新能源汽车纯电动车动力电池课件

新能源汽车技术1、熟悉电动汽车用动力电池的种类和性能指标2、掌握铅酸蓄电池、镍-镉电池、镍-氢电池、锂离子电池的工作原理3、了解铅酸蓄电池、镍-镉电池、镍-氢电池、锂离子电池的特点4、掌握锂离子电池的充放电特性和充电方法第二章 电动汽车用动力电池本章目标本章目标15、熟悉燃料电池、超级电容的分类6、掌握燃料电池、超级电容、飞轮电池的结构、工作原理及特点7、掌握蓄电池管理系统的结构及功能8、掌握制动能量回收系统的原理和方法9、熟悉电动汽车用动力电池的常见故障机排除方法第二章 电动汽车用动力电池本章目标本章目标2第二章 电动汽车用动力电池概述1蓄电池2燃料电池3超级电容4飞轮电池5电动汽车用动力电池复合结构形式6蓄电池管理系统7制动能量回收系统8电动汽车用动力电池常见故障及排除93物理电池物理电池化学电池化学电池动力电池动力电池生物电池生物电池1.1 动力动力电池的电池的分类分类第一节第一节第一节第一节 概述概述概述概述41.1 动力动力电池的电池的分类分类1 1）化学电池化学电池能量转化：化学能电能组成：电极（正极、负极）、电解质、隔膜和容器（外壳）化学电池按工作性质分为原电池、蓄电池、燃料电池和储备电池。51.1 动力动力电池的电池的分类分类2 2）物理电池物理电池原理：利用光、热、物理吸附等物理能量发电的电池特点：在常温常压条件下进行能量转换举例：太阳能电池、超级电容、飞轮电池等。3 3）生物电池生物电池原理：利用生物酶、微生物或叶绿素做成的电池，利用生物化学反应发电。举例：微生物电池、酶电池、生物太阳电池等61.2 动力动力电池的性能指标电池的性能指标电池的性池的性能指能指标电压容量容量内阻内阻能量能量功率功率输出效率出效率自放自放电率率使用寿命使用寿命动力电池应满足的要求持续稳定的大电流放电，能够保证汽车保持一定的行驶速度 v。有短暂大电流放电的能力，保证汽车在加速、上坡时有足够的动力 a。能一次性提供足够的能源，保持汽车有一定的行驶里程 S。71.3 电动汽车电动汽车对动力电池的对动力电池的要求要求电动汽车对动力电池的要求电动汽车对动力电池的要求1比能量高2比功率大3循环寿命长4均匀一致性好5相对稳定性好6高低温性能好、环境适应性强7安全性好8价格低廉9绿色、环保8第二章 电动汽车用动力电池概述1蓄电池2燃料电池3超级电容4飞轮电池5电动汽车用动力电池复合结构形式6蓄电池管理系统7制动能量回收系统8电动汽车用动力电池常见故障及排除992.1 铅酸蓄电池铅酸蓄电池1 1）铅酸蓄电池概述铅酸蓄电池概述优点 放电电压平稳充电效率高性能可靠生产技术成熟价格便宜优点 维护简便或者免维护适用范围广原材料丰富自放电低回收技术成熟第二节第二节第二节第二节 蓄电池蓄电池蓄电池蓄电池102.1 铅酸蓄电池铅酸蓄电池1 1）铅酸蓄电池概述铅酸蓄电池概述l按工作环境分类l根据结构和原理不同分类铅酸蓄酸蓄电池池移动式（汽车）固定式铅酸蓄酸蓄电池池干荷电式湿荷电式阀控式免维护型胶体型水平板式111排气栓；2负极柱；3电池盖；4穿壁连接；5汇流条；6电池外壳；7负极板；8隔板；9正极板2.1 铅酸蓄电池铅酸蓄电池2 2）铅酸蓄电池的构造铅酸蓄电池的构造1212 V120 Ah标称容量标称直流电压2.1 铅酸蓄电池铅酸蓄电池3 3）铅酸蓄电池的型号铅酸蓄电池的型号纯电动汽车使用的蓄电池一般为牵引铅酸蓄电池，型号为VAh。13充电过程：电能化学能电解液密度2.1 铅酸蓄电池铅酸蓄电池4 4）铅酸蓄电池的工作原理铅酸蓄电池的工作原理铅酸蓄电池的充放电过程放电过程：化学能电能电解液密度141正极板；2接线柱；3加液口盖；4绝缘导套；5负极板；6吊架；7单体电池连接条；8极板骨架；9绝缘层；10镀镍薄钢板；11壳体；12通孔；13活性物质；14正极板导管；15氢氧化镍2.2 镍镍-镉电池镉电池1 1）镍镍-镉电池的构造镉电池的构造152.2 镍镍-镉电池镉电池2 2）镍镍-镉电池的工作原理镉电池的工作原理正极负极正极负极在镍-镉电池充电和放电的化学反应过程中，电解液基本上不会被消耗。