《动力蓄电池及储能装置.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《动力蓄电池及储能装置.ppt（89页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第三章第三章 动力蓄电池及储能装置动力蓄电池及储能装置按反应原理分为三大类：按反应原理分为三大类：生物电池生物电池利利用用生生物物分分解解反反应应表表现现带带电电现现象象进进行行能能量量转转换换，有有酶酶电电池池、微生物电池和生物太阳电池等。微生物电池和生物太阳电池等。物理电池物理电池利用光、热、物理吸附等物理能量发电，如超级电容；太阳能、利用光、热、物理吸附等物理能量发电，如超级电容；太阳能、飞轮、核能、温差等电池。飞轮、核能、温差等电池。化学电池化学电池把把化化学学反反应应所所产产生生能能量量直直接接转转换换为为电电能能，依依据据能能否否充充电电复复原原，分为原电池和蓄电池两种。分为原电池
2、和蓄电池两种。碱性电池以氢氧化钾水为电解液，如碱性锌锰电池、镍镉电池、镍氢电池等；碱性电池以氢氧化钾水为电解液，如碱性锌锰电池、镍镉电池、镍氢电池等；按电池的电解液种类分为四大类按电池的电解液种类分为四大类酸性电池主要以硫酸水溶液为介质，如铅酸蓄电池；酸性电池主要以硫酸水溶液为介质，如铅酸蓄电池；中性电池以盐溶液为介质，如锌锰干电池；中性电池以盐溶液为介质，如锌锰干电池；有机电解液电池以有机溶液为介质，如锂电池、锂离子电池等。有机电解液电池以有机溶液为介质，如锂电池、锂离子电池等。一、电能储存装置的种类一、电能储存装置的种类锌系列有锌锰电池、锌银电池等；锌系列有锌锰电池、锌银电池等；按电池的正
3、负极材料分为六大类按电池的正负极材料分为六大类按电池特征功能分为四大类按电池特征功能分为四大类镍系列有镍镉电池、镍氢电池等；镍系列有镍镉电池、镍氢电池等；锂系列有锂离子电池、锂锰电池、聚合物锂电池、磷酸铁锂电池；锂系列有锂离子电池、锂锰电池、聚合物锂电池、磷酸铁锂电池；二氧化锰系列有锌锰电池、碱锰电池等；二氧化锰系列有锌锰电池、碱锰电池等；空气空气(氧气氧气)系列有锌空气电池、铝空气电池等。系列有锌空气电池、铝空气电池等。又称又称“激活电池激活电池”，在贮存期其正、负极活性物质不接触，在贮存期其正、负极活性物质不接触，使用前临时注入电解液或用其它方法使电池激活。使用前临时注入电解液或用其它方法
4、使电池激活。贮备电池贮备电池一次电池为不可充电的原电池，若电解质不流动则称干电池；一次电池为不可充电的原电池，若电解质不流动则称干电池；二次电池为可充电的蓄电池，是目前电动汽车所用的主要动力电池；二次电池为可充电的蓄电池，是目前电动汽车所用的主要动力电池；铅系列电池有铅酸电池等；铅系列电池有铅酸电池等；燃料电池又称燃料电池又称“连续电池连续电池”，将活性物质不断注入能连续放电的电池；，将活性物质不断注入能连续放电的电池；电动电动汽汽车车的的电电能能储储存装置存装置主要有：二主要有：二次次电电池、超池、超级电级电容容器、器、飞轮电飞轮电池、太阳能池、太阳能电电池和池和车车载发电载发电装置等。装置
5、等。1 二次二次电电池池(Secondary Battery)又叫可充又叫可充电电电电池池(Rechargeable Battery)现现代代电动电动汽汽车车最常用的二次最常用的二次电电池有池有铅铅酸蓄酸蓄电电池池(Lead-acid)、镍镍-氢氢(Ni-MH)电电池、池、锂锂离子离子(Lithium-ionization)电电池、池、镍镍-金属金属氢氢化物化物(Ni-MH)电电池和池和铁电铁电池池等五等五类类；蓄；蓄电电池池(Storage Battery)习惯习惯上指上指铅铅酸蓄酸蓄电电池，也属于二次池，也属于二次电电池。池。2超超级电级电容器（容器（Super Capacitor）又叫又
6、叫电电化学化学电电容器容器 它是一种新型的、双它是一种新型的、双电层电电层电容器，与常容器，与常见见的物理的物理电电容器不同。其特点是容器不同。其特点是电电容量大，比容量大，比物理物理电电容器的极限容量高容器的极限容量高3-4个数量个数量级级，达到了，达到了103F/g以上。以上。3飞轮电飞轮电池池FWB(FlyWheel Battery)亦称亦称飞轮储飞轮储能器、高速或超高速能器、高速或超高速飞轮储飞轮储能器能器 它是利用它是利用飞轮飞轮高速旋高速旋转储转储存和存和释释放放电电能的一种装置。能的一种装置。这这种种电电能能储储存装置目前存装置目前应应用得用得较较少，但其少，但其应应用前景仍然被
