長時(shí)間 放置的情況下,特性也不會(huì)劣化,充分充電后可完全恢 復(fù)原來的特性。 (3)由于單格電池采用金屬容器,堅(jiān)固耐用。采用完全 密封的方式,不會(huì)出現(xiàn)電解液泄漏現(xiàn)象,故無須補(bǔ)充電 解液。 (4)鎳鎘電池可重復(fù)500次以上的充放電，非常的經(jīng)濟(jì) n4、鎳鎘電池的缺點(diǎn) (1)鎳鎘電池有記憶效應(yīng),記憶效應(yīng)使得電池的 性能不能得到充分發(fā)揮. (2)使用壽命較短以及易發(fā)生爆炸等致命的缺點(diǎn)。 (3)鎘是有毒的物

23、質(zhì),一旦泄漏會(huì)污染生態(tài)環(huán)境。 n二、鎳氫電池 n1、鎳氫電池的定義 鎳氫（Ni-MH）電池與Ni-Cd電池有許多相同的特性， 但由于無鎘，因此不存在重金屬污染問題，被稱為 “綠色電池”，批量生產(chǎn)的成本約為鉛酸電池的四倍。 鎳氫電池是有氫離子和金屬鎳合成，電量儲(chǔ)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(duì)環(huán)境無污染。 鎳氫電池的缺點(diǎn)是價(jià)格比鎳鎘電池要貴好多，性能比 鋰電池要差。 n2、鎳氫電池（Ni-MH）的材料構(gòu)成 鎳氫電池的構(gòu)成主要由電極材料、電解液、金屬材料 及隔膜組成 正極材料決定了電池的容量 負(fù)極材料決定了大電流或高溫工作時(shí)電池充放電的穩(wěn) 定性。 n3、Ni-MH

24、電池工作原理 n1、電解質(zhì) n 主要用KOH作電解液（電解7moL/LKOH+15g/LLiOH）。 n2、充電時(shí) n 正極反應(yīng)：Ni(OH)2 + OH- NiOOH + H2O + e- n 負(fù)極反應(yīng)：M + H2O + e- MH + OH- n 總反應(yīng)：M + Ni(OH)2 MH + NiOOH n3、放電時(shí) n 正極：NiOOH + H2O + e- Ni(OH)2 + OH- n 負(fù)極：MH + OH- M + H2O + e- n 總反應(yīng)：MH + NiOOH M + Ni(OH)2 n 以上式中M為儲(chǔ)氫合金，MH為吸附了氫原子的儲(chǔ)氫 合金。最常用儲(chǔ)氫合金為LaNi5。 n4、

25、鎳氫動(dòng)力電池的不足 自放電率高，常溫下30天不使用時(shí)，電池的放電容量 只有額定容量的6570%； 比能量較小，極限值為80kw/kg，較小的比能量值使得 鎳氫動(dòng)力電池續(xù)航能力較低 只能用在混合動(dòng)力汽車上，電動(dòng)汽車必須選用鋰電池 等高比能量的材料。 n5、鎳氫電池在汽車上的應(yīng)用 （1）混合動(dòng)力車輛方面 n大功率的鎳氫電池也使用在油電混合動(dòng)力車輛中，最佳的例子就 是豐田的prius，該車使用了特別的充放電程序，使電池充放電 壽命可足夠車輛使用十年。 （2）純電池動(dòng)力車方面 n雖然在重量上比鋰離子電池重，但仍然有部份純電池動(dòng)力車使用 鎳氫電池 （3）怠速停止車用能量再生系統(tǒng) n該系統(tǒng)是在通常配備的鉛

26、蓄電池的基礎(chǔ)上組合使用鎳氫充電電池， 將減速時(shí)產(chǎn)生的能量存儲(chǔ)在鎳氫充電電池中再利用，這樣不但能 提高燃效，還能減輕鉛蓄電池的負(fù)擔(dān)，延長鉛蓄電池的壽命。 n活動(dòng)四 鋰離子電池 n一、鋰離子電池簡介 鋰離子電池容易與下面電池混淆： n（1）鋰電池：正極材料是二氧化錳或亞硫酰氯，負(fù) 極是金屬鋰。電池組裝完成后電池即有電壓,不需充 電。 在充放電循環(huán)過程中,容易形成鋰結(jié)晶，造成電池內(nèi)部短 路,所以一般情況下這種電池是禁止充電的。 以前照相機(jī)里用的扣式電池就屬于鋰電池 n(2)鋰離子聚合物電池：用凝膠液態(tài)或固態(tài)聚合物電 解液 常用與手機(jī)和筆記本電腦 n二、鋰離子電池的結(jié)構(gòu)組成 鋰離子電池內(nèi)部主要由正極、

