新能源汽車動力蓄電池系統(tǒng)構造與檢修 課件 任務2-2 動力蓄電池參數及性能指標認知

項目二新能源汽車動力蓄電池概述新能源汽車動力蓄電池及管理技術1.掌握新能源汽車與傳統(tǒng)內燃機汽車的動力來源和系統(tǒng)組成的區(qū)別。2.了解新能源汽車和動力電池的發(fā)展歷史。3.了解動力電池和電動汽車的未來發(fā)展趨勢。4.掌握動力電池的各性能參數及含義。知識目標技能目標1.能正確分析新能源汽車動力來源2.能說出動力電池的各性能參數及含義。增強嚴格遵守標準規(guī)范的意識。具有團隊協(xié)作意識和吃苦耐勞精神，并樹立正確的理想信念。3、培養(yǎng)學生自主學習、查找資料、制定計劃的能力；4、培養(yǎng)學生具備從事汽車行業(yè)工作的職業(yè)素養(yǎng)。思政目標目錄CONTENTS動力電池的參數及性能指標認知任務2動力電池的發(fā)展趨勢認知任務1新能源汽車動力蓄電池概述

動力電池作為汽車的動力源，在汽車上發(fā)揮重要作用，評價電池性能主要看性能指標，其性能指標有電壓、容量、內阻、能量、功率、輸出效率、自放電率、使用壽命等。動力電池性能指標有哪些？有什么作用？任務引入1、電池的儲能原理電池是指盛有電解質溶液和金屬電極以產生電流的杯、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。利用電池作為能量來源，可以得到具有穩(wěn)定電壓，穩(wěn)定電流，長時間穩(wěn)定供電，受外界影響很小的電流，并且電池結構簡單，攜帶方便，充放電操作簡便易行，不易受外界氣候和溫度的影響，性能穩(wěn)定可靠，在現(xiàn)代社會生活中的各個方面發(fā)揮有很大作用。一、電池的儲能原理與基本結構1、電池的儲能原理

在金屬冶金中，如果把鋅加入Cu2+溶液中，銅就會沉淀出來了。該化學反應就是從含有鋅的礦石中提取出銅的常用方法。該化學反應包含的化學能是不可利用的，能量以熱能的形式被消耗掉。負極Zn—2e-=Zn2+正極Cu2++2e-=Cu電池反應Zn+Cu2+=Zn2++Cu一、電池的儲能原理與基本結構一、電池的儲能原理與基本結構2、電池的基本結構電池要實現(xiàn)化學能轉變成電能的過程，必須滿足如下條件：（1）必須把化學反應中失去電子的氧化過程（在負極進行），得到電子的還原過程（在正極進行），分在兩個區(qū)域進行，這與一般的氧化還原反應存在區(qū)別。（2）兩電極必須具有離子導電性的物質。（3）化學變化過程中電子傳遞必須經過外線路。電池需包含以下基本組成部分：（1）正極活性物質。它具有較高的電極電位，電池放電時進行還原反應或陰極過程。（2）負極活性物質。它具有較低的電極電位，電池工作時進行氧化反應或陽極過程。（3）電解質。它擁有很高的、選擇性的離子電導率，提供電池內部的離子導電的介質。大多數電解質為無機電解質水溶液，也有固體電解質、熔融鹽電解質、非水溶液電解質和有機電解質。有的電解質也參加電極反應而被消耗。一、電池的儲能原理與基本結構2、電池的基本結構除了主要組成部分外，電池還常常需要導電柵、匯流體、端子、安全閥等零件?；緲嫵墒疽馊缦聢D所示。電池可以制成各種形狀和結構，如圓柱形、扣式、扁平和方形。一、電池的儲能原理與基本結構1）電壓（V）開路電壓：指電池在沒有連接外電路或者外負載時的電壓。開路電壓與電池的剩余

能量有一定的聯(lián)系，電量顯示就是利用這個原理。額定電壓：電池在標準條件下工作時達到的電壓。工作電壓：是指電池在工作狀態(tài)下即電路中有電流流過時電池正負極之間的電勢差，

