1、新能源汽车技术概论新能源汽车技术概论李艳菲李艳菲 主编主编 新能源汽车技术概论新能源汽车技术概论 机械工业出版社机械工业出版社2019年年7月月主要参考书主要参考书1 1主要内容主要内容第一章第一章 汽车与能源汽车与能源第二章第二章 新能源汽车产业发展新能源汽车产业发展第三章第三章 新能源汽车类型新能源汽车类型第四章第四章 电动汽车储能装置电动汽车储能装置第五章第五章 电动汽车驱动电机及控制系统电动汽车驱动电机及控制系统第六章第六章 纯电动汽车纯电动汽车第七章第七章 燃料电池电动汽车燃料电池电动汽车第八章第八章 混合动力电动汽车混合动力电动汽车第九章第九章 其他新能源汽车其他新能源汽车第第四四
2、章章 电动电动汽车汽车储能装置储能装置4 41 1 动力电池概述动力电池概述411 电池的种类电池的种类412 化学电池的组成化学电池的组成413 动力电池的基本术语动力电池的基本术语 1电池的放电制度电池的放电制度2电池的容量电池的容量3电池的开路电压电池的开路电压4电池的内阻电池的内阻5电池的工作电压、放电终止电压和放电曲线电池的工作电压、放电终止电压和放电曲线6电池的能量电池的能量7能量密度能量密度、电池的功率与功率密度电池的功率与功率密度9电池的寿命电池的寿命10电池的温度特性电池的温度特性11成本成本新能源汽车对动力电池的要求新能源汽车对动力电池的要求u 1.比能量比能量高高。为保证
3、电动汽车的续驶里程，电动汽车的动力电池须尽。为保证电动汽车的续驶里程，电动汽车的动力电池须尽可能储存多的能量可能储存多的能量，同时电动汽车的重量不能过大，电池的安装空间，同时电动汽车的重量不能过大，电池的安装空间也受整车分布限制，因此动力电池必须有足够的比能量。也受整车分布限制，因此动力电池必须有足够的比能量。u 2.比功率比功率大。大。为满足电动汽车在加速、上坡、负载等行驶条件下的动为满足电动汽车在加速、上坡、负载等行驶条件下的动力要求，电池必须具备大的比功率。力要求，电池必须具备大的比功率。u 3.连续放电连续放电率高，自放电率低，电池能够适应快速放电的要求。率高，自放电率低，电池能够适应
4、快速放电的要求。自放自放电率低，以保证电池能够长期存放电率低，以保证电池能够长期存放。u 4.充电充电技术成熟，时间短，充电技术通用性强。技术成熟，时间短，充电技术通用性强。能够实现快速充电。能够实现快速充电。新能源汽车对动力电池的要求新能源汽车对动力电池的要求u 5.适应适应车辆运行环境。车辆运行环境。电池除能在常温条件下正常稳定地工作，不受电池除能在常温条件下正常稳定地工作，不受环境温度影响，不需要特殊的加热、保温系统。能够适应电动汽车行环境温度影响，不需要特殊的加热、保温系统。能够适应电动汽车行驶过程中的振动。驶过程中的振动。u 6.安全安全可靠。可靠。电池应干燥、洁净，电解质不会渗漏腐
5、蚀接线柱、外壳电池应干燥、洁净，电解质不会渗漏腐蚀接线柱、外壳。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。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及再生利用，电池中的有害重金属能够集中回。废电池能够回收处理及再生利用，电池中的有害重金属能够集中回收处理。电池组可采用机械装置进行整体拆解、更换，线路连接方便收处理。电池组可采用机械装置进行整体拆解、更换，线路连接方便。u 7.长长寿命、免维护。寿命、免维护。电池的循环寿命不低于电池的循环寿命不低于1000次，在使用寿命限定次，在使用寿命限定期间内，不需要进行维护与修理。期间内，不需要进行维护
