電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池

第2章電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池

(一)2.1概述2.2鉛酸蓄電池2.3鎳氫電池2.4鋰離子電池新能源汽車技術(shù)

第1

頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁(yè)!2.1概述

電池是電力汽車的動(dòng)力源，是能量的存貯裝置。要使電動(dòng)汽車能與燃油汽車相競(jìng)爭(zhēng)，關(guān)鍵是開(kāi)發(fā)住比能量高、比功率大、使用壽命長(zhǎng)、成本低的電池。

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。新能源汽車技術(shù)

第2

頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁(yè)!2.1.1電動(dòng)汽車動(dòng)力電池分類1．化學(xué)電池

利用物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)發(fā)電。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。2．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(yáng)能電池、超級(jí)電容器、飛輪電池等。3．生物電池

生物電池是利用生物化學(xué)反應(yīng)發(fā)電的電池，如微生物電池、酶電池、生物太陽(yáng)電池等。新能源汽車技術(shù)

第3

頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁(yè)!2.1.2電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池的性能指標(biāo)2．容量

（1）理論容量（2）實(shí)際容量（3）標(biāo)稱容量（4）額定容量（5）荷電狀態(tài)

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第4

頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁(yè)!2.1.2電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池的性能指標(biāo)（1）理論能量（2）實(shí)際能量（3）比能量（4）能量密度

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第5

頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁(yè)!2.1.2電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池的性能指標(biāo)6．輸出效率

（1）容量效率

式中，為電池的容量效率；為電池放電時(shí)輸出的容量；為電池充電時(shí)輸入的容量。新能源汽車技術(shù)

第6

頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁(yè)!2.1.2電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池的性能指標(biāo)7．自放電率

自放電率是指電池在存放期間容量的下降率，即電池?zé)o負(fù)荷時(shí)自身放電使容量損失的速度。

自放電率式中，為電池存儲(chǔ)前的容量（Ah）；為電池存儲(chǔ)后的容量（Ah）；為電池存儲(chǔ)的時(shí)間，常用天、月計(jì)算。

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第7

頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁(yè)!2.1.2電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池的性能指標(biāo)9．使用壽命使用壽命是指電池在規(guī)定條件下的有效壽命期限。電池發(fā)生內(nèi)部短路或損壞而不能使用，以及容量達(dá)不到規(guī)范要求時(shí)電池使用失效，這時(shí)電池的使用壽命終止。電池的使用壽命包括使用期限和使用周期。使用期限是指電池可供使用的時(shí)間，包括電池的存放時(shí)間。使用周期是指電池可供重復(fù)使用的次數(shù)。新能源汽車技術(shù)

第8

頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁(yè)!2.2鉛酸蓄電池

鉛酸蓄電池自1859年發(fā)明以來(lái)，其使用和發(fā)展已有100多年的歷史，廣泛用作內(nèi)燃機(jī)汽車的起動(dòng)動(dòng)力源。電動(dòng)汽車用鉛酸蓄電池要用于給電動(dòng)汽車提供動(dòng)力，它的主要發(fā)展方向是提高比能量，增大循環(huán)使用壽命。新能源汽車技術(shù)

第9

頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁(yè)!2.2.1鉛酸蓄電池的發(fā)展動(dòng)態(tài)國(guó)內(nèi)研制開(kāi)發(fā)的電動(dòng)汽車用水平極板鉛酸蓄電池已經(jīng)達(dá)到了以下性能指標(biāo)：3h率比能量45Wh/kg，10min持續(xù)比功率80W/kg，快速充電性能4~5h100%充電,15~20min70%充電，80%DOD壽命600次。鉛酸蓄電池作為純電動(dòng)汽車動(dòng)力電源在比能量、深放電循環(huán)壽命、快速充電等方面均比鎳氫電池、鋰離子電池差，不適合于電動(dòng)轎車。但由于其價(jià)格低廉，國(guó)內(nèi)外將它的應(yīng)用定位在速度不高、路線固定、充電站設(shè)立容易規(guī)劃的車輛。新能源汽車技術(shù)

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁(yè)!2.2.2鉛酸蓄電池的分類與結(jié)構(gòu)