162.2 镍镍-镉电池镉电池3 3）镍镍-镉电池的特点镉电池的特点可以可以进行快速充行快速充电有有记忆效效应回收回收镉（有害的重金属有害的重金属）使用性能比使用性能比铅酸蓄酸蓄电池好池好171帽盖（+）；2正极；3密封板；4负极片；5隔离膜；6正极片；7外壳（-）；8绝缘环2.3 镍镍-氢电池氢电池1 1）镍镍-氢电池的构造氢电池的构造182.3 镍镍-氢电池氢电池2 2）镍镍-氢电池的工作原理氢电池的工作原理镍-氢电池在碱性电解液中进行反应的模型192.3 镍镍-氢电池氢电池3 3）镍镍-氢电池的特点氢电池的特点优点 启动加速性能好无污染比功率高快速补充充电时间短无“记忆效应”过充电和过放电性能好、循环次数多缺点 比功率和放电能力不及镍-镉电池成本很高充电过程中容易发热202.4 锂离子电池锂离子电池1 1）锂离子电池的结构锂离子电池的结构锂离子离子电池池正极正极负极极隔膜板隔膜板电解液解液安全安全阀锂离子电池的结构212.4 锂离子电池锂离子电池2 2）锂离子电池的工作原理锂离子电池的工作原理锂离子电池的工作原理222.4 锂离子电池锂离子电池3 3）锂离子电池的特点锂离子电池的特点优点 工作电压高。比能量高。循环寿命长。自放电率低。无记忆性。可实现快速充电。对环境无污染。能够制造成任意形状。缺点 成本高单体电池需要保护线路控制，成组电池需要配套管理系统。23第二章 电动汽车用动力电池概述1蓄电池2燃料电池3超级电容4飞轮电池5电动汽车用动力电池复合结构形式6蓄电池管理系统7制动能量回收系统8电动汽车用动力电池常见故障及排除924燃料电池有多重分类方法：3.1 燃料电池的分类燃料电池的分类l按燃料电池的运行机理分类l按电解质分类l按燃料使用类型分类l按燃料种类分类l按工作温度分类l按燃料状态分类第三节第三节第三节第三节 燃料电池燃料电池燃料电池燃料电池253.2 质子质子交换膜燃料电池交换膜燃料电池质子交子交换膜燃膜燃料料电池池质子交子交换膜膜电极极催化催化剂层集流板集流板1 1）质子交换膜燃料电池的基本结构质子交换膜燃料电池的基本结构质子交换膜燃料电池结构示意图26阴极：3.2 质子质子交换膜燃料电池交换膜燃料电池2 2）质子交换膜燃料电池的工作原理质子交换膜燃料电池的工作原理质子交换膜燃料电池工作原理示意图阳极：电池总反应：273.3 燃料电池系统燃料电池系统燃料电池系统用以确保燃料电池正常工作。质子交换膜燃料电池系统燃料供应系统氧化剂系统发电系统水处理系统热管理系统电力系统控制系统283.4 燃料电池特点燃料电池特点优点 节能、转换效率高对环境污染小，排放基本达到零污染燃料适用范围广无振动和噪声，寿命长结构简单、运行平稳适用方便缺点 燃料种类单一要求高质量的密封价格高需要配备辅助电池系统293.5 燃料电池于蓄电池的区别燃料电池于蓄电池的区别30第二章 电动汽车用动力电池概述1蓄电池2燃料电池3超级电容4飞轮电池5电动汽车用动力电池复合结构形式6蓄电池管理系统7制动能量回收系统8电动汽车用动力电池常见故障及排除9314.1 超级电容的分类超级电容的分类3采用金属氧化物作为电极，在电极表面和体相发生氧化还原反应而产生可逆化学吸附的法拉第电容。由导电聚合物作为电极而发生氧化还原反应的电容。由碳电极和电解液界面上电荷分离产生的双电层电容。21l按储能机理不同分类第四节第四节第四节第四节 超级电容超级电容超级电容超级电容324.2 超级电容的结构和工作原理超级电容的结构和工作原理1 1）超级电容的结构超级电容的结构要求内阻小、要求内阻小、导电率高、表面率高、表面积大、尽量薄大、尽量薄防止超防止超级电容相容相邻两两电极短路，极短路，保保证接触接触电阻阻较小，尽量薄小，尽量薄需要有需要有较高的高的导电性和足性和足够的的电化学化学稳定性定性选用用导电性能良性能良好的金属和石墨好的金属和石墨等等电极极电解解质隔膜隔膜集集电极极334.2 超级电容的结构和工作原理超级电容的结构和工作原理2 2）超级电容的工作原理超级电容的工作原理双电层超级电容 超级电容的充放电过程始终是物理过程，没有化学过程，因而性能较化学蓄电池稳定得多。