7、不少研究和开用前景仍然被不少研究和开发发人人员员看好。看好。一、电能储存装置的种类一、电能储存装置的种类电动电动汽汽车车的的电电能能储储存装置存装置主要有：二主要有：二次次电电池、超池、超级电级电容容器、器、飞轮电飞轮电池、太阳能池、太阳能电电池和池和车车载发电载发电装置等。装置等。4 太阳能太阳能电电池池(solar cell）将太阳辐射直接转换成电能的器件（将太阳辐射直接转换成电能的器件（本课程不讲授本课程不讲授）它是通过它是通过光电效应光电效应或者或者光化学效应光化学效应直接把光能转化成电能的装置。以光电效应工作的薄直接把光能转化成电能的装置。以光电效应工作的薄膜式太阳能电池为主流，而以
8、光化学效应工作的湿式太阳能电池则还处于萌芽阶段。膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的湿式太阳能电池则还处于萌芽阶段。5车载发电车载发电装置装置车载发电车载发电装置主要有装置主要有风风力力发电发电、质质子交子交换换膜膜发电发电等。等。一、电能储存装置的种类一、电能储存装置的种类二、电能储存装置的主要性能指标二、电能储存装置的主要性能指标 对于对于EVEV，其电能储存装置应具有尽可能高的比能量，以保证汽车的续驶里程，其电能储存装置应具有尽可能高的比能量，以保证汽车的续驶里程;对于对于HEVHEV，其电能储存装置则应具有尽可能高的比功率，以保证汽车的动力性。，其电能储存装置则应具有尽可能高的比
9、功率，以保证汽车的动力性。几种二次电池的比能量和比功率比较几种二次电池的比能量和比功率比较铁电池铁电池主要用于高放电需求的产品，拥有比碱性电池长主要用于高放电需求的产品，拥有比碱性电池长7倍以上的使用寿命，倍以上的使用寿命，而且自放电低、储藏寿命长达而且自放电低、储藏寿命长达15年，可大幅减少电池丢弃数量。此外，由于采用年，可大幅减少电池丢弃数量。此外，由于采用高能金属元素锂和全自然的硫化铁元素，铅、汞含量为零，所以它又被认为是一款高能金属元素锂和全自然的硫化铁元素，铅、汞含量为零，所以它又被认为是一款真正的绿色环保电池。真正的绿色环保电池。有高铁和锂铁两种，有高铁和锂铁两种，高铁电池以合成稳
10、定的高铁酸盐（高铁电池以合成稳定的高铁酸盐（K2FeO4、BaFeO4等）为等）为正极材料。正极材料。铁电池铁电池常用二次电池的的性能比较常用二次电池的的性能比较 超级电容在寿命、比功率和充、放电效率方面具有明显优势；超级电容在寿命、比功率和充、放电效率方面具有明显优势；锂离子电池则在比能量和比功率方面具有极强的竞争力；锂离子电池则在比能量和比功率方面具有极强的竞争力；铅酸蓄电池各种指标均处于中等水平。铅酸蓄电池各种指标均处于中等水平。但其突出优点是成本低、可靠性高。但其突出优点是成本低、可靠性高。注：从优到差的顺序为注：从优到差的顺序为1 1基本术语基本术语n充电充电/放电：放电：外部电源输
11、入直流电能转换为化学能贮存的过程外部电源输入直流电能转换为化学能贮存的过程/将化学能以电能释放将化学能以电能释放而向外电路输送电流；而向外电路输送电流；n放电容量放电容量：电池在：电池在标准规定条件下标准规定条件下的放电电量或有效工作时间的放电电量或有效工作时间；n短路电流短路电流：电池短路后一瞬间流过的电流：电池短路后一瞬间流过的电流，可达额定电流的数十倍。，可达额定电流的数十倍。n放电率放电率：放电率指放电时的速率，常用：放电率指放电时的速率，常用“时率时率”和和“倍率倍率”表示。表示。“时率时率”指以一指以一定的放电电流放完额定容量所需的小时数，定的放电电流放完额定容量所需的小时数，“倍
12、率倍率”指电池在规定时间内放出其额指电池在规定时间内放出其额定容量时所输出的电流值，数值上等于额定容量的倍数。定容量时所输出的电流值，数值上等于额定容量的倍数。“时率时率”和和“倍率倍率”在数在数值上互为倒数。值上互为倒数。n荷电状态荷电状态SOC:使用一段时间或长期搁置不用后的使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量剩余容量与其与其完全充电状态的容完全充电状态的容量量的比值，常用百分数表示。的比值，常用百分数表示。n放电深度放电深度DOD:指当前放电状态，指当前放电状态，DOD=1-SOCn活性物质：活性物质：电池放电时，能进行氧化或还原反应而产生电能的电极材料电池放电时，能进行氧化或还原反应
