第二章电动汽车车载能量源课件

第 二 章 电动汽车的车载能量源系统现代电动汽车技术主要内容动力电池的种类及原理铅酸蓄电池电动汽车动力电池的性能电动汽车电动汽车能能量源量源动力电池燃料电池超级电容超高速飞轮主要任务是提供驱动电能能量存储系统能量生成装置1、不同电动汽车电池的工作要求、不同电动汽车电池的工作要求1）电池要有足够的能量和容量。）电池要有足够的能量和容量。2）电池要能够实现深度放电而不影响其寿命，）电池要能够实现深度放电而不影响其寿命，在必要时能实现满负荷甚至全负荷放电。在必要时能实现满负荷甚至全负荷放电。3）需要安装电池管理系统和热管理系统，以显）需要安装电池管理系统和热管理系统，以显示电池组的剩余电量和实现温度控制。示电池组的剩余电量和实现温度控制。4）由于动力电池组体积和质量大，电池箱的设）由于动力电池组体积和质量大，电池箱的设计、电池的空间布置和安装问题都需要认真研究。计、电池的空间布置和安装问题都需要认真研究。（1）纯电动汽车电池的工作要求）纯电动汽车电池的工作要求（2）混合动力汽车对电池的工作要求）混合动力汽车对电池的工作要求1）电池的峰值功率要大，能短时大功率）电池的峰值功率要大，能短时大功率充放电。充放电。2）循环寿命要长，达到）循环寿命要长，达到1000次以上的深次以上的深度放电循环和度放电循环和40万次以上的浅度放电循万次以上的浅度放电循环。环。3）电池的）电池的SOC应尽可能保持在应尽可能保持在50%85%的范围内。的范围内。4）需要配备电池管理系统和热管理系统。）需要配备电池管理系统和热管理系统。车载电源的发展第一代电池：铅酸电池优点：技术成熟，成本低。缺点：比能量和比功率低20小时率容量(C20(Ah)：36 额定电压(v)：12 V长*宽*高(mm)：197*130*202 参考重量(kg)：10.6市场价：￥500.00(约)第二代高能电池：镍镉电池镍氢电池锂离子电池锌空气电池优点：比能量和比功率都比铅酸电池高缺点：复杂的电池管理系统和温度控制系统，成本高车载电源的发展镍氢电池锂离子电池卡宴S Hybrid 镍氢电池组位于后备箱下方 240个独立单元288伏电压1.7千瓦时能量在纯电动模式下行驶大约2km最高车速60km/h 第三代电池：飞轮电池、超级电容器u优点:效率高，充电和放电方便迅速u不足：处于研制阶段车载电源的发展电动汽车技术与原理 第 11 页3.1 3.1 动力电池概述动力电池概述3.1.1化学电池的基本组成3.1.2电池的基本常识3.1.3电池的种类3.1.4电池的性能指标3.1.5各种车用电池的性能比较3.1.23.1.2电池的基本常识电池的基本常识1.电池的组合蓄电池作为动力源，一般要求有较高的电压和电流，所以需要将若干个单体电池通过串联、并联与复联的方式组合成电池组使用。电池组合中对单体电池性能有严格的要求，在同一组电池中必须选择同一系列、同一规格、性能尽可能一致的单体电池。电动势：又称电池标准电压或理论电压，为组成电池的两个电极的平衡电位之差（根据热力学函数计算而得到的。）端电压：指电池正极与负极之间的电位差，由于电池内阻存在，端电压一般低于电动势额定电压：指电池在规定条件下工作时应达到的标准电压开路电压：指电池在没有负载的情况下的端电压。工作电压：电池在某负载下实际的放电电压充电电压：指外电路直流电压对电池充电的电压，一般充电电压要高于电池的开路电压，通常在一定范围内充电终止电压：蓄电池充足电时，极板上的活性物质已达到饱和状态，再继续充电，电池的电压也不会继续上升，此时的电压称为充电终止电压。放电终止电压：指电池放电时允许的最低电压电压效率：指电池的工作电压与电池电动势的比值3.1.43.1.4电池的性能指标电池的性能指标 1.电池的容量电池的容量是指完全充电的蓄电池在规定条件下所释放的总电量，常用字母C来表示，其单位为安培时（Ah）。电池容量通常有以下几种：理论容量，额定容量，可用容量，剩余容量。理论容量理论容量理论容量理论容量是假定电池中的活性物质全部参加是假定电池中的活性物质全部参加成流反应，根据成流反应，根据法拉第定律法拉第定律计算所能给出的计算所能给出的电量。电量。理论容量理论容量是电池容量的最大极限值。是电池容量的最大极限值。