市場(chǎng)上的免維護(hù)鉛酸蓄電池也有兩種：（1）在購(gòu)買時(shí)一次性加電解液以后使用中不需要添加補(bǔ)充液；（2）電池本身出廠時(shí)就已經(jīng)加好電解液并封死，用戶根本就不能加補(bǔ)充液。

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁(yè)!2.2.2鉛酸蓄電池的分類與結(jié)構(gòu)

閥控密封式鉛酸蓄電池分為AGM和GEL（膠體）電池兩種：（1）AGM采用吸附式玻璃纖維棉（AbsorbedGlassMat）作隔膜，電解液吸附在極板和隔膜中，電池內(nèi)無(wú)流動(dòng)的電解液，電池可以立放工作，也可以臥放工作；（2）膠體（GEL）SiO2作凝固劑，電解液吸附在極板和膠體內(nèi)，一般立放工作。無(wú)特殊說(shuō)明，皆指AGM電池。

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁(yè)!2.2.3鉛酸蓄電池的特點(diǎn)

1．鉛酸蓄電池的優(yōu)點(diǎn)（1）除鋰離子電池，鉛酸蓄電池電壓最高，為2.0V；（2）價(jià)格低廉；（3）可制成小至lAh大至幾千Ah各種結(jié)構(gòu)蓄電池；（4）高倍率放電性能良好，可用于引擎啟動(dòng)；（5）高低溫性能良好，可在-40~60℃條件下工作；（6）電能效率高達(dá)60%；（7）易于浮充使用，沒(méi)有“記憶”效應(yīng)；（8）易于識(shí)別荷電狀態(tài)。新能源汽車技術(shù)

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁(yè)!2.2.4鉛酸蓄電池的工作原理

鉛酸蓄電池是酸性蓄電池，其化學(xué)反應(yīng)式為

充電時(shí)，把鉛板分別和直流電源的正、負(fù)極相連，進(jìn)行充電電解，陰極的還原反應(yīng)為

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第14

頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁(yè)!2.2.4鉛酸蓄電池的工作原理放電時(shí)蓄電池陰極的氧化反應(yīng)為由于硫酸的存在，立即生成難溶解的。陽(yáng)極的還原反應(yīng)為

同樣，由于硫酸的存在，也立即生成。放電時(shí)總的反應(yīng)為新能源汽車技術(shù)

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁(yè)!2.2.5鉛酸蓄電池的充放電特性鉛酸蓄電池的放電曲線1．鉛酸蓄電池的放電特性新能源汽車技術(shù)

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁(yè)!1．蓄電池常規(guī)充電方法

1）恒流充電法2.2.6鉛酸蓄電池的充電方法恒流充電曲線新能源汽車技術(shù)

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁(yè)!3）恒壓充電法恒壓充電法曲線2.2.6鉛酸蓄電池的充電方法新能源汽車技術(shù)

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁(yè)!1）蓄電池快速充電的原理快速充電要想方設(shè)法加快電池的化學(xué)反應(yīng)速度(提高充電電壓或電流等)，使之充電速度得到最大的提高；快速充電又要保證負(fù)極的吸收能力，使負(fù)極能夠跟得上正極氧氣產(chǎn)生的速度，同時(shí)要盡可能的消除電池的極化現(xiàn)象。2.2.6鉛酸蓄電池的充電方法2.蓄電池快速充電法新能源汽車技術(shù)

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁(yè)!(2）變電流間歇充電法

變電流間歇充電曲線

2.2.6鉛酸蓄電池的充電方法新能源汽車技術(shù)

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁(yè)!2.2.7鉛酸蓄電池SOC估計(jì)電池剩余容量的多少一般用電池荷電狀態(tài)（SOC）來(lái)描述。電池荷電狀態(tài)是無(wú)量綱量，既可以反映電池剩余電量，也可以反映電池消耗的電量。目前國(guó)內(nèi)外蓄電池常用的荷電狀態(tài)估計(jì)的方法主要有放電實(shí)驗(yàn)法、安時(shí)計(jì)量法、開(kāi)路電壓法、負(fù)載電壓法、電化學(xué)阻抗頻譜法、內(nèi)阻法、線性模型法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和卡爾曼濾波法等。新能源汽車技術(shù)

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁(yè)!2.2.7鉛酸蓄電池SOC估計(jì)2．安時(shí)計(jì)量法安時(shí)（A.h）計(jì)量法是目前最常用的電池SOC估計(jì)方法。SOC表示為