13、而产生电能的电极材料；n充电率：充电率：充电时的速率，也用时率和倍率表示；充电时的速率，也用时率和倍率表示；n恒压充电恒压充电/恒流充电：恒流充电：保持充电器端电压不变保持充电器端电压不变/充电电流保持不变；充电电流保持不变；n极化极化：极化是电池由静止状态极化是电池由静止状态(电流电流i=0)转入工作状态转入工作状态(i0)产生的电池电压、电产生的电池电压、电极电位的变化现象。极电位的变化现象。极化现象有阳极极化、阴极极化、欧姆极化极化现象有阳极极化、阴极极化、欧姆极化(电阻极化电阻极化)、浓差极化和电化学极化、浓差极化和电化学极化u充电效率：指充入电池的电能与所消耗总电能的百分比。充电效率
14、：指充入电池的电能与所消耗总电能的百分比。三、二次电池的基本概念三、二次电池的基本概念 2.2.主要性能指标主要性能指标 n开路电压开路电压：电池不放电处于断路状态时，电池两极之间的电位差被称作开路电压：电池不放电处于断路状态时，电池两极之间的电位差被称作开路电压。开路电压下降很快或低。开路电压下降很快或低于公称电压值时则是不正常的；于公称电压值时则是不正常的；n内阻内阻：内阻包括欧姆内阻和极化电阻两部分。极化电阻是电极反应形成的，与电极反应的本质及电池材料：内阻包括欧姆内阻和极化电阻两部分。极化电阻是电极反应形成的，与电极反应的本质及电池材料有关有关；n工作电压工作电压：受放电制度的影响很大
15、。放电制度是指电池放电时所规定的各种条件，主要包括放电方式：受放电制度的影响很大。放电制度是指电池放电时所规定的各种条件，主要包括放电方式（连（连续的还是间断的）、放电电流、放电时间、终止电压、放电电阻、放电环境温度的高低等。续的还是间断的）、放电电流、放电时间、终止电压、放电电阻、放电环境温度的高低等。n终止电压终止电压：电压下降到不宜再继续放电的最低工作电压称为终止电压。在低温或大电流放电时，电极极化：电压下降到不宜再继续放电的最低工作电压称为终止电压。在低温或大电流放电时，电极极化大，活性物质不能得到充分利用，电池电压下降较快，因而终止电压低。大，活性物质不能得到充分利用，电池电压下降较
16、快，因而终止电压低。n放电曲线放电曲线：电池工作电压随放电时间的变化曲线。：电池工作电压随放电时间的变化曲线。下图为下图为6 Ah的的 Li离子离子电池在不同放电率下的放电曲线。电池在不同放电率下的放电曲线。可以看出，放电电流越大可以看出，放电电流越大(时率越小时率越小)，终止电压越低。，终止电压越低。不同放电时率下的放电曲线不同放电时率下的放电曲线1 13 3终止电压终止电压放电时间放电时间/h/h 2 2 4 4 6 6 8 10 12 8 10 12工工 作作 电电 压压 /V V2.22.22.02.01.81.81.61.61.41.45 58 81010放电时率放电时率n容量容量(
17、Ah)(Ah)：在一定放电制度下，电池给出的电量或有效工作时间。可分为理论容量、实际容量、在一定放电制度下，电池给出的电量或有效工作时间。可分为理论容量、实际容量、额定容量和标称容量等额定容量和标称容量等.(1)(1)理论容量理论容量：根据蓄电池活性物质的特性，按法拉第定律计算出的最高理论值，一般用质量容量：根据蓄电池活性物质的特性，按法拉第定律计算出的最高理论值，一般用质量容量(Ah(Ahkg)kg)或体积容量或体积容量(Ah(AhL)L)来表示来表示;(2)(2)实际容量实际容量：在一定条件下所能输出的电量，等于放电电流与放电时间的乘积：在一定条件下所能输出的电量，等于放电电流与放电时间的
18、乘积;(3)(3)额定容量额定容量(保证容量保证容量)：按一定标准所规定的放电条件下，电池应该放出的最低限度的容量，达不：按一定标准所规定的放电条件下，电池应该放出的最低限度的容量，达不到此值时，可认为该电池不合格到此值时，可认为该电池不合格;(4)(4)标称容量标称容量(公称容量公称容量)：用来鉴别电池适当的近似安时值，由于是在没有指定的放电条件，因此，：用来鉴别电池适当的近似安时值，由于是在没有指定的放电条件，因此，只标明电池的容量范围而没有确切值；只标明电池的容量范围而没有确切值；n 能量能量(kWh)(kWh)：在一定的放电条件下，电池对外做功时所能输出的电能；在一定的放电条件下，电池