实际上，电池放出的容量只是理论容量的一实际上，电池放出的容量只是理论容量的一部分。部分。额定容量额定容量是指在是指在规定条件下定条件下电池池应放出的放出的电量。量。额定容量是制造厂定容量是制造厂标明的安明的安时容量，作容量，作为验收收电池池质量的重要技量的重要技术指指标。实际容量实际容量是指充满电的电池在一定条件下是指充满电的电池在一定条件下所能输出的电量，它等于放电电流和放电所能输出的电量，它等于放电电流和放电时间的乘积。时间的乘积。剩余容量剩余容量是指经过使用后，在指定的放电是指经过使用后，在指定的放电率和温度状态下可以从电池中放出的电量。率和温度状态下可以从电池中放出的电量。2.电池的能量 电池的能量是指在一定标准所规定的放电条件下，电池对外做功所能输出的电能，其单位为瓦时（Wh）或千瓦时（kWh）。在此需强调：容量表示电池输出的电量，而能量表示其做功能力。3.1.23.1.2电池的基本常识电池的基本常识2.电池的放电电池放电是将电池内储存的化学能以电能方式释放出来的过程，即电池向外电路输送电流。放电参数有放电深度，放电率和连续放电时间l放电深度（DepthofdischargeDOD）电池使用过程中，实际放电容量与额定容量的百分比来。C实放/C额l放电率指放电时的速率，常用时率或倍率表示。p时率是指一定的放电电流放完额定容量所需的小时数p倍率是指规定时间内放出其额定容量时所输出电流的数值与额定值的倍数。20Ah(安培小时）容量的电池，20安培放电一小时放完，为1小时率（1H），1C倍率放电放电时率 倍率就是放电电流减少到1C的1/10,就是0.1C放电，对应的电流为2安培 10H率20H率就是放电电流减少到1C的1/20,就是0.05C放电，对应的电流为1安培 连续放电时间：是指蓄电池开始不间断地放电至终止电压时所能进行的时间。终止电压：指电池放电时，电压下降到电池不宜再继续放电的最低工作电压值。练习问题：若电池额定容量为12Ah，充满电后以2C倍率 放电10分钟，估算放电量。放电量=电流强度放电时间（h）电流强度分析：12Ah2/h=24A 24A（10/60）h=4 Ah 放电量：3.1.23.1.2电池的基本常识电池的基本常识3.电池的充电电池充电是将外部电源输入蓄电池的直流电能转换为化学能储存起来的过程。蓄电池的充电参数主要有：l充电特性充电时蓄电池的电流、电压与时间之间的关系。l完全充电蓄电池内所有可利用的活性物质都已转变成完全荷电状态。l充电率指充电时的速率，也用时率和倍率来表示。l时率：在一定电流下，充到额定容量所需的小时数l倍率：指在规定时间内，充到额定容量所需的电流数值和额定值的倍数l蓄电池的荷电状态（state of charge）p 蓄电池充放电后剩余的容量（当前容量）与全荷电容量的百分比。3.1.23.1.2电池的基本常识电池的基本常识p SOC=0表示电池放电完全；SOC=1表示电池完全充满。3.1.23.1.2电池的基本常识电池的基本常识4.电池的极化极化是电池由静止状态转入工作状态产生的电池电压、电极电位的变化现象。极化现象反映了由静止状态转入工作状态能量损失的大小，极化损失越小越好。极化现象也可理解为对平衡现象的偏离。热力学平衡过程与可逆现象紧密相连。可逆过程或平衡过程的变化率是很小的，但实际过程必须有一定的速率，有时还要求有很高的速率。常见的极化现象有阳极极化、阴极极化、欧姆极化（电阻极化）、浓差极化等。常见的极化现象有阳极极化、阴极极化、欧姆极化（电阻极化）、浓差极化等。3.1.23.1.2电池的基本常识电池的基本常识5.记忆效应记忆效应是指电池在没有完全放电之前就重新充电，电池会储存这一放电平台并在下次循环中将其作为放电的终点，尽管电池本身的容量可以使电池放电到更低的平台上，但在以后的放电过程中，电池将只记得这一低容量。同样在每一次使用中，任何一次不完全的放电都将加深这一效应，使电池容量逐渐变低。主要表现在镍镉电池中。电动汽车技术与原理 第 30 页电池是电力汽车的动力源，是能量的存贮装置。要使电动汽车能与燃油汽车相竞争，关键是开发住比能量高、比功率大、使用寿命长、成本低的电池。