第四章电动汽车

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,目录,第,2,章 电动汽车动力电池基本知识,第,3,章 铅酸动力电池及其应用,第,4,章 碱性动力电池及其应用,第,5,章 锂离子动力电池及其应用,第,6,章 用于电动汽车的其他动力源,第,7,章 电动汽车电源管理系统,第,1,章 电动汽车与动力电池发展历程,【引入】,碱性电池包含的电池类型广泛，现阶段在电动车辆上应用最多的是镍氢电池。该种电池技术成熟、比功率大、无记忆效应，是产业化生产的混合动力电动汽车用动力电池的主体，也是至今量产的电动汽车中应用量最大的电池种类。,本章将重点介绍镍氢电池的结构、工作原理、充放电特性以及储氢合金的基本特性。,本章学习目标,1.,掌握镍镉电池储能结构及原理,2.,掌握镍氢电池储能结构及原理,3.,掌握镍氢电池在电动汽车上的应用,第,4,章,碱性动力电池及其应用,1.,碱性动力电池的储能原理与结构,2.,碱性动力电池的性能及检测,3.,碱性动力电池的,应用,1.,碱性动力电池的储能原理与结构,学习目的,镍氢电池结构及储能原理,2,镍镉电池结构及储能原理,1,镍镉电池结构及储能原理,镍镉电池,(Ni-Cd,，,Nickel,Cadmiun Battery),因其碱性氢氧化物中含有金属镍和镉而得名。,图,4-1,镍镉电池结构示意图,镍镉蓄电池的正极材料为球形氢氧化镍，充电时为,NiOOH,放电时为,Ni(OH),2,。负极材料为海绵状金属镉或氧化镉粉以及氧化铁粉，氧化铁粉的作用是使氧化镉粉有较高的扩散性，增加极板的容量。电解液通常为氢氧化纳或氢氧化钾溶液，为了增加蓄电池的容量和循环寿命，通常在电解液中加入少量的氢量的氢氧化锂（大约每升电解液加,1520g,）。,正极充放电反应为,负极充放电反应为,电池总反应为,(1),镍电极反应机理,镍电极充电时，首先是电极中,Ni(OH),2,颗粒表面的,Ni,2+,失去电子成为,Ni,3+,，电子通过正极中的导电网络和集流体向外电路转移；同时,Ni(OH),2,颗粒表面晶格,OH,中的,H,+,通过界面双电层进入溶液，与溶液中的,OH,结合生成,H,2,O,。上述反应先是发生在,Ni(OH),2,颗粒的表面层，使得表面层中质子,H,+,浓度降低，而颗粒内部仍保持较高浓度的,H,+,。由于浓度梯度，,H,+,从颗粒内部向表面层扩散。,镍电极充电时，由于质子,H,+,在,NiOOH,Ni(OH),2,，颗粒中扩散系数小，颗粒表面的质子浓度降低，在极限情况下会降低到零，这时表面层中的,NiOOH,几乎全部转化为,NiO,2,。电极电势不断升高，反应如下,:,由于电极电势的升高，导致溶液中的,OH,-,被氧化，发生如下反应,:,因此,在充电过程中镍电极上会有,O,2,析出，但这并不表示充电过程已全部完成。通常情况下，在充电不久时镍电极就会开始析氧，这是镍电极的一个特点。在极限情况下,表面层中生成的,NiO,2,并非以单独的结构存在于电极中，而是掺杂在,NiOOH,晶格中。,NiO,2,不稳定，会发生分解，析出氧气。,(2),镉电极的反应机理,镍镉电池的负极活性物质是海绵状金属镉，放电产物是难溶于,KOH,溶液的,Cd(OH),2,。镉电极的放电反应机理是溶解一沉积机理，放电时,Cd,被氧化，生成,Cd(OH),3,进入溶液，然后再形成,Cd(OH),2,沉积在电极上。,Cd(OH),3,在碱液中的溶解度为,9,10,-5,mol/L,，该浓度可以使镉电极具有较高的反应速率，这也是镍镉电池能够高倍率放电的主要原因。