第二章電動汽車動力電池的種類、外特性介紹

1、第二章第二章 電動汽車動力電池的種類、外特性介紹電動汽車動力電池的種類、外特性介紹Xiangyang Auto vocational technical collegeXiangyang Auto vocational technical college1. 術語解釋術語解釋電池（BatteryBattery）：）：指盛有電解質溶液和金屬電極以產(chǎn)生電流的杯、槽或其他容器或復合容器的部分空間，能將化學能轉化成電能的裝置。 Xiangyang Auto vocational technical college1. 術語解釋術語解釋電動勢（ Electromotive Force ）是一個表示電源特

2、征的物理量，是指電源將其它形式的能量轉化為電能的本領，在數(shù)值上，等于非靜電力將單位正電荷從電源的負極通過電源內部移送到正極時所做的功。常用符號E。 工作電源E E，電阻R RABAB，限流電阻R RP P構成的測量電路，其中電流： 待測電源E EX X與檢流計G G組成分路，調節(jié)滑動變阻器P使電流計G中電流為零，則EX= VAP = R RAB AB I I0 0，波動開關K，改用標準電池ES，再次調節(jié)滑動變阻器使電流計G中電流為零，斷開開關Ke測得滑動變阻器電阻RS，可得E ES S=R=RS SI I0 0 ，PABRREI0電位差計測量電源電動勢原理SSAPXERREXiangyang

3、Auto vocational technical college1. 術語解釋術語解釋開路電壓電池在開路狀態(tài)下的端電壓稱為開路電壓。電池的開路電壓等于電池在斷路時（即沒有電流通過兩極時）電池的正極電極電勢與負極的電極電勢之差。電池的開路電壓用V開表示。 Xiangyang Auto vocational technical college1. 術語解釋術語解釋 額定電壓 電池在常溫下的典型工作電壓，又稱標稱電壓。它是選用不同種類電池時的參考。電池的實際工作電壓隨不同使用條件等于正、負電極的平衡電極電勢之差。 它只與電極活性物質的種類有關，而與活性物質的數(shù)量無關。電池類型電池類型額定電壓額定電

4、壓鉛酸電池2.0V鎳氫電池1.5V磷酸鐵鋰電池3.2VXiangyang Auto vocational technical college1. 術語解釋術語解釋 工作電壓 電池在某負載下實際的放電電壓，通常是指一個電壓范圍。電池類型電池類型工作電壓工作電壓鉛酸電池1.8V-2V鎳氫電池1.1V-1.5V磷酸鐵鋰電池2.75V-3.6V 終止電壓 指放電終止時的電壓值，視負載和使用要求不同而異。電池類型電池類型終止電壓終止電壓鉛酸電池1.6V-1.75V鎳氫電池1.0V磷酸鐵鋰電池2.0VXiangyang Auto vocational technical college1. 術語解釋術語解

5、釋 充電電壓 指外電路直流電壓對電池充電的電壓，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。電池類型電池類型充電電壓充電電壓鉛酸電池2.5V鎳氫電池1.4-1.6V磷酸鐵鋰電池4.1-4.2V 電壓效率 指電池的工作電壓與電池電動勢的比值。電池放電，由于存在電化學極化、濃差極化和歐姆壓降，使電池的工作電壓小于電動勢。Xiangyang Auto vocational technical college1. 術語解釋術語解釋 容量 完全充電的蓄電池在規(guī)定條件（如溫度、放電率、終止電壓等）下所釋放的總的電量，單位為Ah。 額定容量在設計規(guī)定的條件（如溫度、放電率、終止電壓等）下，電池應