19、对外做功时所能输出的电能；n功率功率(kW)(kW)：在一定的放电制度下，电池在单位时间内所输出的能量。电池的功率决定电动汽车的在一定的放电制度下，电池在单位时间内所输出的能量。电池的功率决定电动汽车的加速性能和最高车速等加速性能和最高车速等;n成本：成本：电池的成本与电池的新技术含量、材料、制作方法和生产规模有关电池的成本与电池的新技术含量、材料、制作方法和生产规模有关;n寿命：寿命：指使用时间的长短或充、放电循环次数，单位为年、小时或循环次数。指使用时间的长短或充、放电循环次数，单位为年、小时或循环次数。何时用容量来衡量？什么情况下用能量表示？何时用容量来衡量？什么情况下用能量表示？思考思
20、考蓄电池的放电方式蓄电池的放电方式1 1）工况放电。模拟实际运行时负荷的相应负载放电；）工况放电。模拟实际运行时负荷的相应负载放电；2 2）倍率放电。蓄电池以额定电流倍数值进行的放电；）倍率放电。蓄电池以额定电流倍数值进行的放电；3 3）深度放电。）深度放电。5050或更大容量被释放的程度；或更大容量被释放的程度；4 4）恒流放电。以受控的恒定电流进行放电；）恒流放电。以受控的恒定电流进行放电；5 5）恒功率放电。以受控的恒定功率进行放电。）恒功率放电。以受控的恒定功率进行放电。充电效率：指充入电池的电能与所消耗总电能的百分比。充电效率：指充入电池的电能与所消耗总电能的百分比。2 2）恒压充电
21、）恒压充电 保持充电器端电压不变的充电法；保持充电器端电压不变的充电法；用脉冲电流反复充、放电，以消除记忆效应用脉冲电流反复充、放电，以消除记忆效应和恢复极板原晶体结构，并缩短充电时间。和恢复极板原晶体结构，并缩短充电时间。4 4）脉冲式快速充电）脉冲式快速充电3 3）涓流充电）涓流充电 为补充自放电以保持完全充电状态的小电流充电；为补充自放电以保持完全充电状态的小电流充电；1 1）恒流充电）恒流充电 充电电流保持不变的充电法；充电电流保持不变的充电法；蓄电池的充电方式蓄电池的充电方式要求：以高比功率提高加速、爬坡性能；高比能量延长续驶里程；并有寿命长、安全可靠、免维护、成本低、效率高、污染小
22、、使用温度宽以及制作电池的原材料丰富等。表表1-3 1-3 各各类动类动力力储储能装置的性能能装置的性能优优缺点比缺点比较较电池类型单体电池电压/V比能量/(Wh/kg)比功率/(W/kg)寿命/次优点缺点铅酸蓄电池2.0354050400800技术成熟、原料丰富、价格低、温度特性好比能量和比功率较低、寿命短、存在铅毒等污染镍氢蓄电池1.2557016050600放电倍率高、免维护自放电高、单体电压低锂离子电池3.61103001000以上比能量大、寿命长成本高、须有保护电路聚合物锂电池3.8150315约800比能量大、超薄化成本高磷酸铁锂电池3.2100-2000寿命长、安全性好、体积大锌
23、空气电池-180230小-比能量大比功率低铝空气电池-350小长比能量大、成本低比功率低超级电容-小1000万次以上比功率大、寿命超长比能量小高速飞轮-较小大长比功率大、寿命长比能量较小燃料电池-寿命长、效率高、污染小、噪声低、可快速补充能源和连续工作目前存在制氢、储氢的成本和安全等问题，有待进一步探索提高来解决各类动力储能装置的性能比较各类动力储能装置的性能比较3.性能比较性能比较电池电池种类种类比能量比能量/Wh/kg/Wh/kg比功率比功率/W/kg/W/kg寿命寿命/次次生生 产产 公公 司司优点优点缺缺 点点铅酸铅酸353540408080300300400-1000400-1000
24、通通用用、丰丰田田 、福福特特原原材材料料丰丰富富、价价格格低低、技技术术成熟成熟能能量量密密度度太太低低、寿寿命命短短Ni-CdNi-Cd5050606020020050050010001000以上以上雷雷 诺诺、MicrocarMicrocar、Seer Seer VoltaVolta、标致标致-雪铁龙雪铁龙循循环环寿寿命命长长，比能量较高比能量较高重重金金属属镉镉的的污污染染严严重重，有记忆效应有记忆效应Zn-Zn-空气空气2002003003007070短短美美国国CRXCRX、Electric FuelElectric Fuel比能量大比能量大寿寿命命短短，比比功功率率小小，不不能能
25、输输出出大大电电流流及及难难以充电以充电Na-SNa-S10910915015010001000以上以上美美国国福福特特、德德国国ABBABB比比能能量量大大，寿寿命命长长，转转换换 效效率高率高使使用用温温度度高高，存存在在高高温温腐腐蚀蚀，性性能能不不够够稳稳定，使用不安全定，使用不安全Na-NiClNa-NiCl2 212012015015010001000德德国国AEG AEG AngloAnglo、Daimler Daimler BenzBenz、宝马宝马比比能能量量大大，寿寿命命长长，转转换换效效率高率高 工作温度高工作温度高Ni-MHNi-MH70-70-808020020015
