新能源汽車概論課件 2.1認(rèn)知新能源汽車動力電池技術(shù)

認(rèn)知新能源汽車動力電池技術(shù)目錄一、新能源汽車電池結(jié)構(gòu)與分類二、各類車用動力蓄電池的性能比較三、電池包的核心技術(shù)四、電池管理系統(tǒng)五、動力電池發(fā)展與規(guī)劃3一、新能源汽車電池結(jié)構(gòu)與分類1.新能源汽車電池結(jié)構(gòu)

將化學(xué)能或生物分解過程轉(zhuǎn)化為電能的裝置稱為電池。新能源汽車電池的結(jié)構(gòu)類型主要有單體電池、蓄電池模塊、蓄電池包和蓄電池系統(tǒng)等。單體電池。將化學(xué)能與電能進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換的基本單元裝置，通常包括電極、隔膜、電解質(zhì)、外殼和端子，并被設(shè)計成可充電，也稱為電芯。4一、新能源汽車電池結(jié)構(gòu)與分類1.新能源汽車電池結(jié)構(gòu)蓄電池模塊。將一個以上單體蓄電池按照串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)方式組合，作為電源使用的組合體，也稱為蓄電池組。蓄電池包。蓄電池包通常包括蓄電池組、蓄電池管理系統(tǒng)、蓄電池箱及相應(yīng)附件（冷卻部件、連接線纜等），具有從外部獲得電能并可對外輸出電能的單元。5一、新能源汽車電池結(jié)構(gòu)與分類1.新能源汽車電池結(jié)構(gòu)6一、新能源汽車電池結(jié)構(gòu)與分類1.新能源汽車電池結(jié)構(gòu)蓄電池系統(tǒng)。蓄電池系統(tǒng)是指一個或一個以上蓄電池包及相應(yīng)附件（管理系統(tǒng)、高壓電路、低壓電路、熱管理設(shè)備及機械總成等）構(gòu)成的能量存儲裝置。7一、新能源汽車電池結(jié)構(gòu)與分類1.新能源汽車電池結(jié)構(gòu)動力電池系統(tǒng)主要由電芯、電池管理系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、線束、結(jié)構(gòu)件和外殼構(gòu)成，8一、新能源汽車電池結(jié)構(gòu)與分類2.電池的分類

電池的種類很多，分類方法也有多種，一般按其原理可以分為生物電池、物理電池和化學(xué)電池，9一、新能源汽車電池結(jié)構(gòu)與分類2.電池的分類

按其工作性質(zhì)和使用特征的不同，可分為一次電池、二次電池、燃料電池和儲備電池等。其中燃料電池和儲備電池屬于特殊的一次電池。一次電池（原電池）二次電池燃料電池（連續(xù)電池）儲備電池（激活電池）單體電池二次電池氫燃料電池堆儲備電池10一、新能源汽車電池結(jié)構(gòu)與分類3.鋰離子電池

鋰離子電池是指分別用二個能可逆地嵌入與脫嵌鋰離子的化合物作為正負(fù)極構(gòu)成的二次電池。人們將這種靠鋰離子在正負(fù)極之間的轉(zhuǎn)移來完成電池充放電工作的，獨特機理的鋰離子電池形象地稱為“搖椅式電池”，俗稱“鋰電”。11一、新能源汽車電池結(jié)構(gòu)與分類3.鋰離子電池

鋰離子電池的類型：根據(jù)鋰離子電池的形狀，可以分為方形鋰離子電池和圓柱形鋰離子電池12一、新能源汽車電池結(jié)構(gòu)與分類3.鋰離子電池

鋰離子電池的類型：根據(jù)鋰離子電池正極材料分類。可分為鎳酸鋰、鈷酸鋰、鈦酸鋰、鎳鈷多元、錳酸鋰、磷酸鐵鋰等。

正極材料一直是鋰離子電池核心，不同選擇直接決定電池性能的高低。正極材料的選擇主要是可逆脫鋰和嵌鋰的過渡金屬氧化物，是鋰離子電池的重要成分之一。鋰離子電池正極材料分類為：1）鋰鎳氧化物