,电极的放电机理为首先发生,OH,的吸附,:,随着电板电势不断升高，镉进一步氧化，生成,Cd(OH),3,进入溶液,:,当界面溶液中,Cd(OH),3,过饱和时，,Cd(OH),2,就沉积析出,:,生成的,Cd(OH),2,附着在电极表面上，形成疏松多孔的,Cd(OH),2,，有利于溶液中的,OH,继续向电极内部扩散，使内部的海绵状镉也通过溶解沉积过程转化为,Cd(OH),2,实现内部活性物质的放电。,镍氢电池结构及储能原理,镍氢,(MH-Ni),电池是在,Ni-Cd,电池的基础上发展起来的，相对于镍镉电池，其最大的优点是环境友好不存在重金属污染。民用镍氢电池又是以航天用高压镍氢电池为基础，由于高压镍氢电池采用高压氢，而且还需要用贵金属作催化剂，这就很难为民用所接受。自,20,世纪,70,年代中期，研究者开始探索民用的低压氢镍电池。镍氢电池于,1988,年进入实用化阶段，,1990,年在日本开始规模生产。,目前，以储氢合金为负极材料的镍氢电池能满足混合动力电动汽车所要求的高能量、高功率、长寿命和足够宽的工作温度范围要求动力电动汽车动力电池市场的主流产品，同时该类电池也已经广泛地应用在电子工具、电动自行车等日常生活用品上。,1.,镍氢电池结构,包括以镍的储氢合金为主要材料的负极板、具有保液能力和良好透气性的隔膜、碱性电解液、金属壳体、具有自动密封的安全阀及其他部件。图示的圆柱形电池，采用被隔膜相互隔离开的正、负极板呈螺旋状卷绕在壳体内，壳体用盖帽进行密封，在壳体和盖帽之间用绝缘材质的密封圈隔开。,储氢合金在进行吸氢放氢化学反应,(,可逆反应,),的过程中，也伴随着放热吸热的热反应,(,可逆反应,),，同时也产生充电放电的电化学反应,(,可逆反应,),。具有实用价值的储氢合金应该具有储氢量大、容易活化、吸氢放氢的化学反应速率快、使用寿命长及成本低廉等特性。,2.,镍氢电池工作原理,镍氢电池正极的活性物质为,NiOOH(,放电时,),和,Ni(OH),2,(,充电时,),，负极板的活性物质为,H,2,(,放电时,),和,H,2,O(,充电时,),，电解液采用,30%,的氢氧化钾溶液电化学反应如下：,负极反应式,正极反应式,电池反应式,镍氢电池的反应与镍镉电池相似，只是负极充、放电过程中生成物不同。,镍氢电池在充、放电过程中,，,正、负极上在进行电化学反应时不发生任何中间态的可溶性金属离子，也没有电解液中的任何组分消耗和生成，因而镍氢电池可以做成密封型结构。,镍氢电池的电解液多采用,KOH,水溶液,，,并加入少量的,LiOH,。,隔膜采用多孔维尼纶无纺布或尼龙无纺布等。,为了防止充电过程后期电池内压过高,，,电池中装有防爆装置。,当镍氢电池过充电时，金属壳内的气体压力将逐渐上升。当该压力达到一定数值后，顶盖上的限压安全排气孔打开，因此可以避免电池因气体压力过大而爆炸。,镍氢电池放电时，正极上,NiOOH,得到电子还原成为,Ni(OH),2,；负极金属氢化物,(MH,x,),内部的氢原子扩散到表面形成吸附态氢原子，接着再发生电化学反应生成水和储氢合金。在镍氢电池出现过放电时，正极活性物质中的,NiOOH,已经消耗完了，这时正极上会发生水分子被还原为氢和,OH,-,离子。负极上由于储氢合金的催化作用，使,OH,-,离子与氢反应又生成水。,过充电时，正极上会析出氧，然后扩散到负极上发生去极化反应，生成,0H,离子。在电池过充电和过放电过程中，正、负极上发生的反应可用正式表示,正极：过充电析出氧,过放电析出氢,负极：过充电消耗氧,过放电消耗氢,储氢合金既承担着储氢的作用，又起到催化剂作用，在电池出现过充和过放电时，可以消除由正极产生的,O,2,和,H,2,。从而使电池具有耐过充、过放电的能力。但随着充、放电循环的进行,，,储氢合金的催化能力逐渐退化，电池的内压就会上升，最终导致电池漏液失效。,2.,碱性动力电池的,性能及检测,学习目的,镍镉电池应用存在的问题,2,镍镉电池的特性,1,镍氢电池与镍镉电池的对比分析,3,镍镉电池的特性,镍镉电池标称电压为,1.2V,，具有使用寿命长,(,可充放电循环,1000,次以上,),、机械强度高、密封性能好、使用温度范围大,(-40,+50,),维护保养方便、能耐受大电流,(,高于正常使用电流的几倍乃至,10,倍,),的瞬时冲击等优点。