式中，為額定容量；為電池電流；為充放電效率。

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁(yè)!2.2.7鉛酸蓄電池SOC估計(jì)4．負(fù)載電壓法電池放電開(kāi)始瞬間，電壓迅速?gòu)拈_(kāi)路電壓狀態(tài)進(jìn)入負(fù)載電壓狀態(tài)，在電池負(fù)載電流保持不變時(shí)，負(fù)載電壓隨電池SOC變化的規(guī)律與開(kāi)路電壓隨電池SOC的變化規(guī)律相似。負(fù)載電壓法很少應(yīng)用到實(shí)車上，但常用來(lái)作為電池充放電截止的判據(jù)。新能源汽車技術(shù)

第23

頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁(yè)!2.2.7鉛酸蓄電池SOC估計(jì)6．內(nèi)阻法電池內(nèi)阻有交流內(nèi)阻（常稱為交流阻抗）和直流內(nèi)阻之分，它們都與SOC有密切關(guān)系。電池交流阻抗為電池電壓與電流之間的傳遞函數(shù)，是一個(gè)復(fù)數(shù)變量，表示電池對(duì)交流電的反抗能力，用交流阻抗儀來(lái)測(cè)量。新能源汽車技術(shù)

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁(yè)!2.2.7鉛酸蓄電池SOC估計(jì)8．神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法估計(jì)電池SOC常采用三層典型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，即輸入層、中間層和輸出層。輸入、輸出層神經(jīng)元個(gè)數(shù)根據(jù)實(shí)際問(wèn)題的需要來(lái)確定，一般為線性函數(shù)，常用電壓、電流、累積放出電量、溫度、內(nèi)阻及環(huán)境溫度等作為輸入變量；中間層神經(jīng)元個(gè)數(shù)取決于問(wèn)題的復(fù)雜程度及分析精度。

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁(yè)!2.3鎳氫電池

鎳氫電池是90年代發(fā)展起來(lái)的一種新型電池。它的正極活性物質(zhì)主要由鎳制成，負(fù)極活性物質(zhì)主要由貯氫合金制成，是一種堿性蓄電池。鎳氫電池具有高比能量、高功率、適合大電流放電、可循環(huán)充放電、無(wú)污染，被譽(yù)為“綠色電源”。

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁(yè)!2.3.1鎳氫電池的發(fā)展動(dòng)態(tài)德國(guó)Varta公司開(kāi)發(fā)的超高功率鎳氫電池（HEV-10UHPcells）功率密度已達(dá)到1000W/kg，但其比能量?jī)H為40Wh/kg。法國(guó)Saft公司的4/5SF型（Φ41mm×93mm）高功率鎳氫電池容量為14Ah，比能量為47Wh/kg，80%充電態(tài)對(duì)應(yīng)的比功率為900W/kg，體積比功率達(dá)2500W/l。

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁(yè)!2.3.2鎳氫電池的分類與結(jié)構(gòu)

1．鎳氫電池的分類

（1）方形鎳氫電池；（2）圓形鎳氫電池。2．鎳氫電池的結(jié)構(gòu)正極、負(fù)極、極板、隔板、電解液新能源汽車技術(shù)

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁(yè)!2.3.4鎳氫電池的工作原理

充電時(shí)正、負(fù)極的電化學(xué)反應(yīng)為

放電時(shí)正、負(fù)極的電化學(xué)反應(yīng)為新能源汽車技術(shù)

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁(yè)!1．鎳氫電池的充電特性

電池常溫5C充電曲線曲線1—5C充電8.4Ah；曲線2—常溫0.5C放電至1.0V2.3.5鎳氫電池的充放電特性電壓/V充放電容量/Ah新能源汽車技術(shù)

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁(yè)!2．鎳氫電池的放電特性

電池常溫下不同倍率放電曲線電壓/V放電率/%2.3.5鎳氫電池的充放電特性新能源汽車技術(shù)

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁(yè)!2.3.6鎳氫電池SOC估計(jì)電池SOC的估計(jì)模型新能源汽車技術(shù)

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁(yè)!2.卡爾曼濾波器的信號(hào)模型與輸出方程的確定由SOC的定義可知

聯(lián)立上述三個(gè)方程得2.3.6鎳氫電池SOC估計(jì)新能源汽車技術(shù)