26、00150010001000以上以上美美国国OVONICOVONIC、通通用用、福福特特、法法国国SAFTSAFT、日日本本东东北北电电力力、松松下下、丰丰田等田等比比能能量量大大，比比功功率率高高，可可高高倍倍率率放放电电，循循环环寿寿命命长长，无无记记忆忆效效应应，无无污污染染，免免维维护护，安全可靠安全可靠 成本较高成本较高LiLi离子离子606015015080802000200010001000以以上上日日 产产、VartaVarta、PolysterPolyster、SonySony、ChryslerChrysler比比能能量量大大，单单体电压高体电压高一一致致性性差差，安安全全性
27、性不不高，价格较贵高，价格较贵电池能量密度和比能量的变化电池能量密度和比能量的变化 汽车的续驶里程、车速等与蓄电池的放电电流、放电端电压、效率、输汽车的续驶里程、车速等与蓄电池的放电电流、放电端电压、效率、输出功率等密切相关。出功率等密切相关。放电特性放电特性通常可表示为通常可表示为:U0Ub+Ib Ri式中：式中：U0蓄电池的开路端电压蓄电池的开路端电压(V)；Ub蓄电池放电时的端电压蓄电池放电时的端电压(V)；Ib蓄电池的放电电流蓄电池的放电电流(A)；Ri蓄电池的内阻蓄电池的内阻().输出功率输出功率 PbIb UbIb(U0-Ib Ri)效率效率:b(Ib Ub)(Ib U0)(U0-
28、Ib Ri)U01-(Ib Ri)U0 蓄电池能输出的最大功率为蓄电池能输出的最大功率为:PbmaxU02(4 Ri)输出最大功率时的放电电流为输出最大功率时的放电电流为:IbmaxU0(2 Ri)电流、功率和效率的关系电流、功率和效率的关系放电电流放电电流Ib 与输出功率与输出功率 Pb、蓄电池的开路端电压、蓄电池的开路端电压U0和放电时的端电压和放电时的端电压Ub 之间的关系如下图所示。之间的关系如下图所示。初步确定蓄电池的单电池数量初步确定蓄电池的单电池数量假设某假设某HEV需要的最大电功率为需要的最大电功率为30kW，单节电池的开路端电压，单节电池的开路端电压U0=2 V，蓄电池的内阻
29、蓄电池的内阻Ri=0.015。试计算所需电池数量。试计算所需电池数量。则单节蓄电池能输出的最大功率则单节蓄电池能输出的最大功率Pbmax=22(40.015)=66.66W，所，所需蓄电池的单电池节数需蓄电池的单电池节数n=30000/66.66=450节。节。四、四、蓄电池充电原理与充电器蓄电池充电原理与充电器充电方法与充电过程充电方法与充电过程 1.1.充电方法充电方法 蓄电池的充电可分为恒蓄电池的充电可分为恒(定定)流充电、恒流充电、恒(定定)压充电和脉冲快速充电三种不同的充电方法。压充电和脉冲快速充电三种不同的充电方法。(1)(1)恒流充电恒流充电充电过程中使充电电流保持不变的充电方法
30、充电过程中使充电电流保持不变的充电方法优点：适应性好、容易将蓄电池完全充足，并有益于延长寿命。优点：适应性好、容易将蓄电池完全充足，并有益于延长寿命。缺点：充电过程中需根据逐渐升高的蓄电池电动势调节充电电压，以保持充电电流不变，充电时缺点：充电过程中需根据逐渐升高的蓄电池电动势调节充电电压，以保持充电电流不变，充电时间也较长。间也较长。涓流充电：涓流充电：恰好能抵消电池自放电的一种充电方法，该充电速率对满充电的电池长期充电有利；恰好能抵消电池自放电的一种充电方法，该充电速率对满充电的电池长期充电有利；最小电流充电：最小电流充电：能使深度放电的电池有效恢复电池容量的前提下，把充电电流尽可能地调整
31、到最能使深度放电的电池有效恢复电池容量的前提下，把充电电流尽可能地调整到最小的方法；小的方法；标准充电：标准充电：采用标准速率充电，充电时间为一定值；采用标准速率充电，充电时间为一定值；高速率充电：高速率充电：在在3h3h内就能充满电的方法，需要自动控制保护电路。内就能充满电的方法，需要自动控制保护电路。(2)(2)恒压充电恒压充电充电过程中保持充电电压不变的充电方法充电过程中保持充电电压不变的充电方法 充电电流随蓄电池电动势的升高而逐渐减小。充电电流随蓄电池电动势的升高而逐渐减小。充电电压过高会造成充电初期充电电压过高会造成充电初期充电电流过大和过充电，如果电压过低则会使蓄电池充电不足。充电