2）鋰鈷氧化物3）鋰鈦氧化物

4）鎳鈷多元氧化物5）鋰錳氧化物

6）鋰鐵磷氧化物13一、新能源汽車電池結(jié)構(gòu)與分類3.鋰離子電池14二、各類車用動力蓄電池的性能比較1.電池的性能指標(biāo)（1）電壓（端電壓）電壓是指其正極與負(fù)極之間的電位差，單位為V（伏特），是表示蓄電池性能與狀態(tài)的重要參數(shù)之一。1）開路電壓2）放電電壓3）充電電壓

（2）容量

在一定的放電條件下，電池所能放出的電量稱為容量，用C表示，單位A·h或mA·h。1）理論容量：把活性物質(zhì)的質(zhì)量按法拉第定律計算得到的最高理論值。2）實際容量：電池在一定條件下所能輸出的電量。3）標(biāo)稱容量：用來鑒別電池的近似A·h值。4）額定容量：按國家或有關(guān)部門頒布的標(biāo)準(zhǔn)，保證電流在一定的放電條件下，應(yīng)該放出的最低限度的容量。15二、各類車用動力蓄電池的性能比較1.電池的性能指標(biāo)（3）內(nèi)阻（4）荷電狀態(tài)（5）比能量（6）功率與比功率（7）循環(huán)壽命16二、各類車用動力蓄電池的性能比較2.常見車用動力蓄電池的性能比較17三、電池包的核心技術(shù)1.電池組的連接方式電池的串聯(lián)：電池的并聯(lián)：18三、電池包的核心技術(shù)2.電池容量均衡電池容量均衡效果19三、電池包的核心技術(shù)2.電池容量均衡均衡系統(tǒng)分為能量耗散型均衡、能量非耗散型均衡能量耗散型均衡（被動均衡）：主要通過令電池組中能量較高的電池利用其旁路電阻進(jìn)行放電的方式損耗部分能量，以期達(dá)到電池組能量狀態(tài)的一致。被動均衡步驟一：電池充電中，部分電池已充滿。被動均衡步驟二：停止充電，能量耗散。20三、電池包的核心技術(shù)2.電池容量均衡被動均衡步驟三：多次調(diào)節(jié)。被動均衡步驟四：均衡管理完成。21三、電池包的核心技術(shù)2.電池容量均衡能量非耗散型均衡（主動均衡）：能量非耗散式均衡電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)目前已出現(xiàn)很多種，本質(zhì)上均是利用儲能元件和均衡旁路構(gòu)建能量傳遞通道，將其從能量較高電池直接或間接轉(zhuǎn)移至能量較低的電池。被動均衡步驟一：電池放電，電容充電。22三、電池包的核心技術(shù)2.電池容量均衡能量非耗散型均衡（主動均衡）被動均衡步驟二：電容放電，電池充電。23三、電池包的核心技術(shù)2.電池容量均衡被動均衡步驟三：均衡管理完成。能量非耗散型均衡（主動均衡）24三、電池包的核心技術(shù)3.電池?zé)峁芾砑夹g(shù)