6、能放出的最低容量，單位為Ah ，以符號C表示。n小時率容量 完全充電的蓄電池以n小時率放電電流放電，達到規(guī)定終止電壓時所釋放的電量。Xiangyang Auto vocational technical college1. 術語解釋術語解釋 理論容量 假設活性物質完全被利用，蓄電池可釋放的容量。 實際容量 實際容量是指電池在一定的放電條件下實際放出的電量。它等于放電電流與放電時間的乘積，對于實用中的化學電源，其實際容量總是低于理論容量，而通常比額定容量大10%-20%。 比容量 指單位質量或單位體積的電池所能給出的電量，相應的稱之為質量比容量和體積比容量。Xiangyang Auto voca

7、tional technical college1. 術語解釋術語解釋容量受放電率的影響較大，所以常在字母C的右下角以阿拉伯數(shù)字標明放電率，如C20=50，表明在20時率下的容量為50Ah。 電池的理論容量可根據(jù)電池反應式中電極活性物質的用量和按法拉第定律計算的活性物質的電化學當量精確求出。由于電池中可能發(fā)生的副反應以及設計時的特殊需要，電池的實際容量往往低于理論容量。Xiangyang Auto vocational technical college1. 術語解釋術語解釋 能量 電池的能量是指在一定的放電制度下，電池所能輸出的電能，通常用瓦時（WhWh）表示。電池的能量反映電池做功能力的大

8、小，也是電池放電過程中能量轉換的量度。 理論能量假設電池在放電過程中始終處于平衡狀態(tài)，其放電電壓保持電動勢的數(shù)值，而且活性物質的利用率為100%，即放電容量等于理論容量，則在此條件下電池所輸出的能量為理論能量，也就是可逆電池在恒溫、恒壓下所做的最大功。Xiangyang Auto vocational technical college1. 術語解釋術語解釋 實際能量 指電池放電時實際輸出的能量。它在數(shù)值上等于電池實際容量與電池平均工作電壓的乘積。 比能量比能量分為質量比能量和體積比能量。質量比能量是指單位質量電池所能輸出的能量，單位常用Wh/kgWh/kg；體積比能量是指單位體積電池所能輸出

9、的能量，也稱能量密度，單位常用Wh/LWh/L，Xiangyang Auto vocational technical college1. 術語解釋術語解釋 功率密度 表示指電池能輸出最大的功率除以整個電池系統(tǒng)的重量或體積，單位是瓦/公斤或瓦/升。功率密度描述的是電池的倍率性能，即電池可以以多大電流放電。如果電動車電池的功率密度越大，則電動車在加速的時候會越快。Xiangyang Auto vocational technical college1. 術語解釋術語解釋 恒流放電 以一個受控的恒定電流對電池進行放電。 恒功率放電以一個受控的恒定功率對電池進行放電。 倍率放電 以額定電流倍數(shù)值對電

10、池進行放電。Xiangyang Auto vocational technical college1. 術語解釋術語解釋放電率 為測算蓄電池或原電池的容量大小，以恒定電流放電時的電流值。 習慣上有兩種表達方式：（1）“小時率”由于電池的放電電流影響其容量，生產(chǎn)廠在規(guī)定其產(chǎn)品的額定容量C時必須標明其放電率。如C20=60A h，表示這種電池以20小時率放電時額定容量為60安時，故放電率（即放電電流）I20=60/20=3A。（2）“C放電率”或稱電池額定容量C的“倍率”。仍設C20=60A h 則放電倍率為0.05C、lC或10C，分別表示放電電流為3安、60安或600安時其容量應為60安時。放

11、電率愈大，電池能輸出的容量愈小。Xiangyang Auto vocational technical college1. 術語解釋術語解釋 連續(xù)放電時間電池不間斷放電至終止電壓時，從開始放電至終止放電的時間。Xiangyang Auto vocational technical college1. 術語解釋術語解釋放電深度（DOD)表示蓄電池放電狀態(tài)的參數(shù)，等于實際放電容量與額定容量的百分比。放電深度的高低和二次電池（蓄電電池或充電電池）的充電壽命有很深的關系，當二次電池的放電深度越深，其充電壽命就越短，會導致電池的使用壽命變短，因此在使用時應盡量避免深度放電。Xiangyang Auto

