新能源汽车动力电池与驱动电机.ppt

1、2022/10/8,动力电池,动力电池能量管理系统,驱动电机,驱动电机管理系统,项目一,项目二,项目三,项目四,项目五,动力驱动单元,项目一 动力电池,项目一 动力电池,动力电池，又称动力蓄电池、高压电池包，是纯电动汽车和油电混合动力汽车的重要能量存储动力源，在电动汽车上发挥着非常重要的作用。因此认识与学习动力电池是掌握新能源汽车知识的关键，本项目主介绍纯电动汽车和混合动力汽车动力电池的类型、特点、内部组成结构等，包含以下4个任务：任务1 动力电池认知；任务2 动力电池组分解与组装；任务3 动力电池冷却系统检修；任务4 动力电池的性能检测。通过以上4个任务的学习，你能够了解动力电池的主要类型，

2、熟悉动力电池的工作原理，掌握动力电池的分解、组装和检测方法，能够归纳分析市场上主要动力电池的类型特点，为电动汽车的维护奠定基础。,任务1 动力电池认知,提出任务 作为新能源汽车专业的学生，你能够正确区分一辆电动汽车动力电池的类型和工作原理吗？你的主管让你更换动力电池总成，你能完成这个任务吗？,任务1 动力电池认知,任务要求知识要求 1能够描述新能源汽车动力电池的作用和类型；2能够描述新能源汽车动力电池的工作原理；3能够描述常见车型动力电池的安装位置。能力要求 能够进行动力电池总成的拆卸与安装。,任务1 动力电池认知,相关知识 1电池与能量储存 将化学能转换成电能的装置称为化学电池，通常简称为电

3、池。电池放电后，能够用充电的方式使内部活性物质再生把电能储存为化学能，需要放电时，再次把化学能转换为电能，这类电池称为蓄电池，一般又称二次电池。,任务1 动力电池认知,电池的发展史由1836年丹尼尔电池的诞生到1859年铅酸电池的发明，至1883年发明了氧化银电池，1888年实现了电池的商品化，1899年发明了镍镉电池，1901年发明了镍铁电池，进入20世纪后，电池理论和技术处于一度停滞时期。但在第二次世界大战之后，电池技术又进入快速发展时期。首先，为了适应重负荷用途的需要，发展了碱性锌锰电池，1951年实现了镍镉电池的密封化。1958年Harris提出了采用有机电解液作为锂一次电池的电解质，

4、20世纪70年代初期便实现了军用和民用。随后基于环保考虑，研究重点转向蓄电池。镍镉电池在20世纪初实现商品化以后，在20世纪80年代得到迅速发展。随着人们环保意识的日益增加，铅、镉等有毒金属的使用日益受到限制，因此需要寻找新的可代替传统铅酸电池和镍镉电池的可充电电池。锂离子电池自然成为有力的候选者之一，1990年前后发明了锂离子电池，1991年锂离子电池实现商品化，1995年发明了聚合物锂离子电池（采用凝胶聚合物电解质为隔膜和电解质），1999年开始商品化。,任务1 动力电池认知,2动力电池的作用 动力电池的作用是接收和储存由车载充电机、发电机、制动能量回收装置或外置充电装置提供的高压直流电，

5、并且为电动汽车提供高压直流电。动力电池是纯电动汽车的核心部件，也是新能源汽车上价格最高的部件之一。动力电池的性能好坏直接决定了这辆车的实际价值。应用在电动汽车上的储能技术主要是电化学储能技术，即铅酸、镍氢、锂离子等电池储能技术。作为电动汽车的动力源，动力电池技术是电动汽车的核心技术，更是电气技术与汽车行业的关键结合点，一直制约着电动汽车的发展。近年来，随着电动汽车动力电池技术的研发受到各国能源、交通、电力等部门的重视，电池的多种性能得到了提高，如我国就在锂离子电池技术方面取得了突破性进展。,任务1 动力电池认知,动力电池一旦失效，车辆就会处于瘫痪状态。动力电池属于高压安全部件，内部机构复杂，工

6、作时需要很苛刻的条件，任何异常因素都将导致动力被切断，因此对动力电池的诊断与测试就需要丰富的动力电池的基础技术知识，对动力电池组的更换更需要专业规范的操作。,任务1 动力电池认知,3动力电池的类型 新能源汽车上所使用的动力电池种类繁多，外形差别较大，按其工作性质和使用特征的不同，可分为一次电池、二次电池、储备电池和燃料电池等。其中储备电池和燃料电池属于特殊的一次电池。1）一次电池（原电池）一次电池是放电后不能用充电的方法使它复原的电池。这种类型的电池只能使用一次，放电后电池只能被遗弃。这类电池不能再充电的原因，或是电池反应本身不可逆，或是条件限制使可逆反应很难进行，如锌锰干电池、锌汞电池、银锌