由于車輛上裝載電池的空間有限，正常運行所需的電池數(shù)目也較大，電池會以不同倍率放電，并以不同生熱速率產(chǎn)生大量熱量。

電池包內(nèi)溫度上升嚴(yán)重影響電池組的電化學(xué)系統(tǒng)的運行、循環(huán)壽命、充電可接受性、電池包功率和能量、安全性和可靠性等。如果電動汽車電池組不能及時散熱，將導(dǎo)致電池組系統(tǒng)的溫度過高或分布不均勻，其結(jié)果將降低電池充放電循環(huán)效率，影響電池的功率和能量發(fā)揮，嚴(yán)重時還將導(dǎo)致熱失控，影響系統(tǒng)安全性與可靠性；另外，由于發(fā)熱電池體的密集擺放，中間區(qū)域必然熱量聚集較多，邊緣區(qū)域較少則增加了電池包中各單元之間的溫度不均衡，這將造成各電池模塊、單體性能的不均衡，最終影響電池性能的一致性及電池荷電狀態(tài)（SOC）估計的準(zhǔn)確性，影響到電動汽車的系統(tǒng)控制。25三、電池包的核心技術(shù)3.電池?zé)峁芾砑夹g(shù)現(xiàn)有電動汽車電池系統(tǒng)熱管理技術(shù)1）空冷式散熱系統(tǒng)

26三、電池包的核心技術(shù)3.電池?zé)峁芾砑夹g(shù)現(xiàn)有電動汽車電池系統(tǒng)熱管理技術(shù)2）液冷式散熱系統(tǒng)

帝豪EV450冷卻液循環(huán)管路27三、電池包的核心技術(shù)3.電池?zé)峁芾砑夹g(shù)

現(xiàn)有電動汽車電池系統(tǒng)熱管理技術(shù)3）相變材料式散熱系統(tǒng)

制冷劑直接冷卻技術(shù)相變材料包裹電池式結(jié)構(gòu)28三、電池包的核心技術(shù)3.電池?zé)峁芾砑夹g(shù)

現(xiàn)有電動汽車電池系統(tǒng)熱管理技術(shù)4）熱管式散熱系統(tǒng)熱管式冷卻原理圖熱管式冷卻實物圖29三、電池包的核心技術(shù)3.電池?zé)峁芾砑夹g(shù)現(xiàn)有電動汽車電池系統(tǒng)熱管理技術(shù)

5）電動車電池加熱系統(tǒng)

為了使電池適應(yīng)低溫環(huán)境工作，電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)中配置了加熱系統(tǒng)。加熱系統(tǒng)主要由加熱元件和電路組成，其中加熱元件是最重要的部分。常見的加熱元件有可變電阻加熱元件和恒定電阻加熱元件，前者通常稱為PTC（positivetemperaturecoefficient），后者則是通常由金屬加熱絲組成的加熱膜，譬如硅膠加熱膜、撓性電加熱膜等。30四、電池管理系統(tǒng)1.電池管理系統(tǒng)的組成

電池管理系統(tǒng)（BMS）是連接動力電池和電動汽車的重要紐帶，其精準(zhǔn)的控制和管理為動力電池的完美應(yīng)用保駕護(hù)航。電池管理系統(tǒng)主要由電池終端模塊、中間控制模塊、顯示模塊三部分組成。（1）電池終端模塊（主要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，如：電壓、電流、溫度、通信信號等）；（2）中間控制模塊（主要與整車系統(tǒng)進(jìn)行通訊，控制充電機等）；（3）顯示模塊（主要進(jìn)行數(shù)據(jù)呈現(xiàn)，實現(xiàn)人機交互）。31四、電池管理系統(tǒng)2.電池管理系統(tǒng)的功能（1）電池參數(shù)檢測。（2）電池狀態(tài)估計。（3）在線故障診斷。（4）電池安全控制與報警。（5）充電控制。（6）電池均衡。（7）熱管理。（8）網(wǎng)絡(luò)通訊。（9）信息存儲。（10）電磁兼容。32五、動力電池發(fā)展與規(guī)劃1.動力電池總體發(fā)展思路（1）近中期，在優(yōu)化現(xiàn)有體系鋰離子動力電池技術(shù)、滿足新能源汽車規(guī)?；l(fā)展需求的同時，以開發(fā)新型鋰離子動力電池為重點，提升其安全性、一致性和壽命等關(guān)鍵技術(shù)，同步開展新體系動力電池前瞻性研發(fā)。（2）中遠(yuǎn)期，在持續(xù)優(yōu)化提升新型鋰離子動力電池的同時，重點研發(fā)新體系動力電池，顯著提升能量密度，大幅度降低成本，實現(xiàn)新