电动汽车动力电池化学电池物理电池生物电池3.1.3 3.1.3 电池的种类电动汽车技术与原理 第 31 页3.1.33.1.3电池的种类电池的种类生物电池 利用生物（如生物酶、微生物或叶绿素等）分解反应过程中表现出来的带电现象所进行的能量转换 酶电池、微生物电池、生物太阳电池物理电池 利用物理原理制成，能在一定条件下实现直接能量转换 太阳能电池、飞轮电池、核能电池、温差电池、超级电容化学电池 将化学反应产生的能量直接转换为电能的装置 原电池、蓄电池、燃料电池、（超级电容）电动汽车技术与原理 第 32 页3.1.43.1.4电池的性能指标电池的性能指标 3.能量密度与功率密度分别指从蓄电池的单位质量（或体积）所获取的电能与输出功率，也分别被称为比能量与比功率。（1）质量能量密度，也称质量比能量，单位为Wh/kg。（2）体积能量密度，也称体积比能量，单位为Wh/L。（3）质量功率密度，也称质量比功率，单位为W/kg。（4）体积功率密度，也称体积比功率，单位为W/L。l功率密度决定汽车的加速性、爬坡性和最高车速。l能量密度决定汽车一次充电后的续驶里程。比亚迪e6 铁电池，重达600公斤 能量密度100瓦时/千克一次充电 60度 比亚迪e6 铁电池3.1.43.1.4电池的性能指标电池的性能指标 6.电池的工作电压、放电终止电压和放电曲线电池工作电压是指电池放电时，电池两极之间的电位差，也叫放电电压或端电压。工作电压应等于其开路电压减去电池内阻的压降。与放电制度有关。放电制度是指电池放电时所规定的各种条件，主要包括放电方式（指连续或间断）、放电电阻、放电电流、放电时间、放电终止电压及放电环境温度等。放电曲线表示在一定放电条件下，连续放电时电池的工作电压随时间变化的关系曲线。常用化学电池电压指标 指标类型类型额定电压(v)放电终止电压(v)充电终止电压(v)铅酸电池1.75 2.7镍氢电池.21 1.5 锂离子电池3.63 4.25 电池放电曲线 3.1.43.1.4电池的性能指标电池的性能指标 7.电池的寿命电池的寿命是指电池使用时间或充电循环次数所表示的电池耐用性。循环充电电池经历一次充电和放电的过程，称为一个循环或一个周期。在一定的充放电制度下，电池容量下降到某一规定值时，电池所能经受的循环次数，称为蓄电池的循环寿命。8.电池的温度特性环境温度是影响电池性能的重要因素。电池对环境温度及温度升高的情况都比较敏感。大部分都要求在较狭窄的温度范围内工作，才能保持较高的性能，否则就会损坏。3.1.53.1.5各种车用电池的性能比较各种车用电池的性能比较 电动汽车动力电源的主要要求有比功率高、比能量大、循环寿命长、安全可靠、成本低、对使用环境温度要求低、能量转换效率高、对环境污染小等。电动汽车的未来发展很大程度决定于动力电池的各项性能。为便于选取，有必要对各类车用动力电池的性能优缺点做集中比较。各类车用动力电池的性能比较表 各类车用动力电池的性能比较表（续）返回3.2.1铅酸蓄电池的结构和原理3.2.2铅酸蓄电池的充放电特性3.2.3铅酸蓄电池的种类及现状3.2.4铅酸蓄电池的应用3.2 铅酸蓄电池铅酸蓄电池2.2 铅蓄电池的结构铅蓄电池的结构n基本结构正极板、隔板、负极板正极板表面上附着一层褐色的二氧化铅负极板是海绵状的铅板，颜色为深灰色电解液是浓度为（2737）%的稀硫酸水溶液 l极板由栅架和活性物质组成分为正极板和负极板；以铅锑（ti）（5%7%）合金浇铸成的栅架为骨架；栅架上填充活性物质制成极板。活性物质正极板正极板深棕色的二氧化铅(PbO2)，负极板负极板海绵状、青灰色的纯铅(Pb)。3.2.1 铅酸蓄电池的结构和原理目前多采用铅-低锑（不超过3%）合金栅架或铅-钙-锡合金栅架普通型放射型l栅架分为普通型和放射型。其中放射型栅架具有输出电流大、内阻小的特点，在新型蓄电池中采用。3.2.1 铅酸蓄电池的结构和原理桑塔纳蓄电池栅架极板组单格蓄电池极板组12V蓄电池极板组u为了增大蓄电池的容量，每个单格蓄电池都由多个正、负极板组成极板组。l极板组极板组 3.2.1 铅酸蓄电池的结构和原理uu每个正极板都处于两片负极板之间，使正极板两侧充、放每个正极板都处于两片负极板之间，使正极板两侧充、放电均匀。电均匀。负极板比正极板多一块负极板比正极板多一块极板组极板组3.2.1 铅酸蓄电池的结构和原理l隔板3.2.1 铅酸蓄电池的结构和原理u正、负极板之间装有绝缘隔板，以防止极板之间短路。