,(1),充放电性能,镍镉电池的标准电动势是,1.299V,，额定电压是,1.2V,，平均工作电压为,1. 20,1. 25V,。剐充完电的电池开路电压较高，可以到达,1.4V,以上，放置一段时间后，正极不稳定的,NiO,2,发生分解，开路电压会降低到,1.35V,左右。,镍镉电池在充电开始时，电池电压在,1.3V,左右，随着充电进行，电压缓缓上升到,l.4,1.5V,并稳定较长时间。充电电压超过,1.55V,后，电解液中的水开始电解，产生气体，电压开始急剧上升，到充电末期，正、负极上都开始析出气体电池电压达到,1.7,1.8V,。镍镉电池的放电曲线比较平稳，只是在放电终止时电压突然下降，一般以,O.2C,放电时，电压稳定在,1.2V,左右。,(2),倍率持续放电特性,动力镍镉电池允许大电流放电而不会损坏，允许放电倍率在,10C,以上，但是大电流放电时，电压下降很快，电池可放出的能量下降。,(3),高低温放电性能,温度升高时，镍镉电池的容量会增加，但温度超过,50,时，正极的析氧过电势降低，正极充电不完全；同时镉的溶解会随着温度上升而增大,迁移到隔膜中，容易形成镉枝晶，导致电池内部微短路；另外高温还会加速镍基板腐蚀和镉膜氧化，导致电池失效。,低温情况下，电解液的电阻增加会使镍镉电池的容量下降。如,-45,以,O.2C,放电镍镉电池一般只能提供,50%,左右的额定容量；,-18,以,3C,放电一般可以放出,30%,以上的额定容量。,(4),耐过充电和过放电性能,镍镉电池具有很好的耐过充电和过放电能力。,1C,恒电流持续充电,2h,，或强迫过放电不超过,2h,，电池不会损坏。铅酸电池及后续章节介绍的锂离子电池在这种情况下，都将产生永久的损坏。,镍镉电池应用存在的问题,（,1,）记忆效应，镍镉电池长期不彻底充电、放电，易在电池内留下痕迹，降低电池容量，这种现象称为电池记忆效应。比如，镍镉电池长期只放出,80%,的电量后就开始充电，一段时间后，电池充满电后也只能放出,80%,的电量。,记忆效应的出现主要是由于传统工艺中负极为烧结式，镉晶粒较粗，如果镍镉电池在完全放电之前就重新充电，镉晶粒容易聚集成块，造成,Ni,电极膨胀或生成不导电的,Ni(OH),2,，从而引起电池电压下降或容量减少，使电池放电时形成次级放电平台。镍镉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。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，使电池的容量变得更低。,（,2,）环境污染,镉是镍镉电池的必备原材料，但有大量研究表明，在人体内，镉的半衰期长达,730,年，可蓄积,50,年之久，摄入或吸人过量的镉可引起肾、肺、肝、骨、生殖效应及癌症在,1993,年，国际抗癌联盟就将镉定为,LA,级致癌物。一般人在低剂量镉环境中暴露即可导致肾功能损伤、骨密度降低、钙排泄增加及生殖毒性。镉及其化合物是补课降解的环境污染物，可通过废水、废气、废渣大量流人环境，产生环境污染及健康危害。基于环境保护的原因，许多发达国家已建议禁止使用镍镉电池。,镍氢电池与镍镉电池的对比分析,同镍镉电池相比，镍氢电池具有以下显著优点：,1),能量密度高，同尺寸电池，容量是镍镉电池的,1.5,2,倍。,2),环境相容性好,无镉污染，,3),可大电流快速充放电，充放电倍率高。,4),无明显的记忆效应。,5),低温性能好，耐过充放能力强。,6),工作电压与镍镉电池相同，为,1.2V,。