6、与修理。常用电动汽车动力电池常用电动汽车动力电池u 常用的车用动力电池主要包括常用的车用动力电池主要包括铅酸电池、镍氢电池和锂电池铅酸电池、镍氢电池和锂电池等等。u 铅酸电池广泛应用于内燃机汽车的低压供电电源，是一种成熟的汽车铅酸电池广泛应用于内燃机汽车的低压供电电源，是一种成熟的汽车电池，但存在比能量低、质量和体积太、续驶里程短、使用寿命短、电池，但存在比能量低、质量和体积太、续驶里程短、使用寿命短、污染严重等问题，制约了其在电动汽车上的应用。污染严重等问题，制约了其在电动汽车上的应用。u 镍氢电池因其能量密度高、无镉污染、可大电流快速充放电等优点，镍氢电池因其能量密度高、无镉污染、可大电流
7、快速充放电等优点，能够满足电动汽车对动力电池的要求，因此镍氢电池目前被成熟地应能够满足电动汽车对动力电池的要求，因此镍氢电池目前被成熟地应用到商业化的电动汽车，如丰田用到商业化的电动汽车，如丰田Prius。u 锂离子电池是目前新能源汽车研究的热点，它具备能量密度高、能量锂离子电池是目前新能源汽车研究的热点，它具备能量密度高、能量效率高、自放电率小、循环使用寿命长、可实现大电流充放电、无污效率高、自放电率小、循环使用寿命长、可实现大电流充放电、无污染等优点。染等优点。各种动力电池各种动力电池4 42 2铅酸蓄电池铅酸蓄电池421 铅酸蓄电池的型号铅酸蓄电池的型号422 铅酸蓄电池的工作原理铅酸蓄
8、电池的工作原理4244222P 2PbSOOHbSOPbSOHPbO充电放电423 铅酸蓄电池的构造铅酸蓄电池的构造424 铅酸蓄电池的特性铅酸蓄电池的特性铅酸蓄电池的工作特性铅酸蓄电池的工作特性1 1.放电特性放电特性(1)(1)概念概念在恒流放电过在恒流放电过程中，蓄电池程中，蓄电池的的端电压和电端电压和电解液相对密度解液相对密度随时间而变化随时间而变化的规律。的规律。铅酸蓄电池的工作特性铅酸蓄电池的工作特性(1)(1)概念：概念：在恒流充电过程中，蓄在恒流充电过程中，蓄电池的电池的端电压与电解液端电压与电解液相对密度随时间而变化相对密度随时间而变化的规律的规律。注意注意：充电电源必须采：
9、充电电源必须采用用直流电源，直流电源，以一定的以一定的电流强度向一只完全放电流强度向一只完全放电的蓄电地进行充电。电的蓄电地进行充电。2 2.充电特性充电特性4.3 4.3 镍镍氢（氢（MHMH/NiNi）电池）电池n 镍氢电池具有长期过放电和过充电保护能力，但寿命不如镍镉电池。镍氢电池具有长期过放电和过充电保护能力，但寿命不如镍镉电池。镍氢电池已在镍氢电池已在20世纪世纪90年代逐步实现产业化。年代逐步实现产业化。n 镍氢（镍氢（MH/Ni）电池采用镍的氧化物作为正极，储氢金属作为负极，电池采用镍的氧化物作为正极，储氢金属作为负极，电解液通常选用电解液通常选用 KOH溶液溶液。由。由 Ni(
10、OH)2正极正极材料和储氢合金负极材料材料和储氢合金负极材料组成电池的反应式：组成电池的反应式：常用电动汽车动力电池常用电动汽车动力电池常用电动汽车动力电池常用电动汽车动力电池4.4.4.4.锂离子锂离子电池电池u 锂离子电池以碳为负极，以含锂的化合物为正极。锂电池的种类繁多锂离子电池以碳为负极，以含锂的化合物为正极。锂电池的种类繁多，常见的有色锂离子电他、高温锂熔直盐电池、锂聚合物电池和但聚，常见的有色锂离子电他、高温锂熔直盐电池、锂聚合物电池和但聚合物固体电解质电池等，锂离子电池比能量的理论值为合物固体电解质电池等，锂离子电池比能量的理论值为 570Wh/Kg，它目前达到的性能指标是：比能