又稱負載電壓。在電池放電工作狀態(tài)下，當電池放電工作狀態(tài)下，當電流流過電

池內部時，必須克服內阻的阻力，故工作電壓總是低于開路電壓。放電電壓：電池接通負載后在放電過程中顯示的電壓。放電終止電壓：指電池充滿后進行放電，放完電時達到的電壓（若繼續(xù)放電則為過度放電，

對電池壽命和性能有損傷）。充電限制電壓：充電過程中由恒流變?yōu)楹銐撼潆姷碾妷?。二、電池的特性參數各類型單體電池各工況電壓二、電池的特性參數

2）容量（Ah）容量定義：單位體積或質量電池所能給出的理論容量,是指電池所能夠儲存的電量多少，容

量是電池電性能的重要指標，它由電極的活性物質決定。容量用C表示，單位用

Ah（安時）或者mAh（毫安時）表示。例如：容量為10Ah的電池，以5A放電可放2h，以10A放電可放1h。實際容量：電池在一定條件下輸出能力。容量越大，車輪續(xù)駛里程越遠，實際容量大于額定

容量為合格電池。電池的實際容量主要取決于活性物質的數量、質量，活性物質

的利用率。標稱容量：是用來鑒別電池的近似安時值。額定容量：按國家和有關部門標準，保證電流在一定發(fā)電條件下，應該放出的最低限度容量，

一般由制造商給定的電池容量。荷電狀態(tài)：在電池一定放電倍率下，剩余電流與相同條件下額定容量的比值。二、電池的特性參數

3）內阻（mΩ）定義：電池的內阻是指電池在工作時，電流流過電池內部受到的阻力。內阻大小受電池的材

料、制造工藝、電池結構等因素的影響。阻力越大，電池工作內耗越大，電池效率越低。分類：電池內阻包括歐姆內阻和極化內阻，歐姆內阻是電極材料、電解液、隔膜電阻及各部

分零件的接觸電阻組成，極化內阻包括電化學極化與濃差極化引起的電阻。影響因素：電池內阻是一個非常復雜而又非常重要的特性，影響內阻的因素有材料、制造工

藝、電池結構等。產生結果：由于內阻的存在，當電池放電時，電流經過內阻要產生熱量，消耗能量，電流越

大，消耗能量越多，所以內阻越小，電池的性能越好，不僅電池的實際工作電壓高

消耗在內阻上的能量也少。二、電池的特性參數電池內阻測量

目前測量蓄電池內阻的常見方法有：密度法、開路電壓法、直流放電法、交流注入法、內阻測試儀法。二、電池的特性參數4）電池能量（Wh）

定義：指電池儲存的能量多少，用Wh來表示

公式：能量（Wh）=額定電壓（V）×工作電流（A）×工作時間（h）。

例如3.2V15Ah單體電芯的能量為48Wh；394.2V130Ah電池組的能量是51.2KW.h

理論能量：是電池的理論容量與額定電壓的成績。

實際能量：電池實際容量與平均工作電壓的乘積。

比能量：是指電池單位質量所能輸出的電能。

電池能量是衡量電池帶動設備做功的重要指標，容量不能決定做功的多少。二、電池的特性參數5）能量密度（Wh/Kg）定義：指單位體積或單位質量所釋放的能量，通常用體積能量密度（Wh/L）或質量能量密度

（Wh/Kg）表示。例如一節(jié)鋰電池重325g，額定電壓為3.7V，容量為10Ah，則其能量密

度為113Wh/Kg。

下表為理論值在實際應用情況中需要考慮電池結構中的殼體、零件等各方面因素。目前鋰電池的能量密度是鎳鎘和鎳氫電池的3倍和1.5倍，能量密度的高低是由材料密度與結構決定的。

