3.1蓄電池基礎(chǔ)知識(shí)

項(xiàng)目三動(dòng)力電池與管理系統(tǒng)任務(wù)1蓄電池基礎(chǔ)知識(shí)課程內(nèi)容12345情境導(dǎo)入學(xué)習(xí)目標(biāo)理論知識(shí)拓展閱讀任務(wù)實(shí)施6單元小結(jié)情境導(dǎo)入某品牌動(dòng)力電池制造商在給新入職的員工進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)。張同學(xué)：新能源汽車(chē)上裝配的動(dòng)力電池都一樣嗎？王老師：新能源汽車(chē)的關(guān)鍵技術(shù)之一就是動(dòng)力電池，動(dòng)力電池的好壞一方面決定著電動(dòng)汽車(chē)的制造成本，另一方面也決定著電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力性和續(xù)駛里程。不同品牌、不同用途、不同價(jià)位的新能源汽車(chē)上所采用的動(dòng)力電池也各不相同。學(xué)習(xí)目標(biāo)1．蓄電池分類(lèi)與工作原理2．蓄電池的型號(hào)與含義3．新能源汽車(chē)動(dòng)力電池的常用術(shù)語(yǔ)1．具備資料查詢、收集和整理能力2.能在實(shí)車(chē)或臺(tái)架上識(shí)別動(dòng)力電池和相關(guān)銘牌參數(shù)應(yīng)知應(yīng)會(huì)理論知識(shí)0102鎳氫電池鋰離子電池03動(dòng)力電池技術(shù)參數(shù)1.1鎳氫電池

蓄電池通常叫做電池，是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的一種裝置。電池內(nèi)部的電化學(xué)特性決定了該電池是否可以充電?？沙潆婋姵貎?nèi)部結(jié)構(gòu)之間所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是可逆的，也叫做二次電池，新能源汽車(chē)上的動(dòng)力電池均為二次電池。動(dòng)力電池的作用是接收和儲(chǔ)存由車(chē)載充電機(jī)、發(fā)電機(jī)、制動(dòng)能量回收裝置或外置充電裝置提供的高壓直流電，并且為電動(dòng)汽車(chē)提供高壓直流電。動(dòng)力電池是純電動(dòng)汽車(chē)的核心部件，也是新能源汽車(chē)上價(jià)格最高的部件之一。動(dòng)力電池的性能好壞直接決定了這輛車(chē)的實(shí)際價(jià)值。應(yīng)用在電動(dòng)汽車(chē)上的儲(chǔ)能技術(shù)主要是電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，即鉛酸、鎳氫、鋰離子等電池儲(chǔ)能技術(shù)。1.1鎳氫電池動(dòng)力電池一旦失效，車(chē)輛就會(huì)處于癱瘓狀態(tài)。動(dòng)力電池屬于高壓安全部件，內(nèi)部機(jī)構(gòu)復(fù)雜，工作時(shí)需要很苛刻的條件，任何異常因素都將導(dǎo)致動(dòng)力被切斷，因此對(duì)動(dòng)力電池的診斷與測(cè)試就需要豐富的動(dòng)力電池的基礎(chǔ)技術(shù)知識(shí)，對(duì)動(dòng)力電池組的更換更需要專(zhuān)業(yè)規(guī)范的操作。動(dòng)力電池1.1鎳氫電池電池主要類(lèi)型：1.1鎳氫電池

鎳氫電池（Ni-MHbattery）主要應(yīng)用在混合動(dòng)力汽車(chē)（HEV）和消費(fèi)類(lèi)電器產(chǎn)品兩大領(lǐng)域，2018年HEV市場(chǎng)占90%以上的應(yīng)用份額，鎳氫小型電池和鎳氫動(dòng)力電池為稀土儲(chǔ)氫合金主要應(yīng)用領(lǐng)域，全球稀土儲(chǔ)氫合金95%由中國(guó)和日本供應(yīng)，中國(guó)儲(chǔ)氫合金產(chǎn)量超過(guò)全球總產(chǎn)量的70%。豐田雷凌所用電池鎳氫電池1.1鎳氫電池