27、負(fù)極、電解質(zhì)及隔膜組成 市場上的鋰離子電池正極材料主要是鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰以 及三元材料鎳鈷酸鋰 目前最新研制的鋰離子電池正極材料是磷酸鐵鋰材料 鋰離子電池負(fù)極主要是碳材料，新的負(fù)極材料有錫基、硅基、合 金基材料（鈦酸鋰）等。 n三、鋰離子電池工作原理 鋰離子電池是一種充電電池，它主要依靠鋰離子在正 極和負(fù)極之間移動(dòng)來工作。 在充放電過程中，Li+ 在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫 嵌 n三、鋰離子電池工作原理 充電時(shí)，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極 處于富鋰狀態(tài)；正極處于負(fù)鋰狀態(tài)；放電時(shí)則相反 一般采用含有鋰元素的材料作為電極的電池。是現(xiàn)代 高性能電池的代表。 n鋰離子電池充電 鋰

28、離子電池的充電過程分為兩個(gè)階段：恒流快充階段 和恒壓電流遞減階段。 恒流快充階段，電池電壓逐步升高到電池的標(biāo)準(zhǔn)電壓， 隨后在控制芯片下轉(zhuǎn)入恒壓階段，電壓不再升高以確 保不會(huì)過充，電流則隨著電池電量的上升逐步減弱到 設(shè)定的值，而最終完成充電。 當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí)，電池的正極上有鋰離子生成， 生成的鋰離子經(jīng)過電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。嵌入的鋰離子 越多，充電容量越高。 n鋰離子電池放電 第一次充放電，如果時(shí)間能較長(一般3-4小時(shí)足夠)， 那么可以使電極盡可能多的達(dá)到最高氧化態(tài)（充足 電），放電（或使用）時(shí)則強(qiáng)制放到規(guī)定的電壓、或 直至自動(dòng)關(guān)機(jī)，如此能激活電池使用容量。 但在鋰離子電池的平常使用中，不需要

29、如此操作，可 以隨時(shí)根據(jù)需要充電，充電時(shí)既不必要一定充滿電為 止，也不需要先放電。只需要每隔3-4個(gè)月進(jìn)行連續(xù) 的1-2次即可。 當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行放電時(shí)（即我們使用電池的過程），嵌 在負(fù)極碳層中的鋰離子脫出，又運(yùn)動(dòng)回正極。回正極 的鋰離子越多，放電容量越高。 n使用（放電）注意事項(xiàng) 鋰離子電池雖然不存在記憶效應(yīng)，但是充、放電不當(dāng) 會(huì)嚴(yán)重影響電池性能。 放電電流不能過大 n過大的電流導(dǎo)致電池內(nèi)部發(fā)熱，有可能會(huì)造成永久 性的損害。 n電池放電電流越大，放電容量越小，電壓下降更快。 絕對(duì)不能過充放電 n過度放電導(dǎo)致負(fù)極碳片層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塌陷，會(huì)造成充 電時(shí)鋰離子無法進(jìn)入 n過度充電使過多的鋰離子嵌入負(fù)極碳結(jié)

30、構(gòu)，而造成 其中部分鋰離子在無法釋放出來 n四、鋰離子電池的性能 n（一）鋰離子電池具有優(yōu)越的性能 n1、單體電池工作電壓高達(dá)3.7V，是鎳電池的3倍，鉛酸電 池的2倍。 n2、質(zhì)量比能量高達(dá)150Wh/Kg，是鎳氫電池的2倍，鉛酸電 池的4倍, 因此重量是相同能量鉛酸電池的四分之一。 n3、體積比能量高達(dá)到400Wh/L，因此體積是相同能量鉛酸 電池的二分之一到三分之一。 n4、循環(huán)壽命長，循環(huán)次數(shù)可達(dá)10002000次。 n5、自放電率低，每月不到10%。 n6、無記憶效應(yīng)，充電前不必像鎳鎘電池一樣需要完全放 電，可以隨時(shí)隨地的進(jìn)行充電。 n（二）鋰離子電池也有一些不足，主要表現(xiàn)在： n1

