电动汽车动力电池分析通用课件

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,*,*,*,*,*,*,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,*,*,超越客户期望,引领未来发展,电动汽车用动力电池,国内外发展状况及发展趋势,摩锋网电,引言,能源,短缺和环境污染是目前汽车工业发展面临的两大挑战，随着世界汽车保有量的急剧增长，传统内燃机汽车排放对环境的影响越来越严重。在这样的形势下，电动汽车作为新能源开发的突出代表已经成为取代传统动力汽车，引领汽车行业的新时代的发展方向。而电动汽车电池既是发展电动汽车的核心，更是电力工业与汽车行业的关键结合点,。电动汽车,以电力驱动，行驶无排放(或低排放)，噪音低，能量转化效率比内燃机汽车高很多，同时电动汽车还具有结构简单、运行费用低等优点，安全性也优于内燃机汽车。但电动汽车目前还存在价格较高、续驶里程较短、动力性能较差等问题，而这些问题都是和蓄电池技术密切相关的，电动汽车实用化的难点仍然在于电池技术，特别是化学电池技术。目前制约电动汽车发展的关键因素是动力蓄电池不理想，所以，电动汽车应用的关键在于对蓄电池的研究。,要点,:,一,.,电动汽车电池种类，优缺点及应用车型,二,.,电池性能指标分析,三,.,当前电动汽车蓄电池的技术难题,四,.,国内外的主要研究及发展动向,一,电动汽车电池种类，优缺点及应用车型,1.磷酸,铁锂电池：,磷酸,铁锂电池指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。锂离子电池的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。其中钴酸锂是目前绝大多数锂离子电池使用的正极材料。,优点,：安全性能高、寿命长、高温性能好、大容量、无记忆效应、重量轻、环保。,缺点,：振实密度与压实密度很低，导致锂离子电池的能量密度较低；材料的制备成本与电池的制造成本较高，电池成品率低，一致性差。,应用,车型,：比亚迪唐、腾势电动车、东风风神E30、江淮和悦iEV4、通用赛欧Springo、长安逸动纯电动、荣威550Plug-in等。,比亚迪秦的纯电动行驶里程为,70km,，磷酸铁锂电池组容量为,13kWh,。比亚迪唐的电池容量肯定会大于,13kWh,。比亚迪唐的电池采用的是比亚迪拥有自主知识产权的磷酸铁锂电池。与秦把电池组布置在尾箱不同，唐的电池组布置在车身地板下方，这是得益于,SUV,较高的车身。,比亚迪唐,腾势充分借鉴了比亚迪多年在电动车领域的经验，运用了多项创新技术，以满足消费者的日常需 求。该车搭载容量为,47.5,千瓦时的磷酸锂铁（,LFP,）电池，续航里程为,300,公里。,腾势电动车,风神,E30的动力系统由一台25kW的永磁直 流电动机和18kWh的磷酸铁锂电池组成，最大扭矩80N,m，最高时速为每小时80公里。单次充电续航里程为160公里。可以在8小时内充满电，快速充电只要半小时。,东风风神,E30 EV,2.,锂电池：,锂电池,是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。最早出现的锂电池来自于伟大的发明家爱迪生，使用以下反应：Li+MnO2=LiMnO2，该反应为氧化还原反应，放电。,优点,：能量密度高、使用寿命长、重量轻、高低温适应性强、绿色环保、额定电压高、具备高功率承受力、自放电率很低、生产基本不消耗水等特点，现在已成为了电动汽车的主流车用电池。,缺点,：安全性差、不能大电流放电、价格昂贵、生产要求条件高、成本高、使用条件有限制、高低温使用危险大。,应用车型,：福特福克斯EV、福特C-MAX Energi、丰田普锐斯、三菱iMiEV、日产聆风、特斯拉Model S等。,丰田全新普锐斯,丰田全新普锐斯将增配体积更小容量更大的锂离子，此外，未来在高配车型上或将配备四轮驱动系统。