新能源汽車技術(shù)第2章-1-電動汽車用動力電池

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1、新能源汽車技術(shù) 第 1 頁,第2章 電動汽車用動力電池 (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 2 頁,2.1 概述,電池是電力汽車的動力源，是能量的存貯裝置。要使電動汽車能與燃油汽車相競爭，關(guān)鍵是開發(fā)住比能量高、比功率大、使用壽命長、成本低的電池。 電動汽車使用的動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 3 頁,2.1.1 電動汽車動力電池分類,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、燃料電池和儲備電池。 2物理電池 物理電池是利用光、熱、物理吸

2、附等物理能量發(fā)電的電池。如太陽能電池、超級電容器、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、生物太陽電池等。,新能源汽車技術(shù) 第 4 頁,2.1.2 電動汽車用動力電池的性能指標(biāo),1電壓 （1）端電壓 （2）開路電壓 （3）電動勢 （4）額定電壓 （5）放電電壓 （6）終止電壓,新能源汽車技術(shù) 第 5 頁,2.1.2 電動汽車用動力電池的性能指標(biāo),2容量 （1）理論容量 （2）實際容量 （3）標(biāo)稱容量 （4）額定容量 （5）荷電狀態(tài),新能源汽車技術(shù) 第 6 頁,2.1.2 電動汽車用動力電池的性能指標(biāo),3內(nèi)阻 電流流過電池內(nèi)部受到

3、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，電池放電時端電壓低于電動勢和開路電壓。充電時端電壓高于電動勢和開路電壓。 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Wh或kWh。它影響電動汽車的行駛距離。,新能源汽車技術(shù) 第 7 頁,2.1.2 電動汽車用動力電池的性能指標(biāo),（1）理論能量 （2）實際能量 （3）比能量 （4）能量密度,新能源汽車技術(shù) 第 8 頁,2.1.2 電動汽車用動力電池的性能指標(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,新能源汽車技術(shù)

4、 第 9 頁,2.1.2 電動汽車用動力電池的性能指標(biāo),6輸出效率 （1）容量效率 式中， 為電池的容量效率； 為電池放電時輸出的容量； 為電池充電時輸入的容量。,,,,,,,,新能源汽車技術(shù) 第 10 頁,2.1.2 電動汽車用動力電池的性能指標(biāo),（2）能量效率 能量效率也稱電能效率，是指電池放電時輸出的能量與充電時輸入的能量之比，即 式中， 為電池的能量效率； 為電池放電時輸出的能量； 為電池充電時輸入的能量。,,,,,新能源汽車技術(shù) 第 11 頁,2.1.2 電動汽車用動力電池的性能指標(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，

5、即電池?zé)o負荷時自身放電使容量損失的速度。 自放電率 式中， 為電池存儲前的容量（Ah）； 為電池存儲后的容量（Ah）； 為電池存儲的時間，常用天、月計算。,,,,,,新能源汽車技術(shù) 第 12 頁,2.1.2 電動汽車用動力電池的性能指標(biāo),8放電速率（放電率） 放電速率一般用電池在放電時的時間或放電電流與額定電流的比例來表示。 （1）時率（時間率） 電池以某種電流強度放電，放完額定容量所經(jīng)過的放電時間。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) 第 13 頁,2.1.2

6、電動汽車用動力電池的性能指標(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，以及容量達不到規(guī)范要求時電池使用失效，這時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間，包括電池的存放時間。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 14 頁,2.1.3 電動汽車對動力電池的要求,電動汽車對動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）相對穩(wěn)定性好 （5）使用成本低 （6）安全性好 ；,,新能源汽車技術(shù) 第 15 頁,2.2 鉛酸蓄電池,鉛酸蓄電池自1859年

7、發(fā)明以來，其使用和發(fā)展已有100多年的歷史，廣泛用作內(nèi)燃機汽車的起動動力源。電動汽車用鉛酸蓄電池要用于給電動汽車提供動力，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 16 頁,2.2.1 鉛酸蓄電池的發(fā)展動態(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300 W/kg（50%DOD）；日本松下公司生產(chǎn)的動力型鉛酸蓄電池循環(huán)壽命已突破1000次（80%DOD。 美國BPC公司和Trojon公司開發(fā)的雙極性密封鉛蓄電池，正負極位于同一片導(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，