,镍氢电池是镍镉电池的换代产品，电池的物理参数，如尺寸、质量和外观完全可与镍镉电池互换，电性能也基本一致，充放电曲线相似，放电曲线非常平滑，电快要消耗完时，电压才会突然下降，故使用时完全可替代镍镉电池，而不需要对设备进行任何改造。,镍氢电池的缺点是自放电与寿命不如镍镉电池,但也能达到,500,次循环寿命和国际电工委员会的推荐标准。,吸氢电极自放电包括可逆自放电和不可逆自放电。,可逆自放电的主要原因在于环境压力低于电极中金属氢化物的平衡氢压，氢气会从电极中脱附出来。当吸氢电极与氧化镍正极组成,MH/Ni,电池时，这些逸出的氢气与正极活性物质,NiOOH,反应生成,Ni(OH),2,，形成放电反应，该部分自放电可以通过再充电复原。,不可逆自放电主要是由于负极的化学或电化学因素所引起。如合金表面电势较低的稀土元素与电解液反应形成氢氧化物等，例如,Pb,稀土在表面偏析，并生成,La(OH),5,，使合金组成发生变化，吸氢能力下降，这种吸氢能力下降无法用充电方法复原。,镍氢电池特性,1.,充放电特性,(1),充电特性,镍氢电池充电特性曲线如图,6-3,所示，该曲线大致可分为三段。,开始时电压上升较快，然后比较平坦。这是由于,Ni(OH),2,导电性极差但充电产物,NiOOH,导电性是前者的,l0,倍，因而充电刚开始时，电压上升很快。有,NiOOH,生成后，充电电压上升速率降低，电压变得比较平坦。随着充电过程的进行，当充电容量接近电池的额定容量的,75%,左右时，储氢合金中的氢原子扩散速度减慢。由于氧在储氢合金中的扩散速度受负极反应速度的限制，以及此时正极开始逐步析出氧气，因而充电电压就再次呈现快速上升的趋势。当充电量超过电池设计容量之后就进入过充电阶段。此时正极析出的氧会在负极储氢合金表面进行还原、去极化，使负极电位正移，电池温度迅速升高，加之镍氢电池反应温度系数是负值，因此电池的充电电压就会下降。,镍氢电池常用恒流充电的方式进行充电，在充电过程中电池所达到的最高电压是镍氢电池的一个重要特性。充电最高电压往往标志着整个充电过程的电压,=,充电电压越低，说明电池在充电过程中的极化就越小，电池的充电效率就越高，电池的使用寿命就可能越长。,采用该方法，充电过程的终点控制是一个非常实际的问题充电终点控制的方式主要有,:,1),定时控制。设置一定的充电时间来控制充电终点，一般设定要充入,110%,额定容量所需的时间来控制。,2)TCO,，即最高温度控制。考虑电池的安全和特性应当避免高温充电，一般电池温度升高到,60,时应当停止充电。,3),电压峰值控制。充电过程中电池的电压达到峰值并保持，即,V=0,，据此来判断充电的终点。,4)dT/dt,即深度变化率控制。通过检测电池温度变化率峰值来判断充电的终点。,5),T,，即温度差控制。温度差为电池充满电时温度与环境温度之差,6)-,V,，即电压降控制。当电池充满电时，电压达到峰值后会下降一定的值，据此判断充电终点。,(2),放电特性镍氢电池工作电压为,1.2V,，指的是放电电压的平台电压。它是镍氢电池的重要性能指标。镍氢电池的放电性能随放电电流、温度和其他因素的改变而变化。如图,4-4,所示。电池的放电特性受电流环境温度等因素的影响，电流越大，温度越低，电池放电电压和放电效率越低，长期大电流放电对电池的寿命也会造成一定的影响。截止电压一般设定在,0.9,1.V,，如果截止电压设定得太高,则电池容量不能被充分利用，反之，则容易引起电池过放。,图,4-4,典型的放电性能（不同放电倍率放电曲线）,2.,容量特性,电池的实际容量受到理论容量的限制，但与实际放电机制和应用工况密切相关。在高倍率即大电流放电条件,F,，电极的极化增强，内阻增大，放电电压下降很快，电池的能量效率降低，电池的实际容量一般都低于额定容量。相应地，在低倍率放电条件下，放电电压下降缓慢电池实际放出的容量常常高于额定容量。镍氢电池的充电电流、搁置时间、放电终止电压和放电电流等均会对放电容量产生影响。