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁(yè)!對(duì)以上兩個(gè)方程進(jìn)行采用零階保持采樣離散化得

式中，假定與是均值為零、互不相關(guān)的高斯白噪聲。2.3.6鎳氫電池SOC估計(jì)新能源汽車技術(shù)

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁(yè)!2.4鋰離子電池

鋰離子電池是1990年由日本索尼公司首先推向市場(chǎng)的新型高能蓄電池，是目前世界最新一代的充電電池。鋰離子電池具有電壓高、比能量高、充放電壽命長(zhǎng)、無(wú)記憶效應(yīng)、無(wú)污染、快速充電、自放電率低、工作溫度范圍寬和安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁(yè)!2.4.2鋰離子電池的分類與構(gòu)造1．鋰離子電池的分類按照鋰離子電池外形形狀：（1）方形鋰離子電池；（2）圓柱形鋰離子電池。按照鋰離子電池正極的材料不同：（1）錳酸鋰離子電池；（2）磷酸鐵鋰離子電池；（3）鎳鈷鋰離子電池或鎳鈷錳鋰離子電池。新能源汽車技術(shù)

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁(yè)!我國(guó)自主開(kāi)發(fā)的電動(dòng)汽車用鋰離子電池2.4.2鋰離子電池的分類與構(gòu)造新能源汽車技術(shù)

第37

頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁(yè)!2.4.3鋰離子電池的特點(diǎn)鋰離子電池也有一些不足，主要表現(xiàn)在：（1）成本高：主要是正極材料LiCoO2的價(jià)格高，但按單位瓦時(shí)的價(jià)格來(lái)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；（2）必須有特殊的保護(hù)電路，以防止過(guò)充。新能源汽車技術(shù)

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁(yè)!2.4.4鋰離子電池的工作原理

鋰離子電池工作原理圖正極負(fù)極電解質(zhì)充電放電鋰離子鋰離子新能源汽車技術(shù)

第39

頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第39頁(yè)!2.4.5鋰離子電池的充放電特性充電電流方面，鋰電池的充電率（充電電流）應(yīng)根據(jù)電池生產(chǎn)廠的建議選用。雖然某些電池充電率可達(dá)2C，但常用的充電率為0.5~1C。放電方面，鋰離子電池的最大放電電流一般被限制在2~3C左右。鋰電池的充電溫度一般應(yīng)該被限制在0℃~60℃范圍。電池溫度過(guò)高會(huì)損壞電池并可能引起爆炸；溫度過(guò)低雖不會(huì)造成安全方面的問(wèn)題，但很難將電池充滿。新能源汽車技術(shù)

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第40頁(yè)!2.4.6鋰離子電池的充電方法鋰離子電池充電特性曲線

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第41頁(yè)!2.4.6鋰離子電池的充電方法

（1）電池最高電壓終止法：當(dāng)單節(jié)鋰電池電壓達(dá)到4.2V，恒流充電狀態(tài)應(yīng)立即終止；（2）電池最高溫度終止法：在恒流充電過(guò)程中，當(dāng)電池的溫度達(dá)到60℃時(shí)，恒流充電狀態(tài)應(yīng)立即終止。新能源汽車技術(shù)

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第42頁(yè)!2.1.2電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池的性能指標(biāo)

1．電壓

（1）端電壓（2）開(kāi)路電壓（3）電動(dòng)勢(shì)（4）額定電壓（5）放電電壓（6）終止電壓新能源汽車技術(shù)

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第43頁(yè)!2.1.2電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池的性能指標(biāo)3．內(nèi)阻電流流過(guò)電池內(nèi)部受到的阻力，使電池電壓降低，此阻力稱為電池內(nèi)阻。由于電池內(nèi)阻作用，電池放電時(shí)端電壓低于電動(dòng)勢(shì)和開(kāi)路電壓。充電時(shí)端電壓高于電動(dòng)勢(shì)和開(kāi)路電壓。4．能量電池的能量是指在一定放電制度下，電池所能輸出的電能，單位是W·h或kW·h。它影響電動(dòng)汽車的行駛距離。新能源汽車技術(shù)