12、vocational technical college1. 術語解釋術語解釋 自放電率對于所有化學電源，即使在與外電路沒有接觸的條件下開路放置，容量也會自然衰減的現(xiàn)象稱為自放電。 電池自放電的大小，用自放電率來衡量，一般用單位時間內容量減少的百分比表示：自放電率=（儲存前的容量-儲存后的容量）/儲存前的容量 100%電池的自放電率主要由電極材料、制造工藝、儲存條件等多方面因數(shù)決定，一般情況下，低溫和低濕條件下，電池的自放電率低，有利于電池的存儲。Xiangyang Auto vocational technical college1. 術語解釋術語解釋Xiangyang Auto vocat

13、ional technical college1. 術語解釋術語解釋 充電 從外部電源供給蓄電池直流電，將電能以化學能的方式貯存起來的過程。 浮充電 隨時對蓄電池用恒壓充電，使其保持一定的荷電狀態(tài)。 涓流充電 為補充自放電，使蓄電池保持在近似完全充電狀態(tài)的連續(xù)小電流充電。Xiangyang Auto vocational technical college1. 術語解釋術語解釋 恒流充電以一個受控的恒定電流對電池進行充電。 研究和實踐表明：電池充電過程對電池壽命影響最大，放電過程的影響則較少。也就是說絕大多數(shù)的蓄電池不是使用壞的，而是被“充壞”的。由此可見一個好的充電器對蓄電池的使用壽命有十分

14、重要的影響。 脈沖充電 充放電時間比例為5:1的一種充電方式，脈沖充電器的電路結構由以下幾部分組成：電路濾波、一次整流濾波、PWM變換、二次整流濾波、脈沖電路、充放電電路和反饋控制。該電路與普通開關電源電路相比，多了脈沖產(chǎn)生電路與充放電電路部分。Xiangyang Auto vocational technical college1. 術語解釋術語解釋 恒壓充電以一個受控的恒定電壓給蓄電池充電的方式。Xiangyang Auto vocational technical college1. 術語解釋術語解釋感應式充電 利用電池感應對蓄電池進行充電的方式。Xiangyang Auto vocat

15、ional technical college1. 術語解釋術語解釋傳導式充電 利用電傳導對蓄電池進行充電的方式。Xiangyang Auto vocational technical college1. 術語解釋術語解釋均衡充電 為確保蓄電池中所有單體蓄電池荷電狀態(tài)均勻的一種延續(xù)充電。均衡充電分為主動均衡充電和被動均衡充電Xiangyang Auto vocational technical college1. 術語解釋術語解釋被動均衡充電法 在一般的電池管理系統(tǒng)中，每個電池單元都通過一個開關連接到一個負載電阻。這種被動電路可以對個別被選中的單元放電。但該方法只適用于在充電模式下抑制最強電池

16、單元的電壓攀升。為限制功耗，此類電路一般只允許以100mA左右的小電流放電，從而導致充電平衡耗時可高達幾小時。 Xiangyang Auto vocational technical college1. 術語解釋術語解釋主動均衡充電法 在一般的相關資料中有很多種主動平衡法，均需要一個用于轉移能量的存儲元件。如果用電容來做存儲元件，將其與所有電池單元相連就需要龐大的開關陣列。更有效的方法是將能量存儲在一個磁場中。該電路中的關鍵元件是一個變壓器。Xiangyang Auto vocational technical college1. 術語解釋術語解釋 充電特性充電時蓄電池的電流、電壓等與時間之間