鎳氫電池具有環(huán)境友好、快速充放電、低成本、寬溫區(qū)使用的良好特性，且在快速充放電過(guò)程中保持性能的相對(duì)穩(wěn)定，在抗震、防水防熱、無(wú)毒害物質(zhì)產(chǎn)生方面具有更高的安全性，應(yīng)用范圍較廣。鎳氫電池中，鎳含量占55%，稀土占32.2%，其他為鈷、錳以及鋁元素。而稀土元素中鑭為20.2%，鈰占8%，釹占3%，鐠占1%，均為中國(guó)富有的輕稀土。1.1鎳氫電池鎳氫電池結(jié)構(gòu)鎳氫電池NiMH是由氫離子和金屬鎳合成的，電量?jī)?chǔ)備比鎳鎘電池多30%，比鎳鎘電池更輕，使用壽命也更長(zhǎng)，并且對(duì)環(huán)境無(wú)污染。鎳氫電池的缺點(diǎn)。是價(jià)格比鎳鎘電池要貴好多，性能比鋰電池要差一些。鎳氫電池是一種堿性電池，負(fù)極采用由儲(chǔ)氫材料作為活性物質(zhì)的氫化物（儲(chǔ)氫合金），電極正極采用氫氧化鎳Ni（OH）2簡(jiǎn)稱(chēng)鎳電極，電解質(zhì)為6mol/L的氫氧化鉀水溶液。1.1鎳氫電池鎳氫電池結(jié)構(gòu)鎳氫電池工作原理1.1鎳氫電池電池充電時(shí)氫氧化鉀電解液中的氫離子會(huì)被釋放出來(lái)，由這些化合物將它吸收，避免形成氫氣，以保持電池內(nèi)部的壓力和體積。當(dāng)電池放電時(shí)，這些氫離子便會(huì)經(jīng)由相反的過(guò)程而回到原來(lái)的地方。鎳鎘/鎳氫電池的充電過(guò)程非常相似，都要求恒流充電，以防止電池過(guò)充電。充電器對(duì)電池進(jìn)行恒流充電，同時(shí)檢測(cè)電池的電壓和其它參數(shù)。為避免損壞電池，電池溫度過(guò)低時(shí)不能開(kāi)始快速充電，電池溫度低于10℃時(shí)，應(yīng)轉(zhuǎn)入涓流充電方式。而電池溫度一旦達(dá)到規(guī)定數(shù)值后，必須立即停止充電。1.1鎳氫電池1.1鎳氫電池電驅(qū)系統(tǒng)輕量化鎳氫電池型號(hào)針對(duì)二次鋰電池的型號(hào)表示方法是采用五位數(shù)(圓柱型)或六位數(shù)(方型)，如14500、103450等。常見(jiàn)電池型號(hào)、尺寸對(duì)照見(jiàn)表3-1。1.1鎳氫電池IEC鎳氫/鎳鎘電池標(biāo)識(shí)電池種類(lèi)：①KR--表示鎳鎘電池②HF--表示方形鎳氫電池③HR--表示圓形鎳氫電池電池尺寸：包括圓形電池直徑/高度，方型電池高度/寬度/厚度，數(shù)值之間用斜杠隔開(kāi)，單位為mm。HF18/07/49表示方形鎳氫電池、寬為18mm、厚度為7mm、高度為49mmKRMT33/62HH表示鎳鎘電池、放電倍率在0.5C～3.5之間、高溫系列單體電池、無(wú)連接片、直徑33mm、高度為62mm。1.1鎳氫電池BYD鎳氫/鎳鉻電池標(biāo)識(shí)1.電池種類(lèi)：①D--代表鎳鉻電池②H--代表鎳氫電池2.電池型號(hào)：分別為A、AA、AAA、AAAA、SC、C、D、N等3.電池標(biāo)稱(chēng)容量4.電池特性：①A--代表尖頭電池②B--代表平頭電池