11、量为它目前达到的性能指标是：比能量为 100Wh/Kg，比功率，比功率 200W/Kg，循环使用寿命为循环使用寿命为1200次，充电时间次，充电时间 2-4h。u 目前市场主流为：磷酸铁锂电池和三元锂电池目前市场主流为：磷酸铁锂电池和三元锂电池u 以以 LiFeO4为例，其化学反应方程式如下：为例，其化学反应方程式如下：常用电动汽车动力电池常用电动汽车动力电池锂电池工作原理示意图锂电池工作原理示意图4.5 4.5 飞轮电池飞轮电池u当飞轮以一定角速度旋转时，它就具有一定的动能。飞轮电池正是以其当飞轮以一定角速度旋转时，它就具有一定的动能。飞轮电池正是以其动能转换成电能的。飞轮电池是动能转换成电
12、能的。飞轮电池是90年代才提出的新概念电池，它突破了化年代才提出的新概念电池，它突破了化学电池的局限，用物理方法实现储能。学电池的局限，用物理方法实现储能。4.5 4.5 飞轮电池飞轮电池u飞轮电池中有一个电机，充电时该电机飞轮电池中有一个电机，充电时该电机以电动机形式运转，在外电源的驱动下，以电动机形式运转，在外电源的驱动下，电机带动飞轮高速旋转，即用电给飞轮电电机带动飞轮高速旋转，即用电给飞轮电池池“充电充电”增加了飞轮的转速从而增大其功增加了飞轮的转速从而增大其功能；放电时，电机则以发电机状态运转，能；放电时，电机则以发电机状态运转，在飞轮的带动下对外输出电能，完成机械在飞轮的带动下对外
13、输出电能，完成机械能能(动能动能)到电能的转换。据称，飞轮电池到电能的转换。据称，飞轮电池比能比能量量可达可达5KW/Kg，比功率达，比功率达20KW/Kg，使用寿命长达，使用寿命长达25年，可供电年，可供电动汽车行驶动汽车行驶500万公里。万公里。典型的飞轮储能装置由飞轮组件典型的飞轮储能装置由飞轮组件(包括转子、支承包括转子、支承轴承、壳轴承、壳)、电子控制设备、电子控制设备(主要是电子电路控制器主要是电子电路控制器)、辅助运行系统等部分组成。（图辅助运行系统等部分组成。（图4-33）图图4-33 飞轮储能装置的结构飞轮储能装置的结构4.6 4.6 超级电容超级电容u 超级电容超级电容（S
14、uper-capacitors，ultra-capacitor），又），又名名电化学电容器电化学电容器(Electrochemical Capacitors)，双电层电容器，双电层电容器(Electrical Double-Layer Capacitor)、黄金电容、法拉电容，是从上世纪七、八十年代发展起来、黄金电容、法拉电容，是从上世纪七、八十年代发展起来的通过极化电解质来储能的一的通过极化电解质来储能的一种种电化学电化学元件。元件。n 超级电容超级电容突出突出优点是功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作优点是功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽，是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种温度范围宽，是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种。超级电容可以弥补现阶段锂离子电池。超级电容可以弥补现阶段锂离子电池在在功率功率密度密度等方面的不足。目等方面的不足。目前，它已经应用于军事、新能源汽车以及各种机电设备中。前，它已经应用于军事、新能源汽车以及各种机电设备中。超级电容超级电容超级电容结构超级电容结构超级电容汽车超级电容汽车上海世博园运行的超级电容客车上海世博园运行的超级电容客车本章课程结束本章课程结束