17、的關系。 完全充電 蓄電池內所有可利用的活性物質都已經(jīng)轉變成完全荷電的狀態(tài)。 荷電狀態(tài)（SOCSOC） 蓄電池放電后剩余容量與全荷電容量的百分比。Xiangyang Auto vocational technical college1. 術語解釋術語解釋 壽命電池的壽命分為貯存壽命和使用壽命貯存壽命：貯存壽命又分干儲存壽命和濕貯存壽命，對于在使用過程中加入電解液的電池儲存壽命，習慣上稱為干貯存壽命，干貯存壽命可以很長。對于出廠前已加入電解液的電池貯存壽命，習慣上稱為濕貯存壽命。濕貯存時自放電嚴重，壽命較短。使用壽命：是指電池實際使用的時間長短，對一次電池而言，電池使用壽命是表征給出額定容量的工

18、作時間。對充放電循環(huán)壽命，是衡量二次電池性能的一個重要參數(shù)，在一定的充放電制度，電池容量將至某一規(guī)定值之前，電池能耐受的充放電次數(shù)，稱為二次電池的循環(huán)壽命。Xiangyang Auto vocational technical college1. 術語解釋術語解釋 循環(huán)壽命循環(huán)壽命是蓄電池在滿足規(guī)定條件下所能達到的最大充放電循環(huán)次數(shù)。在規(guī)定循環(huán)壽命時必須同時規(guī)定充放電循環(huán)試驗的制度，包括充放電速率、放電深度和環(huán)境溫度范圍等。Xiangyang Auto vocational technical college1. 術語解釋術語解釋 內阻電池的內阻是指電流通過電池內部時受到的阻力。 它包括歐姆內

19、阻和極化內阻，極化內阻又包括電化學極化內阻和濃差極化內阻。由于內阻的存在，電池的工作電壓總是小于電池的電動勢或開路電壓。電池的內阻不是常數(shù)，在充放電過程中隨時間不斷變化（逐漸變大），這是因為活性物質的組成，電解液的濃度和溫度都在不斷的改變。 歐姆內阻遵守歐姆定律，極化內阻隨電流密度增加而增大，但不是線性關系。常隨電流密度增大而增加。內阻是決定電池性能的一個重要指標，它直接影響電池的工作電壓，工作電流，輸出的能量和功率，對于電池來說，其內阻越小越好。Xiangyang Auto vocational technical college1. 術語解釋術語解釋 阻抗 電池內具有很大的電極-電解質界面

20、面積，故可將電池等效為一大電容與小電阻、電感的串聯(lián)回路。但實際情況復雜得多，尤其是電池的阻抗隨時間和直流電平而變化，所測得的阻抗只對具體的測量狀態(tài)有效。 Xiangyang Auto vocational technical college2. 鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池鉛酸電池（VRLA）：是一種電極主要由鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的蓄電池。鉛酸電池荷電狀態(tài)下，正極主要成分為二氧化鉛，負極主要成分為鉛；放電狀態(tài)下，正負極的主要成分均為硫酸鉛。Xiangyang Auto vocational technical college2. 鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池電池類型電池類型標稱電壓標稱電壓放電截

21、止電壓放電截止電壓充電截止電壓充電截止電壓鉛酸蓄電池2.0V1.5V2.4V 常用的單個12V的鉛酸電池是用6個單格鉛酸電池串聯(lián)起來組成的。還有24V、36V、48V等。 根據(jù)鉛酸蓄電池結構與用途區(qū)別，粗略將電池分為四大類：1、啟動用鉛酸蓄電池；2、動力用鉛酸蓄電池；3、固定型閥控密封式鉛酸蓄電池；4、其它類，包括小型閥控密封式鉛酸蓄電池，礦燈用鉛酸蓄電池等。Xiangyang Auto vocational technical college2. 鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池 1.安全密封 在正常操作中，電解液不會從電池的端子或外殼中泄露出。沒有自由酸，特殊的吸液隔板將酸保持在內，電池內部沒有自由酸