③H--代表高溫電池④P--代表可用于大電流放電5.組合電池單體個(gè)數(shù)DAA800H*5HSC2200P*3DAA800B*31.1鎳氫電池鎳氫電池應(yīng)用大功率的鎳氫電池廣泛使用在油電混合動(dòng)力車(chē)輛中，仍然有部份純電動(dòng)汽車(chē)使用。鎳氫與鎳鎘電池的單體電池標(biāo)稱(chēng)電壓都是1.2V。1.1鎳氫電池鋰離子電池結(jié)構(gòu)鋰離子電池主要由電芯和保護(hù)板兩大模塊組成。電芯相當(dāng)于鋰電池的心臟，管理系統(tǒng)相當(dāng)于鋰電池的大腦。電芯主要由正極材料、負(fù)極材料、電解液、隔膜和外殼構(gòu)成，而保護(hù)板主要由保護(hù)芯片或管理芯片、MOS場(chǎng)效應(yīng)管、電阻、電容和印刷電路板等元件組成。封裝形式主要有圓柱形、方形和軟包。1.2鋰離子電池圓柱形方形軟包形鋰離子電池結(jié)構(gòu)圓柱形鋰電池分為磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰、鈷錳混合、三元材料不同體系，外殼分為鋼殼和聚合物兩種，不同材料體系電池有不同的優(yōu)點(diǎn)。目前，圓柱主要以鋼殼圓柱磷酸鐵鋰電池和三元材料為主，常見(jiàn)型號(hào)有14650、17490、18650、21700、26650等。圓柱形電池結(jié)構(gòu)包括正極蓋、安全閥、PTC元件、電流切斷機(jī)構(gòu)、墊圈、正極、負(fù)極、隔離膜、殼體，內(nèi)部采用螺旋繞制結(jié)構(gòu)，用一種非常精細(xì)而滲透性很強(qiáng)的聚乙烯、聚丙烯或聚乙烯與聚丙烯復(fù)合的薄膜隔離材料在正、負(fù)極間間隔而成。如圖3-2所示。1.2鋰離子電池鋰離子電池結(jié)構(gòu)1.2鋰離子電池鋰離子電池結(jié)構(gòu)方形鋰電池通常是指鋁殼或鋼殼方形電池，內(nèi)部主要通過(guò)疊片這種形式，即在一正極上放置隔膜然后是負(fù)極，以此類(lèi)推，疊加而成。電池內(nèi)部充有電解質(zhì)溶液，另外還設(shè)有安全閥和PTC元件（正溫度系數(shù)熱敏電阻），以便電池在不正常狀態(tài)或輸出端短路時(shí)保護(hù)電池不受損壞。見(jiàn)圖3-3所示。1.2鋰離子電池鋰離子電池結(jié)構(gòu)1.2鋰離子電池鋰離子電池結(jié)構(gòu)軟包鋰電池是液態(tài)鋰離子電池套上一層聚合物外殼，與其他電池最大的不同之處在于軟包裝材料(鋁塑復(fù)合膜)，這也是軟包鋰電池中最關(guān)鍵、技術(shù)難度最高的材料。軟包裝材料通常分為三層，即外阻層(一般為尼龍BOPA或PET構(gòu)成的外層保護(hù)層)、阻透層(中間層鋁箔)和內(nèi)層(多功能高阻隔層)。三元軟包電池容量較同等尺寸規(guī)格的鋼殼鋰電高10-15%、較鋁殼電池高5-10%，而重量卻比同等容量規(guī)格的鋼殼電池和鋁殼電池更輕，因此，補(bǔ)貼新政對(duì)三元軟包電池更有利。1.2鋰離子電池鋰離子電池結(jié)構(gòu)1.2鋰離子電池鋰離子電池參數(shù)對(duì)比1.2鋰離子電池鋰離子電池工作原理1.2鋰離子電池1.2鋰離子電池鋰離子電池工作原理1）充電時(shí)：在外加電場(chǎng)的影響下，正極材料分子里面的鋰元素被氧化脫離出來(lái)，變成帶正電荷的鋰離子，在電場(chǎng)力的作用下從正極移動(dòng)到負(fù)極，鋰離子遷移并以原子形式嵌入電極材料碳中，與負(fù)極的碳原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。