電池能量密度二、電池的特性參數6）功率與功率密度功率：指電池在一定放電制動下，單位時間內電池輸出能量的，單位是W或KW。功率密度：又稱比功率，是單位質量或單位體積電池輸出的功率單位為W/Kg或

W/L。比功率是評價電池及電池包是否滿足電動汽車加速和爬坡能力

的重要指標。二、電池的特性參數7）放電倍率（A）定義：放電倍率是指在規(guī)定時間內放出其額定容量（C）時所需要的電流值，它

在數值上等于電池額定容量的倍數。例如以10Ah電池以2A放電，則放電倍率為0.2C，如果以20A來放電則其放電倍率為2C。二、電池的特性參數8）充電方式

CC/CV：CC即恒流，以固定的電流對電池充電；CV即恒壓，以固定的電壓對電池充電，充電

電流會隨著電池充滿逐漸下降。涓流充電：指以小于0.1C電流對電池充電，一般在電池接近充滿電時，進行補充充電時采用，

若電池對充電時間沒有嚴格要求的話，建議采用涓流充電方式充電。浮充電：隨時對蓄電池用恒壓充電，使其持一定的荷電狀態(tài)。電池的充電方式二、電池的特性參數9）充、放電深度（SOC、DOD）電池保有容量數值的表示方法。荷電狀態(tài)（SOC）：電池放電后剩余容量與全荷電容量的百分比。放電深度（DOD）：表示電池放電狀態(tài)的參數，等于實際放電容量與額定容量的百

分比。DOD=100%-SOC深度放電：表示電池50%或更大的容量被釋放的程度。例如充、放電深度以百分比率來表示，容量為10Ah的電池放電后容量變?yōu)?Ah,可以稱為80%DOD；容量為10Ah的電池，充電后容量為8Ah，即SOC為80%如滿充滿放，通常稱為100%SOC/DOD。二、電池的特性參數電池組電量圖中的電池組SOC還有27%，其電池組的額定容量是75Ah，那么該電組剩余余的容量是20.25Ah。二、電池的特性參數10）

自放電率（%/月、年）定義：電池在儲存過程中，容量會逐漸下降，其減少的容量的比例，稱為自放電

率。用單位時間（月或年）內電池容量下降的百分數來表示。原因：由于電極在電解液中的不穩(wěn)定性，電池的兩個電極發(fā)生了化學反應，活性

物質被消耗，轉為電能的化學能減少，電池容量下降。影響因素：環(huán)境溫度對其影響較大，多高溫度會加速電池的自放電。表示：電池容量衰減（自放電率）的表示方法和單位：%/月、年。產生結果：電池自放電將直接降低電池的容量，自放電率直接影響電池的儲存性

能，自放電率越低，儲存性能越好。二、電池的特性參數自放電率如上圖假如75Ah的動力電池經過1年后，容量下降了3Ah,自放電率=3/75=4%。二、電池的特性參數11）輸出效率

動力電池作為儲能器，充電時電能轉化為化學能儲存起來，放電時電能釋放出來，在可逆的化學過程中，有能量消耗。二、電池的特性參數12）循環(huán)壽命（次）定義：二次電池經歷一次充放電稱為一個周期或一次循環(huán)，電池在反復充放電后，

容量會逐漸下降，在一定的放電條件下，電池容量降至80%時，電池所經受

的循環(huán)次數就是循環(huán)壽命。影響因素：不正確使用電池、電池材料、電解質的組成和濃度、充放電倍率、放電

深度（DOD%）、溫度、制造工藝等都對電池的循環(huán)壽命有影響。

所以動力電池在規(guī)定條件下是有效壽命期限，而比亞迪的磷酸鐵鋰電池,壽命在2000次以上,正常使用20萬公里以上。二、電池的特性參數13)記憶效應定義：電池的記憶效應是指未完全放電的電池，在下一次充電時所能充電的百分