u隔板有许多微孔，让电解液畅通无阻。隔板一面平整，一面有沟槽。u沟槽面对着正极板。使充放电时，电解液能通过沟槽及时供给正极板，当正极板上的活性物质PbO2脱落时能迅速通过沟槽沉入容器底部。u隔板材料有木质隔板、微孔橡胶、微孔塑料、玻璃纤维和纸板等。64%蒸馏水H2O+36%硫酸H2SO4=电解液密度：1.000密度：1.835密度：1.265电解液密度对蓄电池的容量和寿命影响大。密度大可以减少结冰的危险。但粘度增加，流动性变差，使蓄电池的容量下降，而且腐蚀作用增强，降低极板和隔板的寿命。l电解液电解液3.2.1 铅酸蓄电池的结构和原理u化学纯的硫酸化学纯的硫酸（H2SO4）和蒸馏水蒸馏水（H2O）按一定比例配制而成的硫酸水溶液。u密度为1.241.31克/立方厘米。浓度27%37%的稀硫酸水溶液 壳体采用耐酸、耐热和耐震的硬橡胶或聚丙稀塑料制成整体式结构。壳体内分成个互不相通的单格，每个单格内装有极板组和电解液组成一个单格的蓄电池。壳体底部有凸起的筋，用来支撑极板组，并使极板上脱落的活性物质落入凹槽，防止极板短路。l壳体3.2.1 铅酸蓄电池的结构和原理联条：串联各单格电池，材料为铅。加液孔盖：u蓄电池的每一个单格都有一个加液孔，加注电解液和检测电解液密度；u孔盖上有通气孔，应经常保持畅通，随时排除蓄电池化学反应放出的氢气和氧气，防止外壳胀裂和发生事故。l附件附件3.2.1 铅酸蓄电池的结构和原理联条加液孔盖3.2.1铅酸蓄电池的结构和原理基本原理l电池两端加上负荷时，在电池外部，电路电子流动形成电流，而在电池内部，化学能转换为电能，电以离子的形式从一个电极到另一个电极。l正电极在放电时，外界电路接收电子，形成还原反应；负电极释放电子到外界电路，形成氧化反应；电解液的作用是给正负电极之间流动的离子创造一个液体环境，或者说充当离子流动的介质作用。化学反应方程式：1.1.电动势的建立正极板：PbO2Pb4+Pb4+2ePb2+负极板：Pb-2ePb2+3.2.1铅酸蓄电池的结构和原理电动汽车技术与原理 第 53 页负极：Pb-2ePb2+Pb2+SO42-PbSO4附在阴极板上2.放电时化学反应正极：Pb2+SO42-PbSO4 附在附在阳极阳极板上板上 电解液中：H+OH-H2O SO4 2+减少 电解液浓度降低3.2.1 铅酸蓄电池的结构和原理3.充电时化学反应阳极的氧化反应为阴极的还原反应为充电时的总反应为 随着电流的通过，在阴极上变成蓬松的金属铅，在阳极上变成黑褐色的二氧化铅，溶液中有 生成。3.2.1 铅酸蓄电池的结构和原理4.水的电解l充电时，随着电池端电压升高，水开始被电解；l阳极给出电子，阴极得到电子，从而形成了回路电流；l端电压越高，电解水也越激烈，此时充入的大部分电荷参加水电解，形成活性物质很少；l当电压达到约2.39V/单体时，水的电解不可忽视。3.2.1 铅酸蓄电池的结构和原理3.2.23.2.2铅酸蓄电池的充放电特性多变量影响电池充放电的因素很多，诸如电池中电解液的浓度、正负极板的活性物质状态及活跃程度、环境温度、电池内部的压力，以及带孔隔板的质量等。非线性铅酸蓄电池的充电过程最大可接受充电电流随时间成指数规律下降。离散性随着放电状态、使用时间和放置时间长短的不同，相同类型的不同电池所表现出来的充电曲线也不尽相同，所以不能按照同一种方式充电。3.2.23.2.2铅酸蓄电池的充放电特性高效阶段两极的硫酸铅分别转换成了铅和二氧化铅，充电接受率高，接近100%。这个阶段在温度和充电率都保证的情况下单体端电压达到2.39V时结束。混合阶段水解副反应和充电主反应同时进行，此时的充电接受率逐步下降。当两个反应达到平衡时，即电池两端电压与稀硫酸溶液浓度不再上升，这表示电池已经充满电。析气阶段蓄电池已经被充满电，电池中所进行的反应只有水解副反应，再加上缓慢进行的自放电反应。此时会产生大量的气体，主要是氢气和氧气。1 1铅酸蓄电池的放电特性铅酸蓄电池的放电特性放电特性是将充足电的蓄电池，在以20h放电率的电流连续 放电过程中，端电压U、电动势E和电解液密度随放电时间 的变化规律。