從正極跑出來(lái)的鋰離子嵌入到負(fù)極的石墨層狀結(jié)構(gòu)當(dāng)中，跑出來(lái)轉(zhuǎn)移到負(fù)極的鋰離子越多，這個(gè)電池可以存儲(chǔ)的能量就越多。2）放電時(shí)：放電的時(shí)候剛好相反，內(nèi)部電場(chǎng)轉(zhuǎn)向，鋰離子從負(fù)極脫離出來(lái)，順著電場(chǎng)的方向又跑回到正極，重新變成鈷酸鋰分子。從負(fù)極跑出來(lái)轉(zhuǎn)移到正極的鋰離子越多，這個(gè)電池可以釋放的能量就越多。在每一次充放電循環(huán)過(guò)程中，鋰離子充當(dāng)了電能的搬運(yùn)載體，周而復(fù)始的從正極→負(fù)極→正極來(lái)回的移動(dòng)，將化學(xué)能和電能相互轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了電荷的轉(zhuǎn)移。鋰離子電池就是因鋰離子在充放電時(shí)來(lái)回遷移而命名的，所以鋰離子電池又稱(chēng)作搖椅電池。1.2鋰離子電池鋰離子電池型號(hào)1）圓柱形電池用3個(gè)字母后跟5個(gè)數(shù)字表示。3個(gè)字母，第一個(gè)字母表示負(fù)極材料，I--表示有內(nèi)置的鋰離子，L--表示鋰金屬或鋰合金電極；第二個(gè)字母表示正極材料，C--表示鈷，N--表示鎳，M--表示錳，V--表示釩；第三個(gè)字母為R表示圓柱形。5個(gè)數(shù)字，前2個(gè)數(shù)字表示直徑，后3個(gè)數(shù)字表示高度，單位都為mm。ICR18650電池電池就是直徑為18mm高度為65mm的圓柱形電池ICR217001.2鋰離子電池鋰離子電池型號(hào)2）方形電池用3個(gè)字母后跟6個(gè)數(shù)字表示。3個(gè)字母，前兩個(gè)字母的意義和圓柱形一樣，后一個(gè)字母為P表示為方形。6個(gè)數(shù)字，前2個(gè)數(shù)字表示厚度，中間2個(gè)表示寬度，后面2個(gè)表示高度（長(zhǎng)度），單位也為mm。ICP053353電池厚度為5mm寬度為33mm高度（長(zhǎng)度）為53mm的方形電池1.2鋰離子電池1.2鋰離子電池鋰離子電池應(yīng)用特性1）電壓高：?jiǎn)误w電池電壓最高可達(dá)3.8V，比能量高，是鎳鎘、鎳氫電池的３倍，約鉛酸電池的２倍。2）能量密度大。比能量高達(dá)150W·h／kg。3）壽命長(zhǎng)：鋰離子電池的循環(huán)次數(shù)可達(dá)1000～3000次。以容量保持在70％計(jì)算，電池組100％充放電循環(huán)次數(shù)可以達(dá)到2000次，使用年限可達(dá)5～8年。4）應(yīng)用范圍寬：低溫性能好，鋰離子動(dòng)力電池可在－40～＋55℃之間工作5）無(wú)記憶6）無(wú)污染7）安全隱患8）價(jià)格高四種主流電池材料各項(xiàng)性能比對(duì)表1.2鋰離子電池1.3動(dòng)力電池技術(shù)參數(shù)（1）額定電壓動(dòng)力電池額定電壓又稱(chēng)標(biāo)稱(chēng)電壓

