汽车拖拉机学-第十章第二课64905

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2021/2/8,#,汽车拖拉机学,讲授内容,：第,2,课 蓄电池与,燃料电池电动汽车,（第十章 电动汽车技术）,主 讲 人,：邓晓亭 讲师,*,汽车拖拉机学,课件,1,第十章 电动汽车技术,第,1,课 混合动力电动汽车,第,2,课 蓄电池与燃料电池电动汽车,本章内容安排,*,汽车拖拉机学,课件,2,本节课的主要内容,第十章 电动汽车技术,第,2,课 蓄电池与燃料电池电动汽车,一、蓄电池电动汽车驱动系统类型,二、动力蓄电池的类型及工作原理,三、驱动电机和辅助系统,四、燃料电池的工作原理、分类和特点,五、燃料电池电动汽车的基本构造,*,汽车拖拉机学,课件,3,控制信号连接,电器连接,机械连接,电动汽车工作原理,与内燃机汽车相比，电动汽车最大不同点在于动力源、电力驱动及辅助系统。,动力源主要是电源及其控制装置；电力驱动系统主要由电动机、调速控制装置、功率转换器、机械传动装置组成；辅助系统具有温度控制、能量管理和充电、辅助动力供给等功能。,第十章 电动汽车技术,一、蓄电池电动汽车驱动系统类型,1,、蓄电池电动汽车的基本结构,*,汽车拖拉机学,课件,4,第,2,课 蓄电池与燃料电池电动汽车,M-,电动机,C-,离合器,D-,差速器,FG-,固定速比减速器,GB-,变速器,蓄电池电动汽车的驱动系统形式,2,、蓄电池电动汽车的驱动系统,第十章 电动汽车技术,*,汽车拖拉机学,课件,5,第,2,课 蓄电池与燃料电池电动汽车,一、蓄电池电动汽车驱动系统类型,蓄电池电动汽车对动力蓄电池的基本要求：,（,1,）比能量高,比能量是指单位蓄电池重量所能提供的电能，是保证电动汽车能够达到基本合理的行驶里程的重要性能，,2h,放电率时电池的比能量至少不低于,44Wh/kg,。,（,2,）充电技术成熟、时间短,电池应对充电技术没有特殊要求，并且能够实现感应充电。在充电时间上能够实现快速充电，电池的正常充电时间应小于,6h,，电池快速充电达到额定容量,50,的时间应为,20min,以下。,（,3,）连续放电率高、自放电率低,电池能够适应快速放电的要求，连续,1h,放电率可以达到额定容量的,70,左右。自放电率要低，电池能够长期存放。,第十章 电动汽车技术,二、动力蓄电池的类型及工作原理,1,、电源,*,汽车拖拉机学,课件,6,第,2,课 蓄电池与燃料电池电动汽车,（,4,）适应车辆运行环境,电池能够在常温条件下正常稳定地工作，不受环境温度的影响，不需要特殊的加热、保温系统，能够适应电动汽车行驶时的振动。,（,5,）安全可靠,电池应干燥、洁净，电解质不会渗漏，不会引起自燃或燃烧。在发生碰撞等事故时，不会对乘员造成伤害。废电池能够回收处理和再生利用，电池中有害重金属能够集中回收处理。电池组可以采用机械装置进行整体快速更换，线路连接方便。,（,6,）长寿命、免维护,电池的循环寿命不低于,1000,次，在使用寿命限定期间内，不需要进行维护和修理。,第十章 电动汽车技术,二、动力蓄电池的类型及工作原理,1,、电源,*,汽车拖拉机学,课件,7,第,2,课 蓄电池与燃料电池电动汽车,USABC,蓄电池的性能目标,性能指标,中期,长期,比能量（,C/3,放电率）,/,（,Whkg,-1,）,能量密度（,C/3,放电率）,/,（,WhL,1,）,比功率（,80%DOD/30s,）,/,（,Wkg,-1,）,功率密度,/,（,WL,-1,）,使用寿命（年）,循环寿命（,80%DOD,）,/,次,价格（,US$kW,-1,h,-1,）,工作温度,/,充电时间,/h,快速充电时间（,40%,80,SOC,）,/h,80,（期望达到,100,）,135,150,（期望达到,200,）,250,5,600,150,-30,65,6,0.25,200,300,400,600,10,1 000,100,-40,85,3,6,辅助目标,效率（,C/3,放电，,6h,充电）,/%,自放电,/%,维护,误用电阻,热损耗（高温电池）,/,（,W/kW,-1,h,-1,）,75,15,（,48h,）,免维护,允许,3.2,80,15,（月）,免维护,允许,3.2,注：,DOD,放电深度；,SOC+,荷电状态,第十章 电动汽车技术,二、动力蓄电池的类型及工作原理,*,汽车拖拉机学,课件,8,第,2,课 蓄电池与燃料电池电动汽车,蓄电池的基本组成为电池单体，多个电池单体串联组成蓄电池。