7、电池。,任务1 动力电池认知,2）二次电池（蓄电池）二次电池是放电后可用充电的方法使活性物质复原而能再次放电，且可反复多次循环使用的电池。这类电池实际上是一个化学能量储存装置，用直流电将电池充足，这时电能以化学能的形式储存在电池中，放电时，化学能再转换为电能，如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、锌空气电池等。3）储备电池（激活电池）储备电池是正、负极活性物质和电解液不直接接触，使用前临时注入电解液或用其他方法使电池激活的电池。这类电池的正、负极活性物质化学易变质或自放电，因与电解液的隔离而基本上被排除，从而使电池能长时间储存，如镁银电池、钙热电池、铅高氯酸电池。,任务1 动力电池认知,

8、4）燃料电池（连续电池）燃料电池是只要活性物质连续地注入电池，就能长期不断地进行放电的一类电池。它的特点是电池自身只是一个载体，可以把燃料电池看成是一种需要电能时将反应物从外部送入的一种电池，如氢燃料电池。需要说明的是，上述分类方法并不意味着某一种电池体系只能分属一次电池、二次电池、储备电池或燃料电池。某一种电池体系可以根据需要设计成不同类型的电池。如锌银电池，可以设计成一次电池，也可以设计成二次电池或储备电池。目前电动汽车上二次电池的主要类型有铅酸蓄电池、镍氢蓄电池、锂离子电池。,任务1 动力电池认知,4动力电池的工作原理 以下介绍动力电池主要类型，即铅酸蓄电池、镍氢蓄电池和锂离子电池的工作

9、原理。1）铅酸蓄电池 铅酸蓄电池，是一种电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的蓄电池，如图1-1-1所示。,图1-1-1 铅酸蓄电池,任务1 动力电池认知,铅酸蓄电池以稀硫酸酸性水溶液为电解质，铅酸蓄电池的正极为PbO2，负极为海绵状Pb，故称为铅酸蓄电池。铅酸蓄电池使用了近百年，是目前唯一大量使用的车载动力电池，与其他动力电池相比，具有性能可靠、技术成熟、价格便宜；大功率性能优异、电压平稳、安全性好；维护简便或者免维护；适用范围广、原材料丰富；自放电低，回收技术成熟等优点，国内外的第一代电动汽车广泛使用了铅酸蓄电池，目前，已经有很多专业公司研制和开发了多种新型铅酸蓄电池，使得铅酸蓄电

10、池的性能有了较大的提高。但由于其能量密度低、循环寿命短、质量大、过充过放性能差等缺点。不符合环保与高效的要求，今后将逐渐被淘汰。,任务1 动力电池认知,铅酸蓄电池的基本单元是单体电池（Battery Cell），每个单体电池都是由正极板、负极板和装在正极板和负极板之间的隔板组成。每个单体电池的基本电压为2V，然后将不同容量的单体电池按使用要求进行组合，装置在不同的塑料外壳中，来获得不同电压和不同容量的铅酸蓄电池。铅酸蓄电池总成经过灌装电解液和充电后，就可以从铅酸蓄电池的接线柱上引出电流。有的铅酸蓄电池采用密封、无锡网隔板等技术措施，并在普通铅酸蓄电池的电解液中加入硅酸胶之类的凝聚剂。使电解质成

11、为胶状物，形成一种“胶体”电解质，采用“胶体”电解质的铅酸蓄电池，使用起来更加方便。,任务1 动力电池认知,典型的铅酸蓄电池是阀控式密封铅酸蓄电池（AGM电池）。近年来，阀控式密封铅酸蓄电池被广泛地用于传动汽油车和一些低速纯电动汽车上，如图1-1-2所示。如果与小型的镍镉电池或镍氢电池等密封型电池比较，阀控式密封铅酸蓄电池则是一种阀门开启压力相当低的电池，在充电过程中利用负极吸收反应消耗正极上所产生的氧气并使之处于密封状态，未能吸收完的剩余氧气将通过控制阀向外界排出，负极吸收反应是指充电过程中正极所产生的氧气与负极的铅发生反应生成氧化铅，氧化铅又与电解液中的硫酸起反应生成硫酸铅，硫酸铅通过再次