22、液，因此電池可放置在任意位置。2.泄氣系統(tǒng) 電池內壓超出正常水平后，VRLA電池會放出多余氣體并自動重新密封，保證電池內沒有多余氣體。3.維護簡單 由于獨一無二的氣體復合系統(tǒng)使產(chǎn)生的氣體轉化成水，在使用VRLA電池的過程中不需要加水。 主要特性Xiangyang Auto vocational technical college2. 鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池4.使用壽命長 采用了有抗腐蝕結構的鉛鈣合金欄板VRLA電池可浮充使用10-15年。5.質量穩(wěn)定，可靠性高 采用先進的生產(chǎn)工藝和嚴格的質量控制系統(tǒng)，VRLA電池的質量穩(wěn)定，性能可靠。電壓、容量和密封在線上進行100%檢驗。 VRLA電池電池中，

23、一部分數(shù)量的電解液被吸收在極片和隔板中，以此增加負極吸氧能力，阻止電解液損耗，使電池能夠實現(xiàn)密封。鉛酸電池結構Xiangyang Auto vocational technical college2. 鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池Parts組件組件材料材料作用作用正極正極為鉛-銻-鈣合金欄板，內含氧化鉛為活性物質保證足夠的容量長時間使用中保持蓄電池容量，減小自放電負極負極為鉛-銻-鈣合金欄板，內含海綿狀纖維活性物質保證足夠的容量長時間使用中保持蓄電池容量，減小自放電隔板先進的多微孔AGM隔板保持電解液，防止正極與負極短路。防止正負極短路保持電解液防止活性物質從電極表面脫落電解液在電池的電化學反應中，硫

24、酸作為電解液傳導離子使電子能在電池正負極活性物質間轉移外殼和蓋子在沒有特別說明下，外殼和蓋子為ABS樹脂提供電池正負極組合欄板放置的空間安全閥材質為具有優(yōu)質耐酸和抗老化的合成橡膠。電池內壓高于正常壓力時釋放氣體，保持壓力正常阻止氧氣進入端子根據(jù)電池的不同，正負極端子可為連接片、棒狀、螺柱或引出線。密封端子有助于大電流放電和長的使用壽命Xiangyang Auto vocational technical college2. 鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池鉛酸電池結構鉛酸蓄電池主要由極板、電解液、格板、電極、殼體等部分組成。極板極板分為正極板和負極板兩種。正極板上的活性物質是深棕色的二氧化鉛(PbO2)，

25、負極板上的活性物質是海綿狀、青灰色的純鉛(Pb)。 正、負極板的活性物質分別填充在鉛銻合金鑄成的柵架上，加入銻的目的是提高柵架的機械強度和澆鑄性能。但銻有一定的副作用，銻易從正極板柵架中解析出來而引起蓄電池的自行放電和柵架的膨脹、潰爛，從而影響蓄電池的使用壽命。 負極板的厚度為1.8mm，正極板為2.2mm，為了提高蓄電池的容量，國外大多采用厚度為1.11.5mm的薄型極板。另外，為了提高蓄電池的容量，將多片正、負極板并聯(lián)，組成正、負極板組。在每單格電池中，負極板的數(shù)量總比正極板多一片，正極板都處于負極板之間，使其兩側放電均勻，否則因正極板機械強度差，單面工作會使兩側活性物質體積變化不一致，造

26、成極板彎曲。Xiangyang Auto vocational technical college2. 鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池鉛酸電池結構 隔板為了減少蓄電池的內阻和體積，正、負極板應盡量靠近但彼此又不能接觸而短路，所以在相鄰正負極板間加有絕緣隔板。隔板應具有多孔性，以便電解液滲透，而且應具有良好的耐酸性和抗堿性。隔板材料有木質、微孔橡膠、微孔塑料以及浸樹脂紙質等。近年來，還有將微孔塑料隔板做成袋狀，緊包在正極板的外部，防止活性物質脫落。先進的多微孔AGM隔板保持電解液，防止正極與負極短路。隔板采用無紡超細玻璃纖維，在硫酸中化學性能穩(wěn)定。多孔結構有助于保持活性物質反應所需的電解液 防止正負極短路