344.3 超级电容的特点超级电容的特点优点u容量超高容量超高u高放电电流高放电电流u高充放电效率高充放电效率u循环寿命长循环寿命长u工作温度范围宽工作温度范围宽u环保、免维护环保、免维护u可长时间放置可长时间放置您的标题u线性放电的特性使线性放电的特性使它无法完全放电它无法完全放电u低能量密度低能量密度u低电压低电压u高自放电高自放电缺点35第二章 电动汽车用动力电池概述1蓄电池2燃料电池3超级电容4飞轮电池5电动汽车用动力电池复合结构形式6蓄电池管理系统7制动能量回收系统8电动汽车用动力电池常见故障及排除9365.1 飞轮飞轮电池的结构电池的结构飞轮电池池飞轮轴承承电机机电力力电子子转换器器真空容器真空容器飞轮电池的基本结构第五节第五节第五节第五节 飞轮电池飞轮电池飞轮电池飞轮电池375.1 飞轮飞轮电池的结构电池的结构12453真空容器单击屏蔽事故并为飞轮和电机提供真空环境。飞轮在高速旋转时，周围的空气会形成强烈的涡流，造成巨大的空气阻力。因此，飞轮电池通常将电机和飞轮都密封在一个真空容器中，以减少风阻。电力电子转换器通过控制电机，实现电能和机械能之间的相互转换。输入的电能经过电力电子转换器转换后驱动电机，而输出电能也是经过电力电子转换器变换后给负载提供符合要求的电能。轴承用来支撑高速旋转的飞轮。轴承主要承受飞轮的质量，另外还有由于飞轮中心偏离引起的离心力和高速旋转的飞轮产生的陀螺效应力。飞轮单击是飞轮电池的核心器件。当飞轮以一定的角度旋转时，就具有了一定的动能。飞轮直接决定了飞轮电池存储的能量。电机是飞轮电池的核心动力部件。飞轮电池中的电机既可以工作在电动机状态，又可以工作在发电机状态，是一个双向电机。385.2 飞轮飞轮电池电池的工作原理的工作原理395.3 飞轮飞轮电池电池的特点的特点能量密度高能量密度高能量能量转换效率高、充效率高、充电快快体积小、重量轻工作温度范工作温度范围宽使用寿命使用寿命长维护周期周期长40第二章 电动汽车用动力电池概述1蓄电池2燃料电池3超级电容4飞轮电池5电动汽车用动力电池复合结构形式6蓄电池管理系统7制动能量回收系统8电动汽车用动力电池常见故障及排除9416.1 仅仅有蓄电池作为动力的电动汽车结构有蓄电池作为动力的电动汽车结构第六节第六节第六节第六节 电动汽车用动力电池复合结构形式电动汽车用动力电池复合结构形式电动汽车用动力电池复合结构形式电动汽车用动力电池复合结构形式426.2 高高能量蓄电池高功率蓄电池作为动力的电动汽车结构能量蓄电池高功率蓄电池作为动力的电动汽车结构高能量蓄电池高功率蓄电池作为动力的电动汽车结构436.3 蓄电池蓄电池氢燃料电池作为动力的电动汽车结构氢燃料电池作为动力的电动汽车结构蓄电池+带重整器的燃料电池作为动力的电动汽车结构446.4 蓄电池蓄电池超级电容作为动力的电动汽车结构超级电容作为动力的电动汽车结构蓄电池超级电容作为动力的电动汽车结构456.5 蓄电池蓄电池+飞轮电池作为动力的电动汽车结构飞轮电池作为动力的电动汽车结构蓄电池+飞轮电池作为动力的电动汽车结构46第二章 电动汽车用动力电池概述1蓄电池2燃料电池3超级电容4飞轮电池5电动汽车用动力电池复合结构形式6蓄电池管理系统7制动能量回收系统8电动汽车用动力电池常见故障及排除9477.1 概述概述单体电池之间不能达到性能的完全一致，在应用中容易产生局部过热现象，电动汽车苛刻的使用条件也容易诱发电池组的局部偏差，影响电池的安全和性能。电池组在充放电时，部分单体电池可能先于其他电池完成充放电。此时，继续充放电就会造成电池过充或过放，导致电池容量下降、热失控或者内部短路等问题。