8、比能量50Wh/kg，峰值比功率700W/kg，循環(huán)壽命1000次，預(yù)計使用壽命10年。,新能源汽車技術(shù) 第 17 頁,2.2.1 鉛酸蓄電池的發(fā)展動態(tài),國內(nèi)研制開發(fā)的電動汽車用水平極板鉛酸蓄電池已經(jīng)達到了以下性能指標(biāo)：3h率比能量45Wh/kg，10min持續(xù)比功率80W/kg，快速充電性能45h100%充電,1520min70%充電，80%DOD壽命600次。 鉛酸蓄電池作為純電動汽車動力電源在比能量、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，不適合于電動轎車。但由于其價格低廉，國內(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) 第 18

9、頁,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）免維護鉛酸蓄電池 免維護鉛酸蓄電池由于自身結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢，電解液的消耗量非常小，在使用壽命內(nèi)基本不需要補充蒸餾水。它具有耐震、耐高溫、體積小、自放電小的特點。使用壽命一般為普通鉛酸蓄電池的兩倍。,新能源汽車技術(shù) 第 19 頁,2.2.2 鉛酸蓄電池的分類與結(jié)構(gòu),市場上的免維護鉛酸蓄電池也有兩種： （1）在購買時一次性加電解液以后使用中不需要添加補充液； （2）電池本身出廠時就已經(jīng)加好電解液并封死，用戶根本就不能加補充液。,新能源汽車技術(shù) 第 20 頁,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

10、酸蓄電池在使用期間不用加酸加水維護，電池為密封結(jié)構(gòu)，不會漏酸，也不會排酸霧，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)部氣體量超過一定值，即當(dāng)電池內(nèi)部氣壓升高到一定值時，溢氣閥自動打開，排出氣體，然后自動關(guān)閉，防止空氣進入電池內(nèi)部。,新能源汽車技術(shù) 第 21 頁,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（Absorbed Glass Mat）作隔膜，電解液吸附在極板和隔膜中，電池內(nèi)無流動的電解液，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

11、內(nèi)，一般立放工作。無特殊說明，皆指AGM電池。,新能源汽車技術(shù) 第 22 頁,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) 第 23 頁,2.2.3 鉛酸蓄電池的特點,1鉛酸蓄電池的優(yōu)點 （1）除鋰離子電池，鉛酸蓄電池電壓最高，為2. 0V； （2）價格低廉； （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； （5）高低溫性能良好，可在-4060條件下工作； （6）電能效率高達60%； （7）易于浮充使用，沒有“記憶”效應(yīng)； （8）易于識別荷電狀態(tài)。,新能源汽車技術(shù) 第 24 頁,2.2.3 鉛酸蓄電池的特點,2鉛酸蓄電池

12、的缺點 （1）比能量低，在電動汽車中所占的質(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）充電時間長； （4）鉛是重金屬，存在污染 。,新能源汽車技術(shù) 第 25 頁,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，把鉛板分別和直流電源的正、負極相連，進行充電電解，陰極的還原反應(yīng)為,,,新能源汽車技術(shù) 第 26 頁,2.2.4 鉛酸蓄電池的工作原理,陽極的氧化反應(yīng)為 充電時的總反應(yīng)為 隨著電流的通過， 在陰極上變成蓬松的金屬鉛，在陽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) 第 27 頁,2

13、.2.4 鉛酸蓄電池的工作原理,放電時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 。 放電時總的反應(yīng)為,,,,,,,,,,,新能源汽車技術(shù) 第 28 頁,2.2.4 鉛酸蓄電池的工作原理,蓄電池充電的時候，隨著電池端電壓的升高，水開始被電解，當(dāng)電池電壓達到約2.39V/單體時，水的電解不可忽視。水電解時陽極和陰極的化學(xué)反應(yīng)式為 陽極給出電子，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) 第 29 頁,2.2.5 鉛酸蓄電池的

14、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) 第 30 頁,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) 第 31 頁,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) 第 32 頁,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) 第 33 頁,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) 第 34 頁,4）恒壓限流充電法 在充電第一階段，用恒定的電流充電；在電池電壓達到一定電

15、壓后，維持此電壓恒定不變，轉(zhuǎn)為第二階段的恒壓充電過程，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) 第 35 頁,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極的吸收能力，使負極能夠跟得上正極氧氣產(chǎn)生的速度，同時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) 第 36 頁,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

16、方法,新能源汽車技術(shù) 第 37 頁,(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) 第 38 頁,(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) 第 39 頁,2.2.7 鉛酸蓄電池SOC估計,電池剩余容量的多少一般用電池荷電狀態(tài)（SOC）來描述。電池荷電狀態(tài)是無量綱量，既可以反映電池剩余電量，也可以反映電池消耗的電量。 目前國內(nèi)外蓄電池常用的荷電狀態(tài)估計的方法主要有放電實驗法、安時計量法、開路電壓法、負載電壓法、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) 第