32、电流过大和过充电，如果电压过低则会使蓄电池充电不足。优点：充电时间短、充电过程无需调节电压，较适合于补充充电；优点：充电时间短、充电过程无需调节电压，较适合于补充充电；缺点：不易完全充足，充电初期大电流充电对极板会有不利的影响。缺点：不易完全充足，充电初期大电流充电对极板会有不利的影响。(3)(3)脉冲充电脉冲充电充电过程中电流、电压不断变化的充电方法充电过程中电流、电压不断变化的充电方法通常，先用脉冲电流对电池充电，然后让电池短时间、大脉冲放电，在整个充通常，先用脉冲电流对电池充电，然后让电池短时间、大脉冲放电，在整个充电过程中使电池反复充、放电，达到快速充电的目的。电过程中使电池反复充、放
33、电，达到快速充电的目的。2.充电过程充电过程 理想的充电过程应分为理想的充电过程应分为预充电、快速充电、补足充电、涓流充电预充电、快速充电、补足充电、涓流充电四个阶段。四个阶段。前前240s为预充电为预充电；其后为快速充电，电流一般在；其后为快速充电，电流一般在l C以上，快速充电时间由电池容量和以上，快速充电时间由电池容量和充电速率决定充电速率决定；快速充电结束时电池并未充足，为了保证电池充入；快速充电结束时电池并未充足，为了保证电池充入100的电量，还的电量，还应增加补足充电过程应增加补足充电过程；补足充电的速率为；补足充电的速率为0.2C左右，在补足充电过程中，当电池温度左右，在补足充电
34、过程中，当电池温度上升到超过上升到超过55时，应使充电器自动转入涓流充电过程。时，应使充电器自动转入涓流充电过程。安装了控制器的智能充电器的充电过程安装了控制器的智能充电器的充电过程3 3脉冲快速充电脉冲快速充电小电流充电，电池内产生的热量能够自然散去，温度不致过高，且不会产生过多小电流充电，电池内产生的热量能够自然散去，温度不致过高，且不会产生过多的气体，但充电时间太长，无法满足的气体，但充电时间太长，无法满足HEVHEV的使用要求。的使用要求。(1)(1)快速充电的理论基础快速充电的理论基础快速充电需要研究和解决的关键问题是快速充电需要研究和解决的关键问题是蓄电池充电可接受电流蓄电池充电可
35、接受电流和和充电极化充电极化问题。问题。充电接受能力是指在电解液只产生微量分解析气的前提下所能够接受的最大充电电充电接受能力是指在电解液只产生微量分解析气的前提下所能够接受的最大充电电流：流：I=II=I0 0e e-at-at I I表示在充电过程中某一时刻表示在充电过程中某一时刻t t蓄电池的充电可接受电流；蓄电池的充电可接受电流；I I0 0表示开始充电时蓄表示开始充电时蓄电池的充电可接受电流；电池的充电可接受电流；a a表示充电可接受电流衰减常数。表示充电可接受电流衰减常数。在充电的任一时间在充电的任一时间t t，只，只要充电电流大于当时的可接受电流，就会出现要充电电流大于当时的可接受
36、电流，就会出现“过充电过充电”的现象。的现象。缩短充电时间的有效方法是使充电电流尽可能接近可接受电流。缩短充电时间的有效方法是使充电电流尽可能接近可接受电流。(2)脉冲快速充电法脉冲快速充电法原理原理：利用蓄电池充电初期可以接受大电流的特点，在充电初期，采用大电流：利用蓄电池充电初期可以接受大电流的特点，在充电初期，采用大电流(铅酸电铅酸电池时：池时：0.81C20)对蓄电池进行定流充电，使蓄电池在短时间内达到对蓄电池进行定流充电，使蓄电池在短时间内达到60左右的容量；左右的容量；当单格电池电压达到当单格电池电压达到2.4V(铅酸电池铅酸电池)，电解液开始冒气泡时，则通过脉冲充电方法消，电解液
37、开始冒气泡时，则通过脉冲充电方法消除极化。除极化。第一步第一步：用：用0.81C20电流对蓄电池进行定流充电；电流对蓄电池进行定流充电；第二步第二步：停止充电：停止充电25ms左右，使欧姆极化消失，依靠扩散作用，使浓差极化部分消失；左右，使欧姆极化消失，依靠扩散作用，使浓差极化部分消失；第三步第三步：放电，放电的脉宽一般为：放电，放电的脉宽一般为1501500s，最大幅度为，最大幅度为1.53倍的充电电流倍的充电电流(反反向电流向电流)，以消除电化学极化的电荷积累和极板孔隙中形成的气体；，以消除电化学极化的电荷积累和极板孔隙中形成的气体；第四步第四步：停止充电：停止充电25ms。优点：能够缩短