放电过程中，由于蓄电池内阻有压降IfR0，所以，蓄电池 的端电压总是小于其电动势E，即：Uf=E-IfR03.2.2 3.2.2 铅酸蓄电池的充放电特性电动汽车技术与原理 第 59 页铅酸蓄电池的放电曲线 密度随着放电的进行而直线下降，因此，在使用中可以根据电解液的密度来判断蓄电池的放电程度。端电压与电解液的密度变化相似，单格蓄电池的放电终止电压1.75V（10.5V）。蓄电池放电终了特征：蓄电池放电终了特征：（1）单格电池电压降到终止电压（2）电解液密度下降到最小许可值蓄电池在恒流放电过程中，端电压的变化规律:(1)开始放电阶段(2)相对稳定阶段(3)迅速下降阶段2铅酸蓄电池的充电特性充电特性是指在恒电流充电过程中，蓄电池的端电压U、电动势E和电解液密度随时间变化的规律。充电时电源电压必须克服蓄电池的电动势和蓄电池内阻产生的电压降ICR0，因此，充电过程中蓄电池的端电压总是大于蓄电池的电动势，即:UC=E+ICR0 3.2.2 3.2.2 铅酸蓄电池的充放电特性电动汽车技术与原理 第 62 页铅酸蓄电池的充电特性铅酸蓄电池的充电特性 随着充电的进行，电动势逐渐升高，电解液密度增大，充满电后，单格蓄电池的电压为2.1V（12.6V）。蓄电池充电终了特征：蓄电池充电终了特征：（1）电解液中有大量气泡冒出，呈沸腾状态（2）电解液密度和端电压上升到规定值（2.7v)，且23小时保持不变蓄电池在恒流充电过程中，端电压的变化规律:(1)开始充电阶段(2)相对稳定阶段(3)迅速上升阶段电动汽车技术与原理 第 64 页可以根据蓄电池的开路端电压的大小，判断充电情况：3.2.2 3.2.2 铅酸蓄电池的充放电特性电动汽车技术与原理 第 65 页常用的充电方法有1.定流充电2.定压充电3.快速充电3.2.2 3.2.2 铅酸蓄电池的充放电特性1、定流充电在充电过程中，充电电流保持为恒定值的充电方法称为“定流充电”。可以将不同电压值、容量相近的蓄电池串联起来充电。如果容量不同，应按容量小的蓄电池来决定充电电流。定流充电的方法：定流充电时，随着蓄电池电动势的提高，要保持充电电流恒定，必须提高充电电压；当单格电压上升到2.4V时，应将电流减半后再充电，直到单格电压上升到2.7V，端电压和电解液密度在2-3小时内保持不变为止。定流充电的特点：定流充电有较大的适应性，可以根据需要选择充电电流，但充电时间长，而且需要经常调节充电电流。一般适用于新蓄电池和故障修复蓄电池的初充电。1、定流充电电动汽车技术与原理 第 68 页2、定压充电在充电过程中，始终保持充电电压不变的充电方法称为“定压充电”。定压充电时，可以将相同电压值的蓄电池并联起来一起充电。定压充电在充电初期，由于蓄电池的电动势较低，因而充电电流大；随着电动势的升高，充电电流逐渐减小，在接近充电终了时，充电电流已降低到很小值。定压充电的特点：充电过程中电解液无沸腾现象，可以减少水分的损失；在充电45小时后，容量可达90%95%，充电电流会随着电动势的上升，而使充电自动停止，不必人工调整和照管。缺点就是充电电流大小不能调节，不能保证蓄电池彻底充足电。缩短了充电的时间。定压充电方法适用于蓄电池的补充充电，不适用于新蓄电池和故障蓄电池的初充电。2、定压充电定压充电电流电动汽车技术与原理 第 70 页蓄电池快速充电的原理l快速充电要想方设法加快电池的化学反应速度(提高充电电压或电流等)，使充电速度得到最大提高；l快速充电又要保证负极吸收能力，使负极能够跟得上正极氧气产生的速度，同时要尽可能的消除电池的极化现象。3、快速充电1 1）脉冲式充电法）脉冲式充电法脉冲充电法首先是用脉冲电流对电池充电，然后停充一段时间，如此循环。充电脉冲使蓄电池充满电量，而间歇期使蓄电池经化学反应产生的氧气和氢气有时间重新化合而被吸收掉。间歇脉冲使蓄电池有较充分的反应时间，减少了析气量，提高了蓄电池的充电电流接受率。电动汽车技术与原理 第 72 页3 3）变电压间歇充电法）变电压间歇充电法与变电流间歇充电方法不同之处在于第一阶段的不是间歇恒流，而是间歇恒压。在每个恒电压充电阶段，由于是恒压充电，充电电流自然按照指数规律下降，符合电池电流可接受率随着充电的进行逐渐下降的特点。定压电动汽车技术与原理 第 73 页4）正反向快速充电大电流恒流充电至单电池电压升至2.4V；前停2440毫秒；反向充电1501000微秒；后停冲2540毫秒，如此循环，直至充足电二、免维护铅蓄电池1.