17、40 頁,2.2.7 鉛酸蓄電池SOC估計,1放電實驗法 放電實驗法是最可靠的電池SOC估計方法，采用恒定電流進行連續(xù)放電，放電電流與時間的乘積即為剩余電量。 放電實驗法在實驗室中經(jīng)常使用，適用于所有電池，但它也存在缺點：一花費時間長，二要必須中斷蓄電池正在進行的工作。,,新能源汽車技術(shù) 第 41 頁,2.2.7 鉛酸蓄電池SOC估計,2安時計量法 安時（A.h）計量法是目前最常用的電池SOC估計方法。SOC表示為 式中， 為額定容量； 為電池電流； 為充放電效率。,,,,,,新能源汽車技術(shù) 第 42 頁,2.2.7 鉛酸蓄電池SOC估計,3開路電壓法 電池的開路電壓在數(shù)值上接近

18、電池電動勢。鉛酸蓄電池電動勢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，用開路電壓可估計蓄電池SOC。 該方法只適用于電動汽車駐車狀態(tài)。在充電初期和末期用開路電壓法估計電池SOC效果好，一般常與安時計量法結(jié)合使用。,新能源汽車技術(shù) 第 43 頁,2.2.7 鉛酸蓄電池SOC估計,4負載電壓法 電池放電開始瞬間，電壓迅速從開路電壓狀態(tài)進入負載電壓狀態(tài)，在電池負載電流保持不變時，負載電壓隨電池SOC變化的規(guī)律與開路電壓隨電池SOC的變化規(guī)律相似。 負載電壓法很少應(yīng)用到實車上，但常用來作為電池充放電截止的判據(jù)。,新能源汽車技術(shù) 第 44 頁,2.2.7 鉛酸蓄電池SOC估計,5電

19、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)，通常是一個復(fù)數(shù)變量。測量電池阻抗有恒流和恒壓兩種模式。電池阻抗定義為,,新能源汽車技術(shù) 第 45 頁,2.2.7 鉛酸蓄電池SOC估計,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)，是一個復(fù)數(shù)變量，表示電池對交流電的反抗能力，用交流阻抗儀來測量。,新能源汽車技術(shù) 第 46 頁,2.2.7 鉛酸蓄電池SOC估計,7線性模型法 線性模型法是基于電流、電壓、SOC變化量和上一個時間點的SOC值間的關(guān)系建立的線性方程，方程具體表達式為

20、 式中， 為當(dāng)前時刻的SOC值； 為SOC的變化量； 、 分別為當(dāng)前時刻的電壓與電流。 為利用參考數(shù)據(jù)，可通過最小二乘法得到其值，無物理意義。,,,,,,,,新能源汽車技術(shù) 第 47 頁,2.2.7 鉛酸蓄電池SOC估計,8神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法 估計電池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)元個數(shù)根據(jù)實際問題的需要來確定，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)元個數(shù)取決于問題的復(fù)雜程度及分析精度。,新能源汽車技術(shù) 第 48 頁,2.2.7 鉛酸蓄電池SOC估計,9卡爾曼濾波法

21、 利用卡爾曼濾波方法估算電池SOC的研究是在近幾年才開始的，卡爾曼濾波的一個顯著特點是用狀態(tài)空間的概念來描述其數(shù)學(xué)公式。 卡爾曼濾波另一個新穎特點是它的解是遞歸計算的，而且可不加修改地應(yīng)用于平穩(wěn)和非平穩(wěn)環(huán)境。,,新能源汽車技術(shù) 第 49 頁,2.3 鎳氫電池,鎳氫電池是90年代發(fā)展起來的一種新型電池。它的正極活性物質(zhì)主要由鎳制成，負極活性物質(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、無污染，被譽為“綠色電源”。,新能源汽車技術(shù) 第 50 頁,2.3.1鎳氫電池的發(fā)展動態(tài),三洋電機株式會社生產(chǎn)的圓柱型5.5Ah的鎳氫電池組，質(zhì)