电池正极和负极都浸在电解液中。放电时，负极发生氧化反应向外电路释放电子，正极发生还原反应，从外电路得到电子。充电时，过程正好相反，负极得到电子发生还原反应，正极失去电子发生氧化反应。,可用于电动汽车的蓄电池有铅酸电池、镍基电池、金属空气电池、,Na-,电池、常温锂电池、飞轮电池、超级电容等。,第十章 电动汽车技术,二、动力蓄电池的类型及工作原理,2,、动力蓄电池的基本性能,*,汽车拖拉机学,课件,9,第,2,课 蓄电池与燃料电池电动汽车,特点：,技术成熟、价格低廉、良好的大电流输出性能、良好的高低温性能、高能量效率（,75,80,）以及多种多样的型号和尺寸等优点。,单体额定电压,2 V,，比能量,35 Wh/kg,，能量密度,70 Wh/L,，比功率,200W/kg,。采用金属铅作负电极，二氧化铅作正电极，硫酸作电解液，电化学反应式为：,铅酸电池的开路电压仅与硫酸浓度有关，而与电池中的铅、二氧化铅以及硫酸铅的量无关。电池单体电压,E0,为：,式中：,为硫酸浓度（,kg/L,）,第十章 电动汽车技术,二、动力蓄电池的类型及工作原理,3,、动力蓄电池的工作原理,（,1,）铅酸电池,*,汽车拖拉机学,课件,10,第,2,课 蓄电池与燃料电池电动汽车,在蓄电池充放电过程中电压不为常数，电池开路电压也受环境温度的影响。以中等放电率放电时截止电压取,1.75 V,，以极高放电率放电时截止电压可取,1.0 V,。充电时，充电电流应作适当的控制以维持电池充电电压低于冒气电压（约为,2.4V,），否则，就会出现过充电反应，电解水生成氢气和氧气，使电解液失去水分。,缺点：,铅酸电池的比能量和能量密度都比较低、自放电率较高、循环寿命短、酸蚀电极而不便于长期储存等。,综合各项指标，铅酸电池是目前电动汽车最具吸引力的能量源选择方案。,第十章 电动汽车技术,二、动力蓄电池的类型及工作原理,3,、动力蓄电池的工作原理,（,1,）铅酸电池,*,汽车拖拉机学,课件,11,第,2,课 蓄电池与燃料电池电动汽车,镍基电池有,Ni-Cd,、,Ni-Zn,、,Ni-MH,等。,Ni-MH,电池于,1992,年投放市场，被认为是满足电动汽车使用近期目标的较理想能量源。,Ni-MH,电池使用了氢，氢吸附于金属氢化物中并作为负极活性物质。在镍基电池中具有较高的比能量以及无毒性、无致癌物质等特点。,Ni-MH,电池充放电原理图,第十章 电动汽车技术,二、动力蓄电池的类型及工作原理,3,、动力蓄电池的工作原理,（,2,）镍基电池,*,汽车拖拉机学,课件,12,第,2,课 蓄电池与燃料电池电动汽车,Ni-MH,电池单体额定电压,1.2 V,、比能量,65Wh/kg,、能量密度,150 Wh/L,、比功率,200 W/kg,。电极活性物质为负极的金属氢化物和正极的,NiOOH,，金属氢化物能够在电池充放电时释放和吸收氢气，碱性氢氧化钾溶液是电解液的主要成分，电化学反应方程式为：,优点：,高于其他任何镍基电池的比能量和能量密度、优良的环保特性（无镉）、平坦的放电曲线和快速充电性能等。,缺点：,初始成本高，而且还有记忆效应和充电发热等问题。,第十章 电动汽车技术,二、动力蓄电池的类型及工作原理,3,、动力蓄电池的工作原理,（,2,）镍基电池,*,汽车拖拉机学,课件,13,第,2,课 蓄电池与燃料电池电动汽车,金属空气电池采用金属负电极和空气正电极，具有电力充电和机械充电两种可选方案。