12、充电又被还原为铅的一整套循环。由于在整个充电过程中将持续进行这样的循环，因此能始终保持密封的状态。但是，液体式铅酸蓄电池中充足的电解液会阻碍氧气的移动，因此在阀控式密封铅酸蓄电池中采用了一种被称为AGM隔板的超细玻璃纤维隔板，电解液将限制该隔板所能吸收的氧气量并使氧气平稳地向负极移动。另外，因电解液的量受到了限制，因此即使蓄电池发生翻倒，电解液也不会泄漏；而且由于极板群是被栅网状的隔板牢固压紧的，因此它还具有因正极难以老化而延长寿命的特点。,任务1 动力电池认知,图1-1-2 阀控式密封铅酸蓄电池,任务1 动力电池认知,玻璃微纤维蓄电池隔板是指用玻璃微纤维作为原料生产的蓄电池隔板，其不含任何有

13、机黏结剂，用直径约1m的玻璃微纤维采用湿法制造而成，玻璃微纤维隔板（AGM）是阀控式铅酸蓄电池的关键材料之一。国内普遍采用高碱和中碱玻璃纤维混合原料，而国外则一般使用高碱玻璃纤维作为原料。,任务1 动力电池认知,阀控式铅酸蓄电池是一种免维护蓄电池，由于免维护铅酸蓄电池在使用中不会出现极板短路、活性物质脱落、水分损失等问题，从而提高了使用寿命，其结构特点主要有以下几点：（1）免维护蓄电池的正极栅板架一般采用铅钙合金或低锑合金制作，而负极栅板架均用铅钙合金制作，以此来减小极板短路和活性物质脱落。（2）隔板的材料一般为超细玻璃微纤维，或将其正极板装在袋式隔板内。（3）采用紧装配结构的极板组。（4）单

14、格极板组之间采取内连式接法，正、负极桩位于密封式壳体的外部。（5）壳体上部设有收集水蒸气和硫酸蒸气的集气室，待其冷却后变成液体重新流回电解槽内。,任务1 动力电池认知,2）镍氢蓄电池 镍氢蓄电池是由氢离子和金属镍合成，电量储备比镍镉蓄电池多30%，比镍镉电池更轻，使用寿命也更长。（1）镍氢蓄电池的原理。镍氢蓄电池的充放电反应一般如下所示。,任务1 动力电池认知,在实际电池中，正极和负极的反应生成物并不像上述反应式中那么简单，充电时，在正极氢氧化镍Ni（OH）i被氧化生成羟基氧化镍NiOOH和水。另一方面，水在负极被还原，在贮氢合金的表面生成氢原子，此氢原子被贮氢合金吸收发生反应，生成金属氢化物

15、。放电反应则与之相反。镍镉蓄电池的电池反应不同，在镍氢蓄电池中，充电时氢从正极向负极移动，放电时向反方向移动，其间并不伴随着电解液总量和浓度的增减。电解液中的OH虽然参与正极和负极的反应，但在电池反应中OH并没有增减。,任务1 动力电池认知,（2）混合动力汽车镍氢电池结构，搭载在混合动力汽车的镍氢电池是将84240个容量为66.5Ah的单体电池以串联方式连接后使用的。迄今为止已开发出了圆形和方形的混合动力汽车用的镍氢电池，如图1-1-3所示，近年来其输出功率密度正在逐年上升。尽管混合动力汽车用镍氢电池的电能量（容量）还不到电动汽车用镍氢电池的1/10，但是要求其具有与电动汽车相同的输出功率和再

16、生恢复性能。因此，正在通过多种技术领域致力于对单体电池或电池模块（由多个单体电池以串联方式连接而成的电池组）的研究开发工作。,任务1 动力电池认知,图1-1-3 混合动力汽车用镍氢电池的输出功率密度的变化,任务1 动力电池认知,图1-1-4表示的是圆柱密封型镍氢电池的单体电池结构（单一规格）及模块结构的示例。这种电池的结构是将以隔板作为间隔层的镍正极板和贮氢合金负极板卷成涡旋形后插入用金属制成的外壳内，正极和负极分别采用烧结式（或非烧结式）的镍正极和膏状的贮氢合金负极。封口的固定方法是把以绝缘热圈作为间隔的且具有再恢复功能的安全阀的封口板预先固定在电解槽的外壳上。为了在即使有大电流流过的瞬间也能阻止电池电压的下降或发热，正极和负极的集电体采用了尽可能降低连接电阻值的设计方法。由于单体电池连接成的模块将搭载在车辆上，因此模块必须具有承受剧烈振动的能力，并必须以很低的连接电阻来承担单体电池之间的电气连接，另外，能牢固支承模块的结构体也很重要。,任务1 动力电池认知,图1-1-4 混合动力汽车用圆柱形镍氢电池的单体电池和模块的结构,任务1 动力电池认知,采用碟形的连接环对单体电池之间进行电气