27、，防止活性物質從電極表面脫落Xiangyang Auto vocational technical college2. 鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池鉛酸電池結構 電解液在電池的電化學反應中，硫酸作為電解液傳導離子。使電子能在電池正負極活性物質間轉移。電解液的作用是使極板上的活性物質發(fā)生溶解和電離，產(chǎn)生電化學反應，它由純凈的硫酸與蒸餾水按一定的比例配制而成。電解液的相對密度一般為1.241.30(15)。 外殼和蓋子蓄電池的外殼是用來盛放電解液和極板組的，外殼應耐酸、耐熱、耐震，以前多用硬橡膠制成?，F(xiàn)在國內已開始生產(chǎn)聚丙稀塑料外殼。這種殼體不但耐酸、耐熱、耐震，而且強度高，殼體壁較薄(一般為3.5mm，

28、而硬橡膠殼體壁厚為10mm)，重量輕，外型美觀，透明。 殼體底部的凸筋是用來支持極板組的，并可使脫落的活性物質掉入凹槽中，以免正、負極板短路，若采用袋式隔板，則可取消凸筋以降低殼體高度。在沒有特別說明下，外殼和蓋子為ABS樹脂 提供電池正負極組合欄板放置的空間;具有足夠的機械強度可承受電池內部壓力Xiangyang Auto vocational technical college2. 鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池鉛酸電池結構 安全閥材質為具有優(yōu)質耐酸和抗老化的合成橡膠。帽狀閥中有氯丁二烯橡膠制成的單通道排氣閥 ;電池內壓高于正常壓力時釋放氣體，保持壓力正常;阻止氧氣進入 端子根據(jù)電池的不同，正負極端

29、子可為連接片、棒狀、螺柱或引出線。端子的密封為可靠的粘結劑密封。Xiangyang Auto vocational technical college2. 鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池鉛酸電池結構Xiangyang Auto vocational technical college2. 鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池使用條件（1） 避免將電池與金屬容器直接接觸，應采用防酸和阻熱材料，否則會引起冒煙或燃燒。（2）使用指定的充電器在指定的條件下充電，否則可能會引起電池過熱、放氣、泄露、燃燒或破裂。（3）不要將電池安裝在密封的設備里，否則可能會使設備浦破裂。（4）將電池使用在醫(yī)護設備中時，請安裝主電源外的后

30、備電源，否則主電源失效會引起傷害。（5）將電池放在遠離能產(chǎn)生火花設備的地方，否則火花可能會引起電池冒煙或破裂。（6）不要將電池放在熱源附近（如變壓器），否則會引起電池過熱、泄漏、燃燒或破裂。（7）應用中電池數(shù)目超過一只時，請確保電池間連接無誤，且與充電器或負載連接無誤，否則會引起電池破裂、燃燒或電池損害，某些情況下還會傷人。Xiangyang Auto vocational technical college2. 鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池（8）特別注意別讓電池砸在腳上。（9）電池的指定使用范圍如下。超出此范圍可能會引起電池損害。 電池的正常操作范圍為：25 電池放電后（裝在設備中）：-15到50

31、充電后：0到40 儲存中：-15到40 （10）不要將裝在機車上的電池放在高溫下、直射陽光中、火爐或火前，否則可能會造成電池泄漏、起火或破裂。（11）不要在充滿灰塵的地方使用電池，可能會引起電池短路。在多塵環(huán)境中使用電池時，應定期檢查電池。Xiangyang Auto vocational technical college2. 鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池（1）使用帶有絕緣套的工具如鉗子等。使用不絕緣的工具會造成電池短路、發(fā)熱或燃燒，損害電池。（2） 不要將電池放置在密閉的房間或近火源的地方，否則可能會由于電池釋放的氫氣造成爆炸或起火。（3） 不要用稀釋劑、汽油、煤油或合成液去清潔電池。使用上述材料會導致電池外殼破裂