,(1),充电电流对放电容量的影响,充电负极反应方程式中消耗电荷生成,OH,，电荷不能再释放利用，因而电池的充电效率总是小于,100%,。随充电电流倍率增大，电极极化增加，将加剧镍氢电池中氧气析出的复合反应，导致充电效率和放电容量降低。,基于该反应原理，放电容量随充电容量的变化也体现为随充电过程进行，电池,SOC,升高，电池可放电容量增加，初期可放电容量增加较快，随充电过程中复合反应出现，可放电容量增加速度减缓，最终可放电容量将达到稳定值。,(2),搁置时间对放电容量的影响,搁置时间对镍氢电池放电容量的影响本质上就是镍氢电池的自放电问题。搁置时间对放电容量的影响是由于金属氧化物不稳定引起的，这种不稳定性在刚充完电或高荷电状态时表现尤为明显，而后渐趋平衡和稳定，因而镍氢电池放电容量随搁置时间的延长而下降，搁置的开始阶段容量下降较快。,(3),放电电流对放电容量的影响,电池内阻主要包括欧姆内阻和电化学极化内阻两部分。欧姆内阻对一特定的电池来说也是一个定值，电化学极化内阻则与发生电化学反应时的极化状态有关，而放电电流是影响电极极化状态的一个重要因素。放电电流增大，电极极化也增大，电化学极化内阻就大，其端电压相对较低。对于相同的放电终止电压来说，最终反映为放电容量测试结果较低。,(4),放电终止电压对放电容量的影响,放电终止电压直接影响放电时间，而放电容量实际是放电电流与放电时间的乘积，因而放电容量随放电终止电压的降低而增加。但镍氢电池的放电电压不能无限地降低，一般选定在,0.9V,左右。过低将出现过放电现象，影响镍氢电池的使用寿命。,3.,内压,镍氢电池内压产生的基本原因是电池在充放电过程中，正极析出氧气和负极析出氢气。从而产生电池的内压。镍氢电池的内压是直存在的，通常都维持在正常水平，不会引起安全问题。但在过充或过放情况下，电池内压升高到一定程度，就有可能带来安全问题镍氢电池的内压与充电方式及荷电状态有关。,图,4-5,不同镍氢电池充电过程中内压的变化曲线,当电池荷电状态达到,100%,以前，内压增加平缓，当荷电超过,100%,后，内压急剧增加。因此，过充电的镍氢电池存在一定的安全隐患。,试验数据表明，随着电池充电、放电循环次数增加，内压也会逐渐升高，同时电池中氢、氧气体比例也会发生变化。镍氢电池中电解液的量也会影响电池内压，电解液过多会使内压升得很高。,4.,自放电和储存性能,电池的自放电主要是由电极材料、制造工艺、储存条件等多方面因素决定的。镍氢电池自放电受控于储氢合金电极。储氢合金电极的自放电可以分为可逆与不可逆两部分。可逆放电是由于电极合金的平台压力大于电池内压造成的而不可逆部分是由于电极合金的不断氧化而使合金失效所致。镍氢电池在自然搁置状态时容量的衰减速率很快。在,2,下，镍氢电池的月自放电率达到,20%,25%,。,影响自放电速率的因素主要是电池储存的温度和湿度条件等。温度升高会使电池内正负极材料的反应活性提高，同时电解液的离子传导速度加快，隔膜等辅助材料的强度降低，使自放电反应速率大大提高。如果温度太高，就会严重破坏电池内的化学平衡，发生不可逆反应，最终会严重损害电池的整体性能。湿度的影响与温度条件相似，环境湿度太高也会加快自放电反应。一般来说，低温和低湿的环境条件下，电池的白放电率低,，,有利于电池的储存。但是温度太低也可能造成电极材料的不可逆变化，使电池的整体性能大大降低。,针对隔膜材料对镍氢电池自放电的影响，可以选用丙烯酸改性的聚丙烯,(PP),隔膜来改善镍氢电池的荷电保持能力，降低电池的可逆自放电可以通过选择合适的合金组分，来使其平台压力小于电池内压来实现，降低电池的不可逆自放电可以通过选择合适的合金组分实现。,镍氢电池自放电率较高，这不仅与正、负极材料的组成，电解液的组成和隔膜材料有关，而且还与电池的化成方法等有关。,电池的储存性能是指电池在一定条件下储存一定时间后主要性能参数的变化，包括容量的下降、外观情况和有无变形或渗液情况。