38、充电时间优点：能够缩短充电时间(初充电不超过初充电不超过5h，补充充电只需，补充充电只需0.51.5h)，分解析气量，分解析气量小，污染小，效率高。小，污染小，效率高。缺点缺点：不能将蓄电池完全充足，：不能将蓄电池完全充足，且对蓄电池的寿命有不利的影响。且对蓄电池的寿命有不利的影响。(3)快速充电终止控制方法快速充电终止控制方法 常见的快速充电终止控制方法有定时控制、温度控制和电压控制等。常见的快速充电终止控制方法有定时控制、温度控制和电压控制等。n 定时控制定时控制 根据电池的容量和充电电流，根据电池的容量和充电电流，计算所需的充电时间，如对镍镉电池而言，采计算所需的充电时间，如对镍镉电池而
39、言，采用用1.25C充电速率时，电池充电速率时，电池l h可充足；采用可充足；采用2.5C充电速率时，充电速率时，30min可充足。可充足。只有充电速率小于只有充电速率小于0.3C时才允许采用这种方法。时才允许采用这种方法。n温度控制温度控制 通常，当电池温度上升到规定数值后，立即停止快速充电。为了实现这个功能，通常，当电池温度上升到规定数值后，立即停止快速充电。为了实现这个功能，必须对电池的温度进行检测和控制。常用的温度控制方法有：必须对电池的温度进行检测和控制。常用的温度控制方法有：（1）最高温度法）最高温度法：当充电过程中电池温度达到：当充电过程中电池温度达到45时，立即停止快速充电。时
40、，立即停止快速充电。用与电池安装在一起的热敏电阻检测电池温度。用与电池安装在一起的热敏电阻检测电池温度。缺点是缺点是热敏电阻的响应时间较热敏电阻的响应时间较长，长，且电池的最高工作温度与环境温度有关；且电池的最高工作温度与环境温度有关；（2）温升）温升(T)：当电池的温升达到规定值后，立即停止快速充电。当电池的温升达到规定值后，立即停止快速充电。优点优点是是可可消除环境温度的影响消除环境温度的影响；缺点是缺点是必须用两只热敏电阻必须用两只热敏电阻；（3）温度变化率）温度变化率(T t)：电池充足电后，温度迅速上升，而且上升速率：电池充足电后，温度迅速上升，而且上升速率T t基本相同，当电池温度
41、每分钟上升基本相同，当电池温度每分钟上升1时，应当立即终止快速充电，时，应当立即终止快速充电，（4）最低温度）最低温度(Tmin)：当电池温度低于：当电池温度低于10时，采用大电流快速充电，会影响时，采用大电流快速充电，会影响电池的寿命。电池的寿命。n 电压控制电压控制 （1）最高电压法）最高电压法:在充电过程中，当电池电压达到规定值后，应立即停止快速充在充电过程中，当电池电压达到规定值后，应立即停止快速充电。电。缺点是缺点是难以精确判断电池已充足。由于电池充足的最高电压随充电速率、环难以精确判断电池已充足。由于电池充足的最高电压随充电速率、环境温度境温度而变化，并且电池组中各单体电池的最高充
42、电电压有所区别，因此用于确而变化，并且电池组中各单体电池的最高充电电压有所区别，因此用于确定终止快速充电的时间的最高电压值事先难以准确给出。定终止快速充电的时间的最高电压值事先难以准确给出。（2）电压负增量）电压负增量(U)法法:由于电池电压的负增量与电池组的绝对电压无关，由于电池电压的负增量与电池组的绝对电压无关，且不受充电速率和环境温度等且不受充电速率和环境温度等的影响。因此，的影响。因此，可以认为充电过程中电压出现负增可以认为充电过程中电压出现负增量的时刻就是电池已充足电的时刻。量的时刻就是电池已充足电的时刻。缺点是缺点是电池电压出现负增量后，电池已经过电池电压出现负增量后，电池已经过充
43、电。另外，此法对经过较长时间后电池电压才出现负增量的电池充电。另外，此法对经过较长时间后电池电压才出现负增量的电池(如镍氢电池如镍氢电池)，将导致严重的过充电。，将导致严重的过充电。（3）电压零增量）电压零增量(0U)法法:n 综合控制综合控制1、种类、种类 直接充电器直接充电器 带过压、欠压保护电路、电池反接保护电路等功能的自动带过压、欠压保护电路、电池反接保护电路等功能的自动（智能）充电器（智能）充电器 2、组成、组成 降压电路降压电路：变压器降压和电容降压两大类；：变压器降压和电容降压两大类；整流电路整流电路：单向半波、全波、桥式全波整流等多种形式；：单向半波、全波、桥式全波整流等多种形
44、式；控制电路控制电路：各种保护电路各种保护电路：充电器充电器自动充电器的组自动充电器的组成框图成框图电动汽车的蓄电池充电器电动汽车的蓄电池充电器 1、基本功能基本功能：对市电进行电力对市电进行电力转换转换并提供直流电；供给与蓄电池额定条件相并提供直流电；供给与蓄电池额定条件相对应的电力；当蓄电池充满后自动停止充电。对应的电力；当蓄电池充满后自动停止充电。2、类型：、类型：车载和非车载两种车载和非车载两种；接触式和感应式接触式和感应式 车载充电器一般设计为小充电率，充电时间长车载充电器一般设计为小充电率，充电时间长（58h）。）。充电器和电池充电器和电池管理系统管理系统（负责监控蓄电池的电压、温