22、量比功率1000W/kg。2001年為Escape配備，后來為本田Accord采用。 美國的Cobasys公司開發(fā)了容量為1260Ah的一系列高功率鎳氫電池。質(zhì)量比功率達到550600W/kg，體積比功率達到12001400W/l，峰值比功率可達1000W/kg，比能量在5070Wh/kg，使用溫度在60時能量效率仍保持在8090%，充電功率也超過500W/kg。,新能源汽車技術(shù) 第 51 頁,2.3.1鎳氫電池的發(fā)展動態(tài),德國Varta公司開發(fā)的超高功率鎳氫電池（HEV-10 UHP cells）功率密度已達到1000W/kg，但其比能量僅為40Wh/kg。 法國Saft公司的4/5SF型（

23、41mm93mm）高功率鎳氫電池容量為14Ah， 比能量為47Wh/kg，80%充電態(tài)對應(yīng)的比功率為900 W/kg，體積比功率達2500W/l。,新能源汽車技術(shù) 第 52 頁,2.3.1鎳氫電池的發(fā)展動態(tài),我國也有很多單位一直從事混合動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)研究所長期從事鎳氫電池及相關(guān)材料的研究和開發(fā)，北京有色總院、中山電池公司、湖南神舟科技、春蘭集團、鞍山三普等單位均從不同角度做過大量積極有益的工作，取得了很大的進展。,新能源汽車技術(shù) 第 53 頁,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)

24、構(gòu) 正極、負極、極板、隔板、電解液,新能源汽車技術(shù) 第 54 頁,2.3.3 鎳氫電池的特點,（1）比功率高 （2）循環(huán)次數(shù)多 （3）無污染 （4）耐過充過放 （5）無記憶效應(yīng) （6）使用溫度范圍寬 （7）安全可靠,新能源汽車技術(shù) 第 55 頁,2.3.4 鎳氫電池的工作原理,充電時正、負極的電化學(xué)反應(yīng)為 放電時正、負極的電化學(xué)反應(yīng)為,,,,,新能源汽車技術(shù) 第 56 頁,2.3.5 鎳氫電池的充放電特性,通常電池在一定電流下進行充電和放電時都是使用曲線來表示電池的端電壓和溫度隨時間的變化，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表示，即充放電倍率=充放電電流

25、/額定容量。例如，額定容量為100Ah的電池用20A放電池時，其放電倍率為0.2C。,新能源汽車技術(shù) 第 57 頁,1鎳氫電池的充電特性,,電池常溫5C充電曲線 曲線15C充電8.4Ah；曲線2常溫0.5C放電至1.0V,2.3.5 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) 第 58 頁,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/Ah,2.3.5 鎳氫電池的充放電特性,新能源汽車技術(shù) 第 59 頁,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

26、充放電特性,新能源汽車技術(shù) 第 60 頁,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/V,2.3.5 鎳氫電池的充放電特性,充放電容量/Ah,新能源汽車技術(shù) 第 61 頁,2.3.6 鎳氫電池SOC估計,電池SOC的估計模型,新能源汽車技術(shù) 第 62 頁,1電池SOC估計的神經(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輸入變量，輸出變量為電池的SOC值。,,,,,,,,,2.3.6 鎳氫電池SOC估計,新能

27、源汽車技術(shù) 第 63 頁,2.卡爾曼濾波器的信號模型與輸出方程的確定,由SOC的定義可知,,,,,,,聯(lián)立上述三個方程得,2.3.6 鎳氫電池SOC估計,新能源汽車技術(shù) 第 64 頁,令 在等式兩邊對時間 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； 為測量噪聲。,,,,,,,,,,2.3.6 鎳氫電池SOC估計,新能源汽車技術(shù) 第 65 頁,對以上兩個方程進行采用零階保持采樣離散化得

28、 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,新能源汽車技術(shù) 第 66 頁,其中 和 可以在實驗中獲得，這樣就可以根據(jù)控制信號 和測量輸出 估計狀態(tài)變量 ，即電池的SOC值。,,,,,,,,,,,,2.3.6 鎳氫電池SOC估計,,新能源汽車技術(shù) 第 67 頁,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、無記憶效應(yīng)、無污染、快速充電、自放電率低、工作溫度范圍寬和安

29、全可靠等優(yōu)點。,新能源汽車技術(shù) 第 68 頁,2.4.1 鋰離子電池的發(fā)展動態(tài),2006年1月，江森控制在全球開始研發(fā)和制造用于混合動力和電動汽車的鋰離子電池。 三洋電機2008年5月28日宣布，向德國大眾集團供應(yīng)混合動力汽車用鋰離子充電電池系統(tǒng)。 我國在鋰離子電池方面的研究水平，有多項指標(biāo)超過了USABC提出的長期目標(biāo)所規(guī)定的指標(biāo)，目前已經(jīng)把鋰離子電池作為電動汽車用動力電池的重要發(fā)展目標(biāo)。,新能源汽車技術(shù) 第 69 頁,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