免维护铅蓄电池的结构特点:(1)极板栅架采用铅钙合金或低锑合金(含锑2%3%)，减少了析气量，耗水量。同时自行放电也大大减少，使用寿命延长。(2)隔板采用袋式聚氯乙烯隔板，将正极板包住，可保护正极板活性物质不致脱落，并防止极板短路。(3)单格电池间采用穿壁式连接，减小了内阻，提高了起动性能。(4)通气孔采用新型安全通气装置，可保持蓄电池内的酸气，避免与外部火花直接接触，以防爆炸。通气塞中还装有催化剂钯，帮助排出的氢氧离子结合生成水再回到蓄电池中去，减少了水的消耗。这种新型通气装置还可使蓄电池顶部和接线柱保持清洁，减少了接头的腐蚀。(5)外壳为聚丙烯塑料热压而成，壳底没有凸肋，极板组直接座落在蓄电池底部，这样可使极板上部容积增大，电解液储量增大，且壳体内壁薄，与同容量电池相比，重量轻，体积小。2.免维护铅蓄电池的优点（1）免维护铅蓄电池合理使用过程中不需添加蒸馏水，短途运输车辆可行驶8万km，长途载货车可行驶40万km80万km而不需维护，使用方便；（2）电桩腐蚀极轻或没有腐蚀；（3）使用寿命长，一般在4年左右，几乎是普通蓄电池的2倍；（4）蓄电池自行放电少，使用或贮存时不需进行补充充电。电动汽车技术与原理 第 78 页额定容量（安时/Ah）类型和特征Q起动型A干荷电式W免维护式单格蓄电池个数例如：铅酸蓄电池的规格型号AUDI A6 车用电池 6-QW-70 BORA A4 车用电池 6-QW-60 2.4 铅蓄电池的特点铅蓄电池的特点1）单体电压高，为2.0V。2）价格低廉。3）可制成小至1A.h大至几千安时的各种尺寸和结构的蓄电池。4）高倍率放电性能好，可用于车辆起动。5）高低温性能良好，可在-40C60C条件下工作。6）电能效率高达60%。7）易于浮充使用，没有“记忆”效应。8）易于确定荷电状态。优点缺点1）比能量低，在电动汽车中所占的质量和体积较大，一次充电行驶里程短。2）使用寿命短，使用成本高。3）充电时间长。4）铅是重金属，存在污染。第六节第六节 蓄电池的常见故障蓄电池的常见故障蓄电池的常见故障有：蓄蓄电电池池的的外外部故障有：部故障有：外壳裂纹、外壳裂纹、破裂破裂 极柱极柱松动松动 封胶封胶干裂干裂 蓄蓄电电池池的的内内部部故故障有：障有：极板硫化、活极板硫化、活性物质脱落、极性物质脱落、极板栅架腐蚀、极板栅架腐蚀、极板短路、自放电、板短路、自放电、极板拱曲。极板拱曲。1故障特征：极板上生成白色的粗晶粒硫酸铅的现象简称硫化。轻度硫化后，蓄电池内阻增大，容量变小 严重硫化后，充电放电都会异常，放电时，内阻显著增大，电压迅速下降，不能持续供给电流；充电时，单格电池电压高，可达2.8V以上，密度上升慢，温度上升快，过早出现沸腾现象。一、极板硫化2产生原因：1）不及时充电或长期充电不足；2）蓄电池液面过低；3）长期过渡放电或小电流深度放电；4）新电池初充电不彻底；5）电解液密度过高，成分不纯；3.防止硫化的措施：保持蓄电池经常处于足电状态；用完电及时充电（24h内）；经常检查液面。二、极板活性物质脱落1故障特征:蓄电池输出容量下降，充电时电解液混浊，呈棕色2故障原因：1）充电电流过大；2）过充时间过长；3）低温大电流放电。另外，汽车颠簸也会造成活性物质脱落3.排除方法轻度：更换电解液，严重报废蓄电池在无负载的静态下电量自动消失的现象称为自放电。蓄电池的自放电是不可避免的。1.故障性自放电特征:如果充足电的蓄电池在30天之内每昼夜容量降低超过2%，称为故障性自放电。2.故障原因：1）电解液含杂质过多，不纯；2）电池表面不清洁；3）长期存放，硫酸下沉；4）活性物质脱落，引起短路3.防止措施1）使用符合标准的硫酸和蒸馏水配置电解液;2）配置电解液的容器要保持清洁;3）防止杂质进入电池内.三、自放电四、极板短路1故障特征充电电压很低或为零，密度上升很慢或不上升，气泡很少或无气泡2故障原因1）活性物质大量脱落，堆积造成2）隔板破损3）极板组弯曲4）导电物进入电解液3排除方法拆检五、极板栅架腐蚀1故障特征主要是正极板腐蚀，极板呈腐烂状态，活性物质以块装堆积在两隔板之间，蓄电池输出容量降低。2故障原因主要是氧化所至，在蓄电池基本充足电以后，部分电流便开始电解水，产生氧气，使正极板腐蚀电解液密度增大，温度升高和充电时间过长，会加速极板腐蚀。