比。原因：電池內物質產生結晶，如鎳鎘電池中，Cd不斷聚集成團形成大塊金屬鎘，

降低了負極的活性。避免：為了消除電池的記憶效應，在充電之前，必須先完全放電，然后再充電

（如鎳氫電池）。鋰離子電池無記憶效應，可隨充隨放。二、電池的特性參數14)放電平臺

指放電曲線中電壓基本保持水平的部分。放電平臺越高、越長、越平穩(wěn)，電池的放電性能越好。15)電池組的一致性

由多個單體電芯串聯(lián)、并聯(lián)在一起就組成了電池組。電池組的整體性能和壽命取決于其中性能較差的一個電芯，這就要求電池組中每個電芯性能的一致性要高。除了單體電芯本身性能的誤差和原材料質量的好壞，最主要原因是制造工藝，工藝的改進對提高電池的質量非常重要。16）化成

電池制成后，通過一定的充放電方式將其內部正負極活性物質激活，改善電池的充放電性能及自放電、儲存等綜合性能的過程稱為化成。電池經過化成后才能體現(xiàn)其真實的性能。同時化成過程中的分選過程能夠提高電池組的一致性，使最終電池組的性能提高。二、電池的特性參數三、電動汽車對動力電池的性能要求

動力電池最重要的特點就是高功率和高能量。高功率意味著更大的充放電強度，高能量表示更高的質量比能量和體積比能量。動力電池系統(tǒng)設計需要按照最優(yōu)化的整車設計應用指標設計電池系統(tǒng)。1、高能量

對于電動車輛高能量意味著更長的續(xù)駛里程，續(xù)駛里程的延長可有效提升車輛應用的方便性和適用范圍。鋰離子動力電池能夠在電動車輛上廣泛推廣和應用，主要原因就是其能量密度是鉛酸動力電池的3倍，并且還有繼續(xù)提高的可能性。2、高功率

動力電池組要能夠提供驅動電動機高功率輸出，滿足車輛動力性的要求。但長期大電流、高功率放電對于電池的使用壽命和充放電效率會產生負面影響，甚至影響電池使用的安全性，因此在功率方面還需要一定的功率儲備，避免讓動力電池在全功率工況下工作。案例：西班牙研發(fā)石墨烯電池8分鐘將電動汽車充滿電

據西班牙《世界報》網站2014年12月4日消息，西班牙Graphenano公司（一家以工業(yè)規(guī)模生產石墨烯的公司）同西班牙科爾瓦多大學合作研究出了首例石墨烯聚合材料電池。明年該公司將將其投入生產。四大德國汽車生產公司中的兩家將用此電池在電動汽車進行試驗。一般鋰電池的比能量數值為180wh/kg,而一個石墨烯電池的比能量則超過600wh/kg；石墨烯電池的壽命也很長，它的使用壽命是傳統(tǒng)氫化電池的四倍，是鋰電池的兩倍；成本低是石墨烯的另一個優(yōu)勢，它的成本將比鋰電池低77%。是消費者們能夠承擔的價格；此外石墨烯的特性也使得電池的重量可以減少為傳統(tǒng)電池的一半。這樣可以提高裝載該電池的機器的效率，用來提供電力的電動車最多能行駛1000千米。而將它充滿電只需要不到八分鐘的時間。三、電動汽車對動力電池的性能要求以色列開發(fā)出續(xù)航1600公里的動力電池3、長壽命

鉛酸動力電池使用壽命在深充深放工況下可以達到400次，鋰離子動力電池可以達到1000次以上，混合動力用鎳氫電池已經可以達到10年以上。

但動力電池長壽命，關系到電池成本。車輛應用過程中電池更換的費用，是電動汽車使用成本的重要組成部分。提高動力電池的使用壽命目前是電池技術研究的重點問題之一。4、低成本

動力電池的成本與電池的新技術含量、材料、制作方法和生產規(guī)模有關，目前高比能量的電池成本較高，使得電動汽車的造價也較高，開發(fā)和研制高效、低成本的動力電池是電動汽車發(fā)展的關鍵。三、電動汽車對動力電池的性能要求電動汽車為何難進百姓家門？5、安全性好