30、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) 第 70 頁,2鋰離子電池的結(jié)構(gòu),,1絕緣體；2墊圈；3PTC元件；4正極端子；5排氣孔；6防爆閥； 7正極；8隔板；9負極；10負極引線；11正極；12外殼,圓柱形鋰離子電池結(jié)構(gòu)示意圖,2.4.2 鋰離子電池的分類與構(gòu)造,新能源汽車技術(shù) 第 71 頁,我國自主開發(fā)的電動汽車用鋰離子電池,2.4.2 鋰離子電池的分類與構(gòu)造,新能源汽車技術(shù) 第 72 頁,2.4.3 鋰離子電池的特點,鋰離子電池有許多顯著特點，它的優(yōu)點主要表現(xiàn)為： （1）工作電壓高 （2）比能量高 （3）循環(huán)壽命長 （4）自放電率低

31、 （5）無記憶性 （6）對環(huán)境無污染 （7）能夠制造成任意形狀,新能源汽車技術(shù) 第 73 頁,2.4.3 鋰離子電池的特點,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的價格高，但按單位瓦時的價格來計算，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）必須有特殊的保護電路，以防止過充。,新能源汽車技術(shù) 第 74 頁,2.4.4 鋰離子電池的工作原理,電池在充電時，鋰離子從正極材料的晶格中脫出，通過電解質(zhì)溶液和隔膜，嵌入到負極中； 放電時，鋰離子從負極脫出，通過電解質(zhì)溶液和隔膜，嵌入到正極材料晶格中。在整個充放電過程中，鋰離子往返于正負極之間。,

32、,新能源汽車技術(shù) 第 75 頁,2.4.4 鋰離子電池的工作原理,鋰離子電池工作原理圖,新能源汽車技術(shù) 第 76 頁,2.4.4 鋰離子電池的工作原理,正、負極的電化學(xué)反應(yīng)為 總反應(yīng)為,,,新能源汽車技術(shù) 第 77 頁,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2C，但常用的充電率為0.51C。 放電方面，鋰離子電池的最大放電電流一般被限制在23C左右。 鋰電池的充電溫度一般應(yīng)該被限制在060范圍。電池溫度過高會損壞電池并可能引起爆炸；溫度過低雖不會造成安全方面的問題，但很難將電池充滿。,新能源汽車技術(shù) 第 7

33、8 頁,2.4.6 鋰離子電池的充電方法,鋰離子電池可以采用不同的充電方法，其中最簡單的充電方法是恒壓充電。采用恒壓充電時，電池電壓保持不變，而充電電流將逐漸降低。當(dāng)充電電流降到低于0.1C時，就認為電池被充分充電了。 兼顧充電過程的安全性、快速性和電池使用的高效性，鋰離子電池通常都采用恒流恒壓充電方法，其充電過程可分為預(yù)充電、恒流充電、恒壓充電三個階段。,新能源汽車技術(shù) 第 79 頁,2.4.6 鋰離子電池的充電方法,鋰離子電池充電特性曲線,新能源汽車技術(shù) 第 80 頁,2.4.6 鋰離子電池的充電方法,1預(yù)充電階 在該狀態(tài)下，首先檢測單節(jié)鋰離子電池電壓是否較低（<3.0V）)，如果是則采

34、用涓流充電，即一個比較小的恒定電流對電池進行充電直至電池電壓上升到一個安全值。否則可省略該階段，這也是最普遍的情況。 2恒流充電 涓流充電后，充電器轉(zhuǎn)入恒流充電狀態(tài)。該狀態(tài)下，充電電流保持不變的較大的值，電池的最大充電電流決定于電池的容量。,新能源汽車技術(shù) 第 81 頁,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：在恒流充電過程中，當(dāng)電池的溫度達到60時，恒流充電狀態(tài)應(yīng)立即終止。,新能源汽車技術(shù) 第 82 頁,2.4.6 鋰離子電池的充電方法,3恒壓充電階段 恒流充電結(jié)束后，則轉(zhuǎn)入恒壓充電狀態(tài)。在該狀態(tài)下，充電電壓保持恒定。因為鋰離子電池對充電電壓精度的要求比較高，單節(jié)電池恒壓充電電壓應(yīng)在規(guī)定值的1%之間變化。,,