31、、成本高 主要是正極材料價(jià)格高，但按單位瓦時(shí)的價(jià)格來計(jì)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； n2、必須有特殊的保護(hù)電路，以防止過充。 n五、鋰離子電池在電動(dòng)汽車上的運(yùn)用 n六、磷酸鐵液態(tài)鋰離子電池 磷酸鐵鋰電池是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子 電池。 全名是磷酸鐵鋰鋰離子電池，簡稱為磷酸鐵鋰電池。 由于它的性能特別適于作動(dòng)力方面的應(yīng)用，則在名稱 中加入“動(dòng)力”兩字，即磷酸鐵鋰動(dòng)力電池。也有人 把它稱為“鋰鐵（LiFe）動(dòng)力電池”。 n1、工作原理 左邊是橄欖石結(jié)構(gòu)的LiFePO4作為電池的正極，由鋁箔 與電池正極連接，中間是聚合物的隔膜，它把正極與 負(fù)極隔開，右邊是由

32、碳（石墨）組成的電池負(fù)極，由 銅箔與電池的負(fù)極連接。 n1、工作原理 LiFePO4電池在充電時(shí)，正極中的鋰離子Li+通過聚合 物隔膜向負(fù)極遷移； 在放電過程中，負(fù)極中的鋰離子Li+通過隔膜向正極遷 移。 LiFePO4電池的標(biāo)稱電壓是3.2V、終止充電電壓是3.6V、 終止放電壓是2.0V。 n過放電到零電壓試驗(yàn) 零電壓存放7天后電池?zé)o泄漏，性能良好，容量為100%； 存放30天后，無泄漏、性能良好，容量為98%； 存放30天后的電池再做3次充放電循環(huán)，容量又恢復(fù)到 100%。 這試驗(yàn)說明該電池 即使出現(xiàn)過放電（甚至到0V），并 存放一定時(shí)間，電池也不泄漏、損壞。這是其他種類 鋰離子電池不具

33、有的特性。 n磷酸鐵鋰電池的特點(diǎn) 高效率輸出：標(biāo)準(zhǔn)放電為25C、連續(xù)高電流放電可達(dá) 10C，瞬間脈沖放電（10S）可達(dá)20C； 高溫時(shí)性能良好：外部溫度65時(shí)內(nèi)部溫度則高達(dá) 95，電池放電結(jié)束時(shí)溫度可達(dá)160，電池的結(jié)構(gòu)安 全、完好； 即使電池內(nèi)部或外部受到傷害，電池不燃燒、不爆炸、 安全性最好； 極好的循環(huán)壽命，經(jīng)500次循環(huán)，其放電容量仍大于 95%； 過放電到零伏也無損壞； 可快速充電； 低成本；對(duì)環(huán)境無污染。 n4、磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的應(yīng)用 （1）大型電動(dòng)車輛：公交車、電動(dòng)汽車、景點(diǎn)游覽車 及混合動(dòng)力車等； （2）輕型電動(dòng)車：電動(dòng)自行車、高爾夫球車、小型平 板電瓶車、鏟車、清潔車、電動(dòng)輪椅等； （3）電動(dòng)工具：電鉆、電鋸、割草機(jī)等； 遙控汽車、船、飛機(jī)等玩具； 太陽能及風(fēng)力發(fā)電的儲(chǔ)能設(shè)備； UPS及應(yīng)急燈、警示燈及礦燈（安全性最好）； 替代照相機(jī)中3V的一次性鋰電池及9V的鎳鎘或鎳氫可 充電電池（尺寸完全相同）； 小型醫(yī)療儀器設(shè)備及便攜式儀器等。 n活動(dòng)五 飛輪儲(chǔ)能器 一、飛輪電池的起源 n當(dāng)飛輪以一定角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，它就具有一定的動(dòng)能， 飛輪電池正是以其動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能的。 二、飛輪電池的結(jié)構(gòu)與原理 n飛輪電池系統(tǒng)由飛輪、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和輸入/輸出 電子裝置共同組成。 n