額定電壓＝單體電芯額定電壓×單體電芯串聯(lián)數(shù)動(dòng)力電池實(shí)際工作電壓是隨著不同使用條件而不斷變化的，其電壓狀態(tài)主要有以下４種：1）開(kāi)路電壓2）工作電壓：工作電壓是指電池在工作狀態(tài)下，即電路中有電流通過(guò)時(shí)，電池正負(fù)極之間的電勢(shì)差。3）放電截止電壓4）充電限制電壓：充電限制電壓是指充電過(guò)程中由恒流變?yōu)楹銐撼潆姷碾妷?.3動(dòng)力電池技術(shù)參數(shù)1.3動(dòng)力電池技術(shù)參數(shù)（2）電芯容量（A·h）電芯容量是指動(dòng)力電池所能夠儲(chǔ)存的電量，是衡量電池性能的重要指標(biāo)之一。動(dòng)力電池電芯容量＝單體電芯容量×單體電芯并聯(lián)數(shù)量電芯容量是由電池電極活性物質(zhì)決定的，主要取決于活性物質(zhì)的數(shù)量、質(zhì)量以及活性物質(zhì)的利用率。容量用Ｃ表示，單位用Ａ·ｈ或ｍＡ·ｈ表示。

Ｃ（A·h）＝放電電流Ｉ（A）×放電時(shí)間t（h）（3）額定能量動(dòng)力電池額定能量是衡量電池性能的重要指標(biāo)之一，單位為ｋＷ·ｈ。動(dòng)力電池額定能量＝動(dòng)力電池額定電壓×動(dòng)力電池容量額定能量是汽車(chē)廠商公布的電池儲(chǔ)備電量大小的度量單位。１kW·h的物理意義是功率為１kW的電器工作１h所消耗的電能。對(duì)于日常生活中來(lái)說(shuō)，１kW·h即１度電。1.3動(dòng)力電池技術(shù)參數(shù)（4）連接方式

３P91S：３并９１串，表示由３個(gè)單體電池并聯(lián)成一組，共有９１組串聯(lián)在一起。1P100S：１并１００串，表示由１００個(gè)單體電池串聯(lián)而成（5）能量密度能量密度是指電池單位體積或單位質(zhì)量所釋放出來(lái)的能量，通常用體積能量密度（W·h／L）和質(zhì)量能量密度（W·h／kg）表示。1.3動(dòng)力電池技術(shù)參數(shù)（6）電池內(nèi)阻電池內(nèi)阻是指蓄電池在工作時(shí)，電流流過(guò)電池內(nèi)部所受到的阻力，它包括歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻。歐姆內(nèi)阻主要是由電極材料、電解液、隔膜電阻及各部分零件的接觸電阻組成，與電池的尺寸、結(jié)構(gòu)和裝配等因素有關(guān)。一般用ｍΩ來(lái)衡量。（7）剩余電量SOC剩余電量是指動(dòng)力電池內(nèi)部的可用電量占標(biāo)稱(chēng)容量的比例，是電池管理系統(tǒng)中的一個(gè)重要監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，電池管理系統(tǒng)根據(jù)SOC

state-of-Charge值控制電池的工作狀態(tài)。1.3動(dòng)力電池技術(shù)參數(shù)（8）充放電倍率（C）充放電倍率用來(lái)表示電池充放電時(shí)電流大小的比率，即倍率。