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第44頁(yè)!2.1.2電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池的性能指標(biāo)5．功率電池的功率是指電池在一定放電制度下，單位時(shí)間內(nèi)所輸出能量的大小，單位為瓦（W）或千瓦（kW）。（1）比功率（2）功率密度

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第45頁(yè)!2.1.2電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池的性能指標(biāo)（2）能量效率能量效率也稱電能效率，是指電池放電時(shí)輸出的能量與充電時(shí)輸入的能量之比，即

式中，為電池的能量效率；為電池放電時(shí)輸出的能量；為電池充電時(shí)輸入的能量。

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第46頁(yè)!2.1.2電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池的性能指標(biāo)8．放電速率（放電率）放電速率一般用電池在放電時(shí)的時(shí)間或放電電流與額定電流的比例來(lái)表示。（1）時(shí)率（時(shí)間率）電池以某種電流強(qiáng)度放電，放完額定容量所經(jīng)過(guò)的放電時(shí)間。汽車用電池一般用20h率容量表示。（2）倍率（電流率）電池以某種電流強(qiáng)度放電的數(shù)值為額定容量數(shù)值的倍數(shù)。新能源汽車技術(shù)

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第47頁(yè)!2.1.3電動(dòng)汽車對(duì)動(dòng)力電池的要求電動(dòng)汽車對(duì)動(dòng)力電池的要求主要有：（1）比能量高（2）比功率大（3）充放電效率高（4）相對(duì)穩(wěn)定性好（5）使用成本低（6）安全性好

；新能源汽車技術(shù)

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第48頁(yè)!2.2.1鉛酸蓄電池的發(fā)展動(dòng)態(tài)日本GS公司生產(chǎn)的SER60電池比能量為34Wh/kg，能量密度為91Wh/L，比功率為300W/kg（50%DOD）；日本松下公司生產(chǎn)的動(dòng)力型鉛酸蓄電池循環(huán)壽命已突破1000次（80%DOD。美國(guó)BPC公司和Trojon公司開(kāi)發(fā)的雙極性密封鉛蓄電池，正負(fù)極位于同一片導(dǎo)體的兩側(cè)面，用吸液式纖維隔板貯存電解液組成密封電池。其額定電壓為180V，容量為60Ah，比能量≥50Wh/kg，峰值比功率>700W/kg，循環(huán)壽命≥1000次，預(yù)計(jì)使用壽命10年。新能源汽車技術(shù)

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第49頁(yè)!2.2.2鉛酸蓄電池的分類與結(jié)構(gòu)1．鉛酸蓄電池的分類（1）免維護(hù)鉛酸蓄電池免維護(hù)鉛酸蓄電池由于自身結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢(shì)，電解液的消耗量非常小，在使用壽命內(nèi)基本不需要補(bǔ)充蒸餾水。它具有耐震、耐高溫、體積小、自放電小的特點(diǎn)。使用壽命一般為普通鉛酸蓄電池的兩倍。

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第50頁(yè)!2.2.2鉛酸蓄電池的分類與結(jié)構(gòu)（2）閥控密封式鉛酸蓄電池閥控密封式鉛酸蓄電池在使用期間不用加酸加水維護(hù)，電池為密封結(jié)構(gòu)，不會(huì)漏酸，也不會(huì)排酸霧，電池蓋子上設(shè)有溢氣閥（也叫安全閥），該閥的作用是當(dāng)電池內(nèi)部氣體量超過(guò)一定值，即當(dāng)電池內(nèi)部氣壓升高到一定值時(shí)，溢氣閥自動(dòng)打開(kāi)，排出氣體，然后自動(dòng)關(guān)閉，防止空氣進(jìn)入電池內(nèi)部。新能源汽車技術(shù)

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第51頁(yè)!2．鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)2.2.2鉛酸蓄電池的分類與結(jié)構(gòu)新能源汽車技術(shù)

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第52頁(yè)!2.2.3鉛酸蓄電池的特點(diǎn)2．鉛酸蓄電池的缺點(diǎn)（1）比能量低，在電動(dòng)汽車中所占的質(zhì)量和體積較大，一次充電行駛里程短；（2）使用壽命短，使用成本高；（3）充電時(shí)間長(zhǎng)；（4）鉛是重金屬，存在污染。新能源汽車技術(shù)