第八节第八节蓄电池使用与维护蓄电池使用与维护一、蓄电池的储存1新蓄电池的储存；储存室要干燥、清洁、通风、530度温度放置不挤压、密封加液孔和通气孔、远离热源和有害气体、不能倒置、却不能超过期限。2使用过的蓄电池的长时间储存；对于长期搁置不用的蓄电池，必须每隔一定时间重新放电充电一次，以达到激活的目的，恢复电池原有的容量针对储存环境温度的不同，建议补充充电的时间间隔是：储存温度小于等于20摄氏度，每隔6个月补充充电一次；储存温度20-30摄氏度，每隔3个月补充充电一次；储存温度大于等于30摄氏度，不要储存，应改善储存环境二、新电池的启用1.普通蓄电池：清洁表面；除去密封；注入电解液；浸泡48h；初充电。2.干荷蓄电池：清洁表面；除去密封；注入电解液；浸泡0.5h。三、蓄电池的拆装1）轻拿轻放2）型号相符3）牢固、4）防锈蚀、接触良好5）极性一致6）接线先正极，后负极。四、蓄电池维护三抓：1、抓及时、正确充电；2、抓正确使用操作；3、抓清洁保养。五防：1.防止过充和充电电流过大；2.防止过度放电；3.防止电解液液面过低;4.防止电解液密度过大;5.防止电解液内混入杂质。五、蓄电池技术状态检测1.外部检测：目测2.电解液液面高度检测：目的：判断蓄电池液面高度防止硫化方法:1）目测2）用孔径为35mm的透明玻璃管测量电解液高出隔板的高度来检查3.电解液密度的检测：目的：判断放电程度仪器:吸式密度计、电解液密度检测仪检测。电解液相对密度和存电量之间的关系充电状态充电状态(%)1007550电解液相对密度电解液相对密度(g/cm3)1.271.231.19充电状态充电状态(%)250电解液相对密度电解液相对密度(g/cm3)1.151.114.蓄电池开路电压的检测检测条件：不充电、不放电、不加蒸馏水或电解液开路电压与放电程度的关系：10012.6以上7512.4以上5012.2以上2512.0以上011.9以上5.蓄电池大电流放电检测：目的：判断蓄电池存电量和是否有故障仪器:高率放电计、或蓄电池测试器检查。高率放电计高率放电计注：高率放电计是模拟接入起动机负荷，通过测量蓄电池注：高率放电计是模拟接入起动机负荷，通过测量蓄电池在大电流在大电流(接近起动机起动电流接近起动机起动电流)放电时的端电压，判断蓄放电时的端电压，判断蓄电池的技术状况和起动能力电池的技术状况和起动能力5.1 镉镍电池镉镍电池 应用广，其比能量可达55Wh/kg，比功率超过190W/kg，循环使用寿命可达2000多次。特点：1、快速充电快，循环使用寿命长。2、购置成本高、使用成本低 注意：重金属镉造成环境污染 第二阶段是本世纪第二阶段是本世纪5050年代研制的烧结式电池，在年代研制的烧结式电池，在第二次世界大战期间德目的瓦尔塔第二次世界大战期间德目的瓦尔塔(Vana)(Vana)公司，首次公司，首次制成烧结式电池。由于电级可以做得很薄，真实表面制成烧结式电池。由于电级可以做得很薄，真实表面积较大，电级间距离可以缩小，因此，该烧结式电池积较大，电级间距离可以缩小，因此，该烧结式电池可承受大电流密度的放电。第二次世界大战后，许多可承受大电流密度的放电。第二次世界大战后，许多国家开始制造烧结式电池，并在短期内得到迅速的发国家开始制造烧结式电池，并在短期内得到迅速的发展，用作坦克、飞机和火箭等各种发动机的起动电源。展，用作坦克、飞机和火箭等各种发动机的起动电源。有的还作为飞机的随航应急电源使用有的还作为飞机的随航应急电源使用。一、一、NiCdNiCd电池历史电池历史18991899年瑞典人尤格涅尔年瑞典人尤格涅尔(Jungner)(Jungner)发明了镍镉电池。发明了镍镉电池。第三阶段为二十世纪第三阶段为二十世纪6060年代研制的密年代研制的密封封NiCdNiCd电池。由于烧结式密封镉镍电池舱大电池。由于烧结式密封镉镍电池舱大电流放电，可以满足负载大功率的需要，可电流放电，可以满足负载大功率的需要，可用作卫星。、火箭、导弹、携带式激光器，用作卫星。、火箭、导弹、携带式激光器，背负式报话机，电子计算机，助听器和小功背负式报话机，电子计算机，助听器和小功率电子仪器的电源。特别是，镉镍电池作为率电子仪器的电源。