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放電時(shí)，其放電倍率為0.2C。電池放電C率的1C、2C、0.2C是指電池的放電速率，表示放電快慢的一種量度。所有的容量1小時(shí)放電完畢，稱(chēng)為1C放電；5小時(shí)放電完畢，則稱(chēng)為1/5=0.2C放電；對(duì)于24AH電池來(lái)說(shuō)，2c放電電流為48A，0.5C放電電流為12A。（9）放電深度（DOD）在電池的使用過(guò)程中，電池放出的容量占其額定容量的百分比稱(chēng)為放電深度。放電深度的高低和二次電池的充電壽命有很大的關(guān)系。當(dāng)二次電池的放電深度越深，其充電壽命就越短，會(huì)導(dǎo)致電池的使用壽命變短，因此在使用時(shí)應(yīng)盡量避免深度放電。DOD和SOC的關(guān)系為：DOD＝1－SOC1.3動(dòng)力電池技術(shù)參數(shù)（10）電池供應(yīng)商

2018年中國(guó)動(dòng)力電池企業(yè)裝機(jī)量排行榜新能源汽車(chē)加快應(yīng)用推廣，同時(shí)也帶來(lái)了動(dòng)力電池裝機(jī)量的攀升。據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2018年動(dòng)力電池企業(yè)總裝機(jī)量達(dá)57.35GWh，同比增長(zhǎng)57%。其中，2018年新能源乘用車(chē)動(dòng)力電池裝機(jī)量達(dá)32.86GWh，同比增長(zhǎng)137%，占總裝機(jī)量的57.3%，成為動(dòng)力電池的主要需求增長(zhǎng)點(diǎn)。數(shù)據(jù)來(lái)源：中商產(chǎn)業(yè)研究院整理1.3動(dòng)力電池技術(shù)參數(shù)1.3動(dòng)力電池技術(shù)參數(shù)1、三元鋰電池

三元鋰電池全稱(chēng)是“三元材料電池”，一般是指采用鎳鈷錳酸鋰（Li（NiCoMn）O2，NCM）或鎳鈷鋁酸鋰（NCA）三元正極材料的鋰離子二次電池。

三元：電池的正極包含鎳、鈷、錳（或鋁）三種金屬元素的聚合物鋰：電解質(zhì)以六氟磷酸鋰為主的鋰鹽負(fù)極：絕大多數(shù)鋰離子電池的負(fù)極材料都是石墨形狀可分為軟包電池、圓柱電池和方形硬殼電池。其標(biāo)稱(chēng)電壓可達(dá)到3.6-3.8V，能量密度比較高，電壓平臺(tái)高，振實(shí)密度高，續(xù)航里程長(zhǎng)，輸出功率較大，高溫穩(wěn)定性差，但低溫性能優(yōu)異，造價(jià)也比較高。擴(kuò)展閱讀拓展閱讀1、三元鋰電池鎳：是副族中的活性金屬，主要作用是提升電池的體積能量密度，是提升續(xù)航里程的主要突破口；鈷：也是副族中的活性金屬，起到提升穩(wěn)定性和延長(zhǎng)電池的壽命的作用，也決定了電池的充放電速度和效率（倍率性能）；錳/鋁：提高電池的安全性和穩(wěn)定性。在三元鋰電池的正極材料中，鎳、鈷、錳（或鋁）這三種金屬元素缺一不可，多一個(gè)或者少一個(gè)都會(huì)影響其最終的表現(xiàn)或做不成電池。三元材料不同的比例對(duì)比提高鎳的比例：電池能量更足；提高鈷的比例：電池壽命更長(zhǎng)、充電更快；提高錳/鋁的比例：電池更穩(wěn)定、成本更低。根據(jù)正極材料中鎳鈷錳（或鋁）3種元素的混合比例不同，也就有了不同的三元型號(hào)，如：111、523、622、811等。擴(kuò)展閱讀2、動(dòng)力電池PACK四大工藝電池PACK是新能源汽車(chē)核心能量源，為整車(chē)提供驅(qū)動(dòng)電能，它主要通過(guò)殼體包絡(luò)構(gòu)成電池PACK主體。電池PACK組成主要包括電芯、模塊、電氣系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、殼體和BMS幾個(gè)部分。1）裝配工藝PACK的裝配工藝其實(shí)是有點(diǎn)類(lèi)似傳統(tǒng)燃