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第53頁(yè)!2.2.4鉛酸蓄電池的工作原理陽(yáng)極的氧化反應(yīng)為充電時(shí)的總反應(yīng)為隨著電流的通過(guò)，在陰極上變成蓬松的金屬鉛，在陽(yáng)極上變成黑褐色的二氧化鉛，溶液中有生成。新能源汽車技術(shù)

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第54頁(yè)!2.2.4鉛酸蓄電池的工作原理蓄電池充電的時(shí)候，隨著電池端電壓的升高，水開(kāi)始被電解，當(dāng)電池電壓達(dá)到約2.39V/單體時(shí)，水的電解不可忽視。水電解時(shí)陽(yáng)極和陰極的化學(xué)反應(yīng)式為陽(yáng)極給出電子，陰極得到電子，從而形成了回路電流。端電壓越高，電解水也越激烈，此時(shí)充入的大部分電荷參加水電解，形成活性物質(zhì)很少。新能源汽車技術(shù)

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第55頁(yè)!2．鉛酸蓄電池的充電特性鉛酸蓄電池的充電曲線2.2.5鉛酸蓄電池的充放電特性新能源汽車技術(shù)

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第56頁(yè)!2）分段電流充電法

二階段法充電曲線2.2.6鉛酸蓄電池的充電方法新能源汽車技術(shù)

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第57頁(yè)!4）恒壓限流充電法在充電階段，用恒定的電流充電；在電池電壓達(dá)到一定電壓后，維持此電壓恒定不變，轉(zhuǎn)為第二階段的恒壓充電過(guò)程，當(dāng)充電電流下降到一定值后，繼續(xù)維持恒壓充電大約一小時(shí)即可停止充電。2.2.6鉛酸蓄電池的充電方法新能源汽車技術(shù)

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第58頁(yè)!2)．幾種蓄電池快速充電方法(1）脈沖式充電法

脈沖式充電曲線

2.2.6鉛酸蓄電池的充電方法新能源汽車技術(shù)

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第59頁(yè)!(3）變電壓間歇充電法

2.2.6鉛酸蓄電池的充電方法變電壓間歇充電曲線新能源汽車技術(shù)

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第60頁(yè)!2.2.7鉛酸蓄電池SOC估計(jì)1．放電實(shí)驗(yàn)法放電實(shí)驗(yàn)法是最可靠的電池SOC估計(jì)方法，采用恒定電流進(jìn)行連續(xù)放電，放電電流與時(shí)間的乘積即為剩余電量。放電實(shí)驗(yàn)法在實(shí)驗(yàn)室中經(jīng)常使用，適用于所有電池，但它也存在缺點(diǎn)：一花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，二要必須中斷蓄電池正在進(jìn)行的工作。

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第61頁(yè)!2.2.7鉛酸蓄電池SOC估計(jì)3．開(kāi)路電壓法電池的開(kāi)路電壓在數(shù)值上接近電池電動(dòng)勢(shì)。鉛酸蓄電池電動(dòng)勢(shì)是電解液濃度的函數(shù)，電解液密度隨電池放電成比例降低，用開(kāi)路電壓可估計(jì)蓄電池SOC。該方法只適用于電動(dòng)汽車駐車狀態(tài)。在充電初期和末期用開(kāi)路電壓法估計(jì)電池SOC效果好，一般常與安時(shí)計(jì)量法結(jié)合使用。

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第62頁(yè)!2.2.7鉛酸蓄電池SOC估計(jì)5．電化學(xué)阻抗頻譜法電化學(xué)阻抗表示電池電壓與電流之間的傳遞函數(shù)，通常是一個(gè)復(fù)數(shù)變量。測(cè)量電池阻抗有恒流和恒壓兩種模式。電池阻抗定義為

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第63頁(yè)!2.2.7鉛酸蓄電池SOC估計(jì)7．線性模型法線性模型法是基于電流、電壓、SOC變化量和上一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的SOC值間的關(guān)系建立的線性方程，方程具體表達(dá)式為

式中，為當(dāng)前時(shí)刻的SOC值；為SOC的變化量；、分別為當(dāng)前時(shí)刻的電壓與電流。~為利用參考數(shù)據(jù)，可通過(guò)最小二乘法得到其值，無(wú)物理意義。