国家标准均有对电池的容量下降和外观变化及漏液比例的限制,电池在储存过程中容量下降主要是由电极自放电引起的，自放电率高对电池储存非常不利，所以一般镍氢电池都遵从即充即用的原则，不适宜较长时间放置。,镍氢电池的存放条件为：存放区应保持清洁、凉爽、通风；温度应在,10,25,之间，一般不应超过,30,；相对湿度以不大于,65%,为宜。,除了合适的储存温度和湿度条件外，必须注意的是：,1),长期放置的电池应该采用荷电状态储存，一般可预充,50%100%,的电量后储藏。,2),在储存过程中，要保证至少每,3,个月对电池充电一次，以恢复到饱和容量；这是因为放完电的电池,(,放电到终止电压,),在储存的过程中，一方面会继续自放电造成过放，而且电池内的正负极、隔膜和辅助材料经常会发生严重的电解液腐蚀和漏液现象，对电池的整体性能造成致命的损害。,5.,温度特性,镍氢电池在中高温环境下，由于温度高有利于合金中氢原子的扩散，提高了合金的动力学性能，且电解液中,KOH,的电导率也随温度升高而增加，电池放电容量明显比低温时放电容量大。但温度过高,(,一般超过,45,),，虽然电解质电导率大，电流迁移能力增强，迁移内阻减小，但电解液溶剂水分蒸发快，增加了电解液的欧姆内阻，两者相互抵消，放电容量将不再增加。,镍氢电池的正常存储温度是,-20,45,，最佳存储温度是在,10,25,。一般情况下，当温度降到低于,-20,时，电池中的电解液会凝固，电池内阻会变得无穷大，电池内部可能发生不可逆的变化，导致电池无法激活到正常状态，甚至无法使用。当温度超过,45,时，电池自放电速率大大加快，电解液会发生副反应而产生大量气体，电极片中的辅助材料可能变质失效，从而导致整个电池逐渐老化和容量衰减，甚至在短期内失效。,6.,循环寿命,镍氢电池的循环寿命受充放电湿度、温度和使用方法的影响。在现在的技术状态下,，,当按照,rEc,标准充放电时，充放电循环可以超过,500,次。在电动车辆上应用，镍氢电池一般采用浅充浅放的应用机制，即,SOC,在,40%,80%,之间应用，因此电池的使用寿命已经可以达到,5,年以上,甚至达到,10,年以上。,镍氢电池失效的原因有多方面，主要归纳如下：,1),电解液的损耗。,氢镍电池的电解液在电池的充放电循环过程中会在电极和隔膜中重新分配，增加了它们的表面积和孔隙率并导致电极膨胀，电池内压增大，从而导致气体,(,氢气和氧气,),的泄露，最终导致电解液的损耗。电解液的损耗将导致电池溶液内阻增大，电导率降低。,2),电极材料的改变。,氢镍电池经一定次数的充放电循环后,负极中的锰、铝元素会发生偏析溶解，负极储氢合金表面逐渐被腐蚀氧化，在电极表面形成一层氢氧化物,合金体积发生膨胀、收缩，最后导致合金粉化，严重影响了电池在充放电过程中的吸氢放氧性能。,3),隔膜的变化。,随着电池充放电循环次数的增加，电池的隔膜结构会发生变化，隔膜的电解液保持能力下降，电池自放电增大，电池寿命减小。另外，从电池电极上脱落下的电极材料逐渐堵塞隔膜上的孔隙，严重影响了镍氢电池中气体的渗透传输，进而增大了电池内阻，影响电池充放电性能，导致电池失效。,镍氢动力电池的检测,单体电池性能检测,充放电性能检测,充电,20,、,-5,、,55,充放电性能,-30,、,70,放电性能,单体电池荷电保持与容量恢复能力检测,其荷电保持率应不低于额定值的,80%,， 容量恢复能力应不低于额定值的,90%,贮存性能检测,循环寿命,循环试验至放电容量低于额定容量的,60%,，,不少于,600,次,安全性,：,过放,、,过充,、,常温短路,、,高温短路,、,强制过放,、,跌落,、,挤压,、,针刺,、,冲击,、,振动,、,加热,、,低压,、,温度循环,、,析气,蓄电池组的性能测试,充放电性能检测,充电,20,放电容量,一致性,当充电及放电到额定容量的,80%,时，测量电池组中每只电池的电压。