45、度和荷电状态负责监控蓄电池的电压、温度和荷电状态）均安）均安装在装在汽车汽车上，相互上，相互之间容易利用电动汽车的内部线路网络进行通讯。之间容易利用电动汽车的内部线路网络进行通讯。非车载充电器一般设计为大充电率，质量和体积也较大非车载充电器一般设计为大充电率，质量和体积也较大。与。与电池管理系电池管理系统在物理位置上是分开的。统在物理位置上是分开的。接触式接触式(亦称耦合或亦称耦合或传导传导式式)：将一根将一根带带插插头头的交流的交流动动力力电缆线电缆线直接插到直接插到电动电动汽汽车车的插座中的插座中给电给电池充池充电电。特点：特点：简单简单、效率高、效率高、不足主要是充不足主要是充电电电电流
46、小，充流小，充电时间长电时间长。感感应应式：式：通通过电过电磁感磁感应应耦合的方式耦合的方式进进行能量行能量转换转换从而从而给电给电池充池充电电。特点：特点：使用方便，在使用方便，在恶恶劣的气候劣的气候环环境下境下进进行充行充电电也无触也无触电电的危的危险险。充。充电电器将器将5060Hz的普通的普通电转换电转换成成80300Hz的高的高频电频电，然后将高，然后将高频频交流交流电电感感应应到到电动电动汽汽车车上。充上。充电时间电时间大大大大缩缩短。短。蓄电池监测系统蓄电池监测系统1 1、必要性必要性(1)(1)动力蓄电池在动力蓄电池在制造过程中制造过程中，制作工艺等的差别，导致即使同一批次的电
47、池，也存，制作工艺等的差别，导致即使同一批次的电池，也存在着在着容量、端电压等的差异容量、端电压等的差异；(2)(2)蓄电池组在蓄电池组在使用过程中使用过程中，有时会，有时会出现出现单只电池损坏单只电池损坏的情况，若未能及时发现这种的情况，若未能及时发现这种情况，将导致其它蓄电池的性能受到严重影响，进而造成蓄电池组的损坏。情况，将导致其它蓄电池的性能受到严重影响，进而造成蓄电池组的损坏。2 2、组成组成：电池状态监测系统、控制系统、电池状态监测系统、控制系统、CPUCPU及显示系统等组成。及显示系统等组成。监测的电池主要参数有：监测的电池主要参数有：电压、内阻、电解液浓度及充电温度等、电压、内
48、阻、电解液浓度及充电温度等、电压的测量方法有电阻分压法、继电器开关切换法和分布式电压测量法等电压的测量方法有电阻分压法、继电器开关切换法和分布式电压测量法等 CPUCPU根据输入的电池和汽车运行状态等参数向控制系统发出控制指令及显示有根据输入的电池和汽车运行状态等参数向控制系统发出控制指令及显示有关参数；显示系统实时显示电池的电压、温度等工作状态参数。关参数；显示系统实时显示电池的电压、温度等工作状态参数。五、几种典型的二次电池五、几种典型的二次电池1、铅酸蓄电池铅酸蓄电池以酸性水溶液为电解质的蓄电池以酸性水溶液为电解质的蓄电池 铅酸蓄电池是一种酸蓄电池，其特点是电极材料为铅及其氧化物。铅酸蓄
49、电池是一种酸蓄电池，其特点是电极材料为铅及其氧化物。分类：半密封式及密封式；排气式和非排气式；贫液式和富液式；动力用和起分类：半密封式及密封式；排气式和非排气式；贫液式和富液式；动力用和起 动机用；动机用；装有密封气阀的密封铅酸电池常称为阀控铅酸蓄电池。装有密封气阀的密封铅酸电池常称为阀控铅酸蓄电池。装有密封气阀的密封铅酸电池常称为阀控铅酸蓄电池。装有密封气阀的密封铅酸电池常称为阀控铅酸蓄电池。编号：编号：电动道路车辆用铅酸蓄电池电动道路车辆用铅酸蓄电池GB/T 18332.1-2001的命名规则；的命名规则；蓄电池型号蓄电池型号标称电压标称电压/V额定容量额定容量C3/Ah外形尺寸外形尺寸m
50、m重量重量(包括液包括液体体)/kg长长宽宽总高总高6DM556DM5512125555388388116116175175236DW1206DW1201212120120453453180180265265506DW1506DW150121215015050050018018028828860注：根据电动道路车辆发展的需要，可增加新的规格、型号和标准的外形尺寸。注：根据电动道路车辆发展的需要，可增加新的规格、型号和标准的外形尺寸。阀控密封式铅酸蓄电池以阀控密封式铅酸蓄电池以“m”表示表示;免维护铅酸蓄电池以免维护铅酸蓄电池以“w”表示表示;水平铅酸蓄电池以水平铅酸蓄电池以“s”表示。表示。可