据悉，新一代丰田普锐斯入门级车型将采用镍氢电池，高端车型将采用锂离子电池，续航里程更长，高配车型还有望搭载四轮驱动系统。,钴酸锂电池：,TESLA,的专属电池,TESLA电动车的电池采用了松下提供的NCA系列（镍钴铝体系）18650钴酸锂电池，单颗电池容量为3100毫安时。TESLA采用了电池组的战略，85kWh的MODEL S的电池单元一共运用了8142个18650锂电池，将这些电池以砖、片逐一平均分配最终组成一整个电池包，电池包位于车身底板。,钴酸锂电池具有结构稳定、容量比高、综合性能突出、但是其安全性差而且成本非常高，主要用于中小型号电芯，标称电压3.7V。TESLA把这样的电池组合到一起，安全性就成了一个很需要关注的问题，TESLA的工程师在电池包内的保险装置分布到每一节18650钴酸锂电池，每一节18650钴酸锂电池两端均设有保险丝，当电池出现过热或电流过大时，保险丝会切断，以此避免因某个电池出现异常情况（过热或电流过大）时影响到整个电池包。,那么，就此来看，钴酸锂电池虽然本身存在着缺陷，但是在TESLA的工程师的包装上安全性基本上可以忽略。显然，这样的解决方案还是很适合在纯电动汽车上发展。,从上面的表格里可以更加直观的比较几种用在电动车上的电池。钴酸锂电池组相对于其他的电池来说续航里程、电池总容量也相对于其他的电池要高，如果钴酸锂电池的安全性再提高一点，那么其在电动汽车上的推广便可以不仅在特斯拉上。电池技术目前仍在不断地进行着革新，目前三元锂电池的时代在慢慢到来（磷酸铁锰锂电池便是三元锂电池的一种）。,3.,铁电池：,目前,国内外研究的铁电池有高铁和锂铁两种，目前还没有厂家宣称其产品可以大规模实用化。高铁电池是以合成稳定的高铁酸盐（K2FeO4、BaFeO4等），可作为高铁电池的正极材料来制作能量密度大、体积小、重量轻、寿命长、无污染的新型化学电池铁电池。,特点,：,体积小、重量轻、寿命长、无污染,缺点,：,铁电池生产过程中对工艺要求非常高，如果把握不好，电池肯定会出现很多小问题。并且铁电池的价格也不菲，国内生产的40Ah容量磷酸铁锂电池组成本在3万元到4万元之间，如果是120Ah的磷酸铁锂电池组，市场价大约要12万元。,应用,车型：,比亚迪e6、比亚迪F3DM,比亚迪,e6,比亚迪,e6,动力电池和启动电池均采用比亚迪自主研发生产的,ET-POWER,铁电池，不会对环境造成任何危害，其含有的所有化学物质均可在自然界中被环境以无害的方式分解吸收，能够很好地解决二次回收等环保问题，是绿色环保的电池。铁电池经过高温、高压、撞击等试验测试，安全性能非常好，短路爆炸机会不高。在能量补充方面，,e6,可使用,220V,民用电源慢充，快充为,3C,充电，,15,分钟左右可充满电池,80%,。,4.,燃料电池：,燃料电池,(Fuel Cell),是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能,储电,而是一个,发电厂,。,优点：,能量转化效率高；安装地点灵活；负荷响应快，运行质量高；具有很强的过负载能力等。,缺点：,燃料电池造价偏高、碳氢燃料无法直接利用、氢气储存技术受限、氢燃料基础建设不足等。,应用车型,：丰田,FCV,丰田,从22年前就开始研发燃料电池汽车，直到2002年才把第一台SUV型的FCV销售出去，对象还是日本、美国的政府及教育机构。丰田FCV氢燃料电池车有望提前在今年年底前正式开始量产。借助氢燃料动力这款车型将有着最高达300英里(约482公里)的续航里程。,丰田,FCV,5.,液态电池：,液体,电池由一将电化学活性电极浸泡在装满电解液的玻璃容器组成的电池。大多数电池，包括笔记本电脑和电视机遥控器上使用的电池，都使用固体材料如锌或钴锂充当阴极，石墨充当阳极，液体盐溶液充当电解质膜。而此液体电池则不同，其阴阳和膜都是液体的，且都是炽热的熔化的像稀泥似的液体。,优点,：,能量密度高、稳定耐用、充电速度更快、更加环保、可以维持超过14000次循环。,缺点,：,成本高。