单体蓄电池电压差别不超过,20mV,。,安全性,蓄电池组耐振动试验,蓄电池组的过放电、过充电、短路、加热、挤压、针刺等试验,部分短路,3.,碱性动力电池的应用,学习目的,镍氢动力电池在电动汽车上的应用,2,碱性动力电池的应用概况,1,碱性动力电池的应用概况,最早的碱性蓄电池是瑞典,W.Jungner,于,1899,年发明的镍镉电池,(Cd-Ni),和爱迪生,1901,年明的镍铁电池,(Fe-Ni),。,20,世纪,7080,年代。碱性蓄电池的镍镉蓄电池曾用作电动车辆的动力电池。但随着新技术的发展以及对金属镉造成环境危害和对人的危害的认识，其使用量逐年减少，以欧盟、美因为主的工业国家，已经出台法规或相关法律禁止镍镉电池的生产和应用。,1984,年荷兰飞利浦公司成功研制出,LaNi,5,储氢合金用于制各镍氢电池,(MH-Ni),，随后镍氢电池的研究取得了很大成果：由于镍氢电池与镍镉电池电压平台相同，在充放电特性方面相似，并且对环境友好，它成为取代镍镉电池的理想产品。,20,世纪,90,年代开始，镍氢电池成为二次电池市场的主流产品，在多种电子产品上广泛应用，并成为混合动力电池汽车的主流动力电源。目前，商品化程度最高的丰田公司的,PRIUS,混合动力汽车和本田公司的,CIVIC,混合动力汽车就是采用的镍氢动力电池。,由于镍镉电池中镉元素的污染问题和对人体的伤害，该类电池正逐步被其他种类电池取代。仅在某些领域，由于其特有的高功率特性和良好的低温性能仍在应用。如在航空领域用做飞机发动机起动及随航备用电源、电力装置开关瞬间分合闸和事故照明电源、铁路系统电力机车供电电源等。镍氢电池逐步成为碱性动力电池应用的主体和主流。,镍氢动力电池在电动汽车上的应用,由于镍氢电池满足混合动力电动汽车高功率密度的要求，该类电池目前在混合动力电动汽车尤其是在日系车型中应用广泛，如丰田凯美瑞混合动力车、普锐斯、雷克萨斯,CT200.,本田思域,CIVIC,等。福特公司推出的,Escape,混合动力汽车也采用了额定电压在,300V,左右的镍氢电池组。,丰田,PRIUS,普锐斯混合动力汽车采用镍氢电池作为动力电源。,PRIUS,普锐斯的,HV,蓄电池采用的就是,288V,，,6.5A,h,的镍氢动力电池。该电池组可以通过发电机和电动机实现充放电，且输出功率大、重量轻、寿命长、耐久性好。丰田凯美瑞混合动力车,也采用了,镍氢电池组。,新途锐混合动力车采用镍氢电池作为动力电源。,新途锐混合动力车型是大众汽车旗下第一款采用了电驱动技术的车型。途锐混合动力通过结合电力驱动、车辆滑行、能量回收和启动,-,停车系统四个方面的技术，使得这辆重达,2.3,吨的,SUV,在城市路况的燃油效率较同级别车型提高了,25%,；在城市、高速公路和乡间的综合路况，平均油耗则降低了,17%,。,电驱动：在这种模式下，发动机关闭，车辆完全以电力驱动前行,(,最高时速,50,公里,/,小时,),，实现了零排放，并且不消耗燃油。,车辆滑行：驾驶者完全放开油门，在离合装置的控制下，,V6 TSI,发动机与变速器完全脱离，避免了不必要的摩擦损耗，以最小的能耗使车辆滑行距离更长。,能量回收：在制动或减速过程中，电动机转换为发电机，将多余能量回收，存储于高压蓄电池中。,起动,-,停车：车辆制动停止，发动机自动关闭；再次踩踏油门，车辆起动前行。在拥堵的城市路况，节油效果明显。,电动工具,领域：,镍氢电池长期以来在高功率和大电流性能方面一直不如镍镉电池，因此，小型电动工具市场长期以来几乎被镍镉电池所垄断。随着镍氢电池技术的进步以及社会对环保问题的日趋重视,2003,年，欧洲不再允许使用镍镉电池，给镍氢电池的发展提了一个良好机会。目前，高功率镍氢电池已进军电动工具市场并将逐步替代了镍镉电池，成为该市场的主流电池之一。