特别是，镉镍电池作为一种高效的长寿命舱电化学贮能装置在航天一种高效的长寿命舱电化学贮能装置在航天事业的发展中起了重大的作用。事业的发展中起了重大的作用。19581958年后我国镉镍电池工业蓬勃发展，年后我国镉镍电池工业蓬勃发展，19901990年前后生产工艺技术、生产规模和研年前后生产工艺技术、生产规模和研制水平再上新台阶，已实现了镉镍电他的制水平再上新台阶，已实现了镉镍电他的标准化、系列化生产。标准化、系列化生产。1.1.额定电压为额定电压为1.2V1.2V，放电曲线平稳；，放电曲线平稳；2.2.大电流放电性能较好；大电流放电性能较好；3.3.自放电小，低温性能良好；自放电小，低温性能良好；4.4.寿命长；寿命长；5.5.易于制成密封电池。易于制成密封电池。镍镉电池的性能镍镉电池的记忆效应镍镉电池的记忆效应 每当镍镉电池充电时，在负极有氢氧化镉与电极作用，产生金属镉而沉积于负极表面，放电时，负电极表面的金属镉反应形成氢氧化镉，这是溶解与沉积的反应。当充放电不完全时，电极内的镉金属会慢慢地产生大结晶体而使以后的化学反应受到阻碍，导致电容量在实质的表现上减少，此即记忆效应产生的缘由。放电电压的低下是可以由12次的完全放电而解决这一现象。几次充电后进行一次放电，以防止记忆效应。镍镉电池的保存要放完电后保存。镍氢电池主要内容：电池组成及工作原理储氢合金材料镍氢电池的优缺点电池保存和恢复方法重点：蓄电池：工作原理正极：Ni(OH)2负极：储氢合金1镍氢电池的分类按照外形，镍氢电池可以分为（1）方形镍氢电池；（2）圆形镍氢电池；（3）圆柱形镍氢电池。3.4.1 镍氢电池的分类与特点方形圆形圆柱形一概 述1.1.电池组成负极材料：储氢合金粉正极材料：Ni(OH)2单体电池电压：1.2V循环寿命：1000次以上，100%DOD循环寿命也在500次以上，在混合动力汽车中可使用5年以上与镉镍蓄电池相比优点：比能量高，为其1.5-2倍；绿色环保；无记忆效应；可大电流充放电；低温性能好。2.2.储氢合金 是由易生成稳定氢化物的元素A（如镧La，锆Zr，镁Mg，钛Ti等）与其他元素B（如 镍Ni，锰Mn，Fe，钴Co，铜Cu，锌Zn，铝Al，铬Cr 等）组成的金属键化合物，它既可以大量储氢，也可以释放储存的氢。MH-Ni电池的负极是储氢合金，储氢合金是一种能大量吸收并释放氢的功能材料，其吸氢体积超过合金本身体积的1000倍，吸氢密度为液氢的1.4倍以上。一般适用于Ni-MH电池的储氢材料有两大系列：一类是以LaNi5（五镍化镧）稀土系储氢合金；另一类是以TiNi2（二镍化钛）为主体的储氢合金。2.2.镍氢电池组件镍氢电池由氢氧化镍（NiOOH）正极，储氢合金负极，隔膜纸，电解液，钢壳，顶盖，密封圈等组成。在圆柱形电池中，正负极用隔膜纸分开卷绕在一起，然后密封在钢壳中。在方形电池中，正负极由隔膜纸分开后叠成层状密封在钢壳中。低压氢镍蓄电池（氢原子电池）低压氢镍蓄电池（氢原子电池）3.3.镍氢电池的优缺点及应用前景它的初始成本较高，电池自放电速度较大，以及有爆炸的可能性。这种电池的突出优点是循环寿命长，1977年起在地球同步轨道条件下工作寿命超过10年。此外，它承受过充电和过放电的能力很强。随着研究工作的进展，最终在航天领域内取代镉镍电池。1.1.高压氢镍电池的工作原理镍氢电池是以氢氧化镍作为正极，氢气作为负极，氢氧化钾溶液做电解液。充电时充电时正极反应：Ni(OH)2+OH-NiOOH+H2O+e-负极反应：M+H2O+e-MH+OH-总反应：M+Ni(OH)2 MH+NiOOH（氧化氢氧化镍）放电时放电时正极反应：NiOOH+H2O+e-Ni(OH)2+OH-负极反应：MH+OH-M+H2O+e-总反应：MH+NiOOH M+Ni(OH)2 以上式中M为储氢合金，MH为吸附了氢原子的储氢合金。六、电池保存和恢复方法镍氢电池和镍镉电池特性不同，保存方法不同。镍镉电池应将电用完保存，所以一般新镍镉电池是基本没有电的，需要自己来充。采用正确的充电方法，大概需要充放35次才能将电池恢复到最佳状态。镍氢电池要长期保存前，应该充电到80左右保存。因此新的镍氢电池有一些电，因为厂家已经预充电，防止运输周转时间太长，而电池没电受到影响。长期保存的镍氢电池用的时候，先将余电用完，再用正确方法充放23次就可以恢复到最佳状态。