蓄电池管蓄电池管理系统理系统避免避免第七节第七节第七节第七节 蓄电池管理系统蓄电池管理系统蓄电池管理系统蓄电池管理系统487.2 蓄电池蓄电池管理系统的结构管理系统的结构1 12 23 34 4主要管理电池的工作情况，避免出现过放电、过充电、过热，对出现的故障应能及时报警，以便最大限度地利用电池的存储能力和循环寿命。电池组管理系统主要负责电池组组合方式、电池组分组和支架布置、通风管理系统和风扇、温度管理ECU及温度传感器、热能的管理与应用。热（温度）管理系统主要是负责平衡各电池的充电量，延长电池寿命，并对更换后的新电池进行容量平衡。主要管理动力电池组分组及连接、动力电线束、手动或自动断电器、传感器的类型、传感器电线束。电线线路管理系统电压平衡控制系统497.3 蓄电池蓄电池管理系统管理系统的功能的功能对蓄蓄电池池进行行测量和量和监控控对蓄蓄电池池进行安全管理行安全管理对电池箱的温度池箱的温度进行管理行管理对动力电池组进行均衡管理对电池状态的故障进行诊断50第二章 电动汽车用动力电池概述1蓄电池2燃料电池3超级电容4飞轮电池5电动汽车用动力电池复合结构形式6蓄电池管理系统7制动能量回收系统8电动汽车用动力电池常见故障及排除9518.1 电动汽车电动汽车制动能量回收系统的原理制动能量回收系统的原理电动汽车制动能量回收系统的结构原理图第八节第八节第八节第八节 制动能量回收系统制动能量回收系统制动能量回收系统制动能量回收系统528.1 电动汽车电动汽车制动能量回收系统的原理制动能量回收系统的原理制动能量回收的实现过程如下制动能量回收的实现过程如下：在制动开始时，能量管理系统将动力电池在制动开始时，能量管理系统将动力电池SOC值发送给制动控制器值发送给制动控制器，判断是否进行能量，判断是否进行能量回收回收制动控制器接收由压力变送器传送的主缸压力制动控制器接收由压力变送器传送的主缸压力信号，并计算出需求的电机再生制动强度上限。信号，并计算出需求的电机再生制动强度上限。制动控制器根据电动机转速，计算电机实际能制动控制器根据电动机转速，计算电机实际能够提供的制动强度。够提供的制动强度。比较需求的电机再生制动强度上限和电机实际比较需求的电机再生制动强度上限和电机实际能够提供的制动强度，并将结果作为电信号发能够提供的制动强度，并将结果作为电信号发送给电机控制器。送给电机控制器。根据电压恒定流向的电流，再通过逆变器限制根据电压恒定流向的电流，再通过逆变器限制电机产生的最高电压和对电压进行升压，以便电机产生的最高电压和对电压进行升压，以便满足电流输出要求，充到动力电池组中。满足电流输出要求，充到动力电池组中。能量管理系统需要时刻监测电池温度，温度过能量管理系统需要时刻监测电池温度，温度过高则停止制动能量回收。高则停止制动能量回收。538.2 电动汽车电动汽车制动能量回收的方法制动能量回收的方法飞轮储能液压储能54第二章 电动汽车用动力电池概述1蓄电池2燃料电池3超级电容4飞轮电池5电动汽车用动力电池复合结构形式6蓄电池管理系统7制动能量回收系统8电动汽车用动力电池常见故障及排除9559.1 单体单体电池故障电池故障整体整体电池性能正常，无池性能正常，无需更需更换整体整体电池性能衰退池性能衰退严重，重，应及及时更更换电池损坏，立即更换第九节第九节第九节第九节 电动汽车用动力电池常见故障及排电动汽车用动力电池常见故障及排电动汽车用动力电池常见故障及排电动汽车用动力电池常见故障及排除除除除569.2 电池电池管理系统故障管理系统故障电池池管管理理系系统故故障障CAN通信故障通信故障总电压测量故障量故障单体体电压测量故障量故障温度温度测量故障量故障电流流测量故障量故障继电器故障器故障加加热器故障器故障冷却系冷却系统故障故障579.3 线路线路或连接件故障或连接件故障1.由于车辆的振动可能使电池间的连接螺栓出现松动，使电池间接触电阻增大，发生电池间虚接故障。2.在电动汽车运行过程中，单体电池之间可能出现相对跳动，造成两电池间的连接片折断。3.电池箱和电动汽车的电气连接也是故障的高发点，电插接器在经历长时间振动后容易虚接，出现易烧蚀、接触不良等故障。58