,【实训操作】,镍氢电池充放电性能测试,一、实训目标,1.,掌握车用电池检测设备的功能、原理和组成；,2.,熟悉镍氢动力电池性能测试操作流程；,3.,巩固镍氢动力电池性能特点。,二、实验设备,1.HT-V60C17D17-4,动力电池自动检测装置；,2.,车用镍氢动力电池；,3.,万用表、绝缘扳手、绝缘手套等工具及护具若干。,三、操作步骤及工作要点,1.,测试仪与测试仪电源接线。,2.,采样柜和上位机接线。,3.,电源柜与电池接线。,4.,采样柜与电池接线。,5.,电源柜上电。,6.,等待,AFE READY,指示灯亮后按下,RUN,按钮，此时,AFE RUN,指示灯应亮起；,7.,若,IVC,工作，,IVC,指示灯亮；,8.,添加设备并进行串口配置，如图所示，选择相应的串口，先点击“应用”按钮，然后点击“确定”按钮。,9.,新建和编辑工步文件；,步骤,1,：新建工步文件，在“基本设置”中，“标签”栏中输入“,loop,”用于给此工步文件命名，然后在“类型”下拉菜单选择需要的参数类型，如“充电”。,步骤,2,：参数设置中，参数名选择电流，参数值为,20,，亦即用,20A,电流充电。,步骤,3,：单击“限制条件”按钮编辑限制条件，在候选列表中选择需要限制的条件类型（这里选电压）；然后单击“添加”，最后单击“退出”。在“限制条件”的条件名的下拉菜单出现刚添加的条件电压，编辑“条件符”为“,”和“条件值”为“,25,”。操作完后，意味着电压大于,25V,时执行动作。,步骤,4,：编辑动作，设置“命令”为,GOTO,，参数为我们建立的,工步，亦即完成此项工步后降跳转到,工步继续执行。,步骤,5,：编辑“寄存器参数”，进入寄存器编辑界面，在“候选列表”中选择采样周期，依次单击添加、退出，在寄存器栏目中设置相应的值。,步骤,6,：保存工步文件。,10.,打开通讯接口；,11.,启动测试；,12.,测试完毕后按下“启动,/,停止测试”按钮，停止测试。,13.,调取日志文件、数据文件、工步文件等进行数据处理和分析。,14.,测试完毕按下停止按钮，关闭总电源开关。,15.,断开电源柜电源线。,16.,关闭上位机电脑。,17.,通过电源管理系统确认电池状态，如果电池电量不足，则使用充电机进行补充充电。,18.,整理、清洁实验室。,【本章小结】,本部分对主要介绍了碱性动力电池的结构原理及应用情况。,碱性动力电池主要有镍镉电池和镍氢电池两种，其中镍镉电池由于具有记忆效应，且镉污染对人体危害巨大，因此在电动汽车领域极少采用，在其他应用领域也逐渐被淘汰。镍氢动力电池无明显记忆效应，且具有能量密度高、环境相容性好、充电倍率高、低温性能好、耐过充放能力强等优点，在混合动力汽车领域得到了较广泛的应用。,【复习题】,1.,镍镉电池的优缺点如何？,2.,镍氢电池相对于镍镉电池有哪些优点？,3.,镍氢电池在电动汽车领域的应用情况如何？,演讲完毕，谢谢观看！,内容总结,目录。镍镉电池的负极活性物质是海绵状金属镉，放电产物是难溶于KOH溶液的Cd(OH)2。镍氢(MH-Ni)电池是在Ni-Cd电池的基础上发展起来的，相对于镍镉电池，其最大的优点是环境友好不存在重金属污染。民用镍氢电池又是以航天用高压镍氢电池为基础，由于高压镍氢电池采用高压氢，而且还需要用贵金属作催化剂，这就很难为民用所接受。镍镉电池的标准电动势是1.299V，额定电压是1.2V，平均工作电压为1. 201. 25V。镍氢电池常用恒流充电的方式进行充电，在充电过程中电池所达到的最高电压是镍氢电池的一个重要特性。搁置时间对镍氢电池放电容量的影响本质上就是镍氢电池的自放电问题。欧姆内阻对一特定的电池来说也是一个定值，电化学极化内阻则与发生电化学反应时的极化状态有关，而放电电流是影响电极极化状态的一个重要因素。镍氢电池的正常存储温度是-2045，最佳存储温度是在1025,