,优点：,高比能量和能量密度（,Al,空气电池高达,600Wh/kg,和,400 Wh/L,）、低价格（采用了常用金属材料和空气）、良好的环保设计、平坦的放电曲线以及与负载和工作温度无关的容量特性。,缺点：,比功率低、工作温度范围有限、空气中的二氧化碳溶于水生成碳酸中和碱性电解液并释放氢气等。,第十章 电动汽车技术,二、动力蓄电池的类型及工作原理,3,、动力蓄电池的工作原理,（,3,）金属空气电池,*,汽车拖拉机学,课件,14,第,2,课 蓄电池与燃料电池电动汽车,Zn,空气电池,电力充电方式的,Zn,空气电池,额定工作电压为,1.2V,、比能量为,180Wh/kg,、能量密度为,160Wh/L,、比功率为,95W/kg,。负电极为金属锌粒，正电极为空气中的氧气，电解液为氢氧化钾溶液，电池的化学反应方程式为：,放电时，锌粒被氧化生成锌酸盐溶于电解液中并形成氧化锌，充电时，反应过程正好相反。但是在充、放电过程中，锌电极的形状会变化。,机械充电式的,Zn,空气电池,避免了使用双极空气电极和锌电极在充放电循环中出现的形状改变问题，其具有相对较高的比能量（,230 Wh/kg,）和比功率（,105W/kg,）。,第十章 电动汽车技术,二、动力蓄电池的类型及工作原理,3,、动力蓄电池的工作原理,（,3,）金属空气电池,*,汽车拖拉机学,课件,15,第,2,课 蓄电池与燃料电池电动汽车,Al,空气电池的额定电压为,1.4V,，电解液可以是盐溶液或氢氧化钾溶液。机械充电式,Al,空气电池的放电反应方程式为：,缺点：,比功率极低，很少单独用作电动汽车的能量源。,为利用,Al,空气电池高的比能量和能量密度，在电动汽车上通常与其他类型的充电电池组合作为动力源，用于延长车辆续驶里程。,优点：,比能量和能量密度均很高。,Al,空气电池,第十章 电动汽车技术,二、动力蓄电池的类型及工作原理,3,、动力蓄电池的工作原理,（,3,）金属空气电池,*,汽车拖拉机学,课件,16,第,2,课 蓄电池与燃料电池电动汽车,Na-电池技术包括基于Na/S和Na/NiCl,2,化合物的两种设计,。,Na/S,电池,的工作温度范围,300350,，单体电池的额定电压,2.0V,，比能量,170 Wh/kg,，能量密度,250Wh/L,，比功率,390W/kg,。活性物质为熔铸钠负电极和熔铸钠多硫化合物正电极。陶瓷,-Al,2,O,3,电解液作为离子传导媒介和熔铸电极的隔离物，避免了电池的自放电。该电池的电化学反应方程式为：,放电时，,Na,原子被氧化生成钠离子，钠离子通过电解液的传递与硫结合生成五硫化钠化合物。五硫化钠化合物又逐渐形成多硫化钠化合物（,Na,2,S,x,，其中,x=52.7,），充电过程正好相反。,Na/S,电池,第十章 电动汽车技术,二、动力蓄电池的类型及工作原理,3,、动力蓄电池的工作原理,（,4,）,Na-,电池,*,汽车拖拉机学,课件,17,第,2,课 蓄电池与燃料电池电动汽车,在Na/NiCl,2,电池中，活性物质为熔铸Na负电极和固体镍氯化物正电极。,其电解液除了,陶瓷-Al,2,O,3,外，还有一种贮于正电极室中的辅助电解液-钠铝氯化物。相应的电化学反应方程式为：,放电时，固态镍氯化物转化为镍金属和氯化钠晶体。,Na/NiCl,2,电池工作温度,250350,，电池单体的额定电压,2.5V,。比能量可达到,86 Wh/kg,、能量密度为,149 Wh/L,、比功率为,150 W/kg,。,优点：,比,Na/S,电池具有更高的开路电压、更宽的工作温度范围、更高的化学反应物安全性、更加可靠的失效模式、更好的耐冻结,解冻能力。,缺点：,成本高、比功率低。,Na/NiCl,2,电池,第十章 电动汽车技术,二、动力蓄电池的类型及工作原理,3,、动力蓄电池的工作原理,（,4,）,Na-,电池,*,汽车拖拉机学,课件,18,第,2,课 蓄电池与燃料电池电动汽车,放电时，在负电极生成的锂离子通过电解液,SPE,嵌入正极晶状结构中。,使