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第64頁(yè)!2.2.7鉛酸蓄電池SOC估計(jì)9．卡爾曼濾波法利用卡爾曼濾波方法估算電池SOC的研究是在近幾年才開(kāi)始的，卡爾曼濾波的一個(gè)顯著特點(diǎn)是用狀態(tài)空間的概念來(lái)描述其數(shù)學(xué)公式?？柭鼮V波另一個(gè)新穎特點(diǎn)是它的解是遞歸計(jì)算的，而且可不加修改地應(yīng)用于平穩(wěn)和非平穩(wěn)環(huán)境。

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第65頁(yè)!2.3.1鎳氫電池的發(fā)展動(dòng)態(tài)三洋電機(jī)株式會(huì)社生產(chǎn)的圓柱型5.5Ah的鎳氫電池組，質(zhì)量比功率1000W/kg。2001年為Escape配備，后來(lái)為本田Accord采用。美國(guó)的Cobasys公司開(kāi)發(fā)了容量為12～60Ah的一系列高功率鎳氫電池。質(zhì)量比功率達(dá)到550~600W/kg，體積比功率達(dá)到1200～1400W/l，峰值比功率可達(dá)1000W/kg，比能量在50~70Wh/kg，使用溫度在60℃時(shí)能量效率仍保持在80~90%，充電功率也超過(guò)500W/kg。

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第66頁(yè)!2.3.1鎳氫電池的發(fā)展動(dòng)態(tài)我國(guó)也有很多單位一直從事混合動(dòng)力汽車用鎳氫電池的研究。中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所長(zhǎng)期從事鎳氫電池及相關(guān)材料的研究和開(kāi)發(fā)，北京有色總院、中山電池公司、湖南神舟科技、春蘭集團(tuán)、鞍山三普等單位均從不同角度做過(guò)大量積極有益的工作，取得了很大的進(jìn)展。

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第67頁(yè)!2.3.3鎳氫電池的特點(diǎn)

（1）比功率高（2）循環(huán)次數(shù)多（3）無(wú)污染（4）耐過(guò)充過(guò)放（5）無(wú)記憶效應(yīng)（6）使用溫度范圍寬（7）安全可靠新能源汽車技術(shù)

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第68頁(yè)!2.3.5鎳氫電池的充放電特性通常電池在一定電流下進(jìn)行充電和放電時(shí)都是使用曲線來(lái)表示電池的端電壓和溫度隨時(shí)間的變化，把這些曲線稱為電池的特性曲線。一般充放電電流的大小常用充放電倍率來(lái)表示，即充放電倍率=充放電電流/額定容量。例如，額定容量為100Ah的電池用20A放電池時(shí)，其放電倍率為0.2C。

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第69頁(yè)!電池高溫(45℃)充電曲線曲線1—高溫（45℃）1C充電9.24Ah；曲線2—常溫0.5C放電至1.0V

電壓/V充放電容量/Ah2.3.5鎳氫電池的充放電特性新能源汽車技術(shù)

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第70頁(yè)!電池低溫(-18℃)放電曲線曲線1—常溫0.5C充電9.24Ah；曲線2—低溫(-18℃)1C放電至0.9V電壓/V2.3.5鎳氫電池的充放電特性充放電容量/Ah新能源汽車技術(shù)

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第71頁(yè)!1．電池SOC估計(jì)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

采用三層徑向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，輸入層只是傳遞輸入信號(hào)到隱層，隱層采用高斯核函數(shù)，輸出層采用的是純線性函數(shù)。確定電池端電壓V、電池溫度、電池放電或充電的安培秒為三個(gè)輸入變量，輸出變量為電池的SOC值。2.3.6鎳氫電池SOC估計(jì)新能源汽車技術(shù)

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第72頁(yè)!令在等式兩邊對(duì)時(shí)間求導(dǎo)得

令并考慮系統(tǒng)噪聲，即由于模型的不確定性而產(chǎn)生的模型噪聲，得系統(tǒng)方程為

輸出方程為

式中，為系統(tǒng)噪聲；為測(cè)量噪聲。

2.3.6鎳氫電池SOC估計(jì)新能源汽車技術(shù)

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頁(yè)電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池共82頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第73頁(yè)!

其中和可以在實(shí)驗(yàn)中獲得，這樣就可以根據(jù)控制信號(hào)和測(cè)量輸出估計(jì)狀態(tài)變量，即電池的SOC值。