,应用,车型：,Quant.e-Sportlimousine概念超跑,Quant.e-Sportlimousine,概念超跑,由列支敦士登能源公司,NanoFlowcell AG,开发的,Quant.e-Sportlimousine,概念超跑动力系统十分强劲，最大功率,680kW,，最高,350km/h,。并且只需要,2.8s,就可以从,0,加速到,100km/h,，性能远超特斯拉堪比,McLaren P1,。,Quant e-Sportlimousine,使用,NanoFlowcell-AG,公司开发的一种新型液态电解质电池。这种电池采用盐水作为存储能量的介质。盐水会通过两个水箱之间的隔膜形成电荷，电力被储存和分配给超级电容器。它的能量密度比特斯拉的锂电池大,5,倍。而且它更稳定耐用，充电速度更快、同时也更加环保。,6.,镍镉电池,：,应用,广泛程度仅次于,铅酸蓄电池,；,比能量,可达55W,hkg，比功率超过190W,kg,；,可快速充电,；,循环,使用寿命较长，是铅酸蓄电池的两倍多，可达到2000多次，但价格为铅酸蓄电池的45倍,。,初期,购置成本虽高，但由于其在能量和使用寿命方面的优势，因此其长期的实际使用成本并不高。使用中要注意做好回收工作，以免重金属镉造成环境污染。,7.,镍氢电池：,镍,氢蓄电池不含镉、铜，不存在重金属污染问题,。,目前,生产电动汽车镍氢蓄电池的公司主要是Ovine公司，它现有80Ah和130Ah两种单元电池，并由此构成30kwh和50kwh两种规格的电池。其比能量达,75-80W,h/kg，比功率达160230Wkg，循环使用寿命超过600次。这种蓄电池曾装在几种电动汽车上试用，其中一类车一次充电可行驶345km，有一辆车一年中行驶了8万多公里。,由于,价格较高，目前尚未大批量生产。估计随着镍氢蓄电池技术的发展，其比能量可超过80whkg，循环使用寿命可超过2000次，远景价格可降至150美元/Kwh。通用汽车公司已把它作为今后几年电动汽车优先考虑蓄电池。,8.,钠硫电池：,钠硫电池，是一种以金属钠为负极、硫为正极、陶瓷管为电解质隔膜的二次电池。在一定的工作度下，钠离子透过电解质隔膜与硫之间发生的可逆反应，形成能量的释放和储存。,优点,：一个是比能量,(,即电池单位质量或单位体积所具有的有效电能量,),高，另一个是可大电流、高功率放电。,缺点,：其工作温度在,300-350,，所以，电池工作时需要一定的加热保温。,二,.,电池性能指标分析,电池是电动汽车的动力源泉，也是一直制约电动汽车发展的关键因素。电动汽车用电池的主要性能指标是比能量、能量密度、比功率、循环寿命和成本等。要使电动汽车具有竞争力，就要开发出比能量高、比功率大、使用寿命长的高效电池,。,各类电池指标比较：,电池种类,比能量,/,(Wh/kg),比功率,/,(W/kg),循环寿命,/,次,能量密度,/,(Wh/L),价格,/,(,元,/kWh),锂电池,75140,300400,1500,170250,33804060,镍氢电池,5070,180250,15002000,135150,20302700,镍镉电池,5060,160200,1000,80110,880,锌空气电池,180,150,100,6801010,铝空气电池,200,100,500,250,6801010,铅酸电池,3550,100150,500800,6590,540,超级电容器,5,3000,50,万,100,万,充电时间,：,充电技术,影响充电站发展的关键。一般而言给车用动力蓄电池进行一般充电需要2h以上,，,目前的快速充电技术可以将充电时间缩短到20min以内（即在短时间内给电池充60%以上的电量,），,充电模式影响分析见表,。,充电模式,充电时间,快充,1020min,电池受损会比较严重，对电网的稳定性形成一定的威胁,慢充,68h,用户时间成本会边际上升，造成拥挤，消费者离开市场,三当前电动汽车蓄电池的技术难题,(,1)电池安全性得不到保障。目前中小容量锂离