1、电动汽车,汽车工程系,课程简介,电动汽车是一门考察课理论学时36，实验学时4考试方式：大作业,本章问题,为什么要发展电动汽车？电动汽车有哪几种？国家863计划中的“三纵、三横”分别指什么？,第一章 绪论,1.1 21世纪汽车工业面临的挑战 1.2 电动车辆1.3 我国的电动车辆的研发情况1.4 道路工况模拟,1.1 21世纪汽车工业面临的挑战,能源短缺环境保护,1.1.1 能源短缺,目前世界范围内使用的主要能源有： 石油、煤、核能、水能、风能、潮汐、太阳能、人工合成燃料以及可再生能源等。1. 石油 使用率高，例如在航空、铁路、汽运、冶金、国防、化工等方面。按目前石油消耗水平，全球石油储备据预测
2、可以维持60-100年。 而其自身再生周期长，造成了石油匮乏的局面，世界范围内因抢夺石油而引发的战争也在逐日递增。2. 人工合成材料：天然气、氢气、甲醇等。 是可以直接作为发动机的原料。3. 其他能源：煤、核能、水能、风能、潮汐、太阳能、等。 都需要先转化为电能，从而加以利用或再转化。,1.1.2 环境保护,二氧化碳（CO2）温室效应一氧化碳（CO） 损害精神系统，引发“煤气中毒”氮氧化物（NOx） 刺激呼吸系统，形成酸雨碳氢化合物（HC） 刺激视觉和听力，产生癌变二氧化硫（SO2） 刺激呼吸系统，形成酸雨光化学烟雾刺激眼睛和粘膜、引发头痛、呼吸障碍等铅微粒（Pb）（铅是有毒金属）损害精神系统
3、，引发铅中毒碳微粒（C） 多由柴油汽车排出，刺激呼吸系统噪音,光化学烟雾,定义 氮氧化物和碳氢化合物(HC)在大气环境中受强烈的太阳紫外线照射后发生光化学反应而产生二次污染物，这种又一次污染物和二次污染物的混合物所形成的烟雾现象，称为光化学烟雾。,铅微粒,在汽车内添加铅的化合物，能够改善汽油的品质，提高汽油的“辛烷值”，增加汽油的抗爆性能。辛烷值：衡量汽油在气汽缸内抗爆震燃烧能力的一种数字指标，其值高表示抗爆性好。,噪音,汽车噪音的主要来源有：发动机工作中产生的噪音排气系统产生的噪音汽笛噪音,1.2 电动车辆,电动车辆的种类各国电动汽车的进展情况,1. 电动车辆的种类,广义上分为：外供电源式，
4、自携电源式自携电源式电动车辆分：EV、蓄电池电动汽车（纯电动汽车）FCEV、燃料电池汽车HEV、混合动力电动汽车（复合动力电动汽车） 混合动力电动汽车指由两种和两种以上的储能器、能源或转换器作驱动能源，至少有一种提供电能的车辆。4. 氢发动机汽车,EV,优点： 零污染，噪音小，特性稳定，易于控制，可实现再生制动，无复杂转动系统。缺点： 比功率低，比能量低，充电时间长，蓄电池组体积大，续驶里程低。,EV EV-1,FCHV,优点： 比功率较大，比能量较大，能量转换效率高，体积小。循环寿命长。缺点：氢燃料的制取、储存和运输困难。,FCEV -丰田FCHV-adv,混合动力系统由燃料电池和镍氢蓄电池
5、组成 . 采用燃料电池组的功率为90kW，镍氢蓄电池的输出功率为21kW.,HEV,优点：油耗，噪音，污染、较传统燃料汽车低缺点：依然消耗石油，有污染。,HEV 通用雪佛兰VOLT,已上市的小型混合动力汽车,2006,2004,2002,2000,36V,216V,273.6V,201.6V,346V,300V,GMC Sierra,Dodge Ram,Toyota Crown,Toyota Alphard,Nissan Tino,Lexus RX400h,Toyota Prius,Honda Insight,Honda Civic,Ford Escape,Saturn Vue,Toyota
6、Prius,2007,GM 800 Utilities,Honda Accord,电池电压 (V),氢发动机汽车,1.3 我国的电动车辆的研发情况,电动汽车的三纵发展电动汽车的三横发展,电动汽车的三纵发展,燃料电池汽车，纯电动汽车，混合动力汽车目标：表1-2,电动汽车的三横发展,动力控制系统，电机驱动系统，电池及其管理系统,1.4 道路工况模拟,参看图1-5,第二章 电动车辆,2.1 概论2.2 纯电动车2.3 燃料电池电动车2.3 混合动力电动车,2.1 概述,2.1.1 电动汽车的类型 1. 多电源电力混合驱动模式 2. 多动力源动力混合驱动模式,1. 多电源电力混合驱动模式,EV和FCE
7、V的区别,2. 多动力源动力混合驱动模式,HEV与传统内燃机不同,2.1.3电动汽车产业化,国家电动汽车产业化情况河南电动汽车产业化情况电动汽车标准制定情况,长城欧拉纯电动轿车,众泰纯电动轿车,日产NUVU纯电动轿车,丰田 FT-EV纯电动轿车,雪佛兰VOLT纯电动轿车,奇瑞A5混合动力车,上海大众途安混合动力车,纯电动汽车三菱MIEV,一汽混合动力车,长安混合动力车,比亚迪F6DM2,奔驰S400混合动力车,丰田FCHV-adv,丰田Hi-CT4,途锐混合动力车,凯迪拉克雷德HYbrid,燃料电池大巴,一汽混合动力大巴,雷天纯电动大巴,东风混合动力大巴,纯电动旅游客车,超级电容客车,南京依维
8、柯纯电动轻客,国家电动汽车产业化情况,“十城千辆”计划城市名单,财政部联合科技部推行的“十城千辆”节能和新能源车计划，准备用3至4年时间，每年发展10个城市，每个城市推出不少于1000辆新能源汽车开展示范运行。一年后的今天，参与“十城千辆”计划的城市名单已经增至13个，分别为：北京、上海、长春、大连、杭州、济南、武汉、深圳、合肥、长沙、昆明和南昌.,补贴标准根据2009年2月份财政部和科技部联合发布的节能与新能源汽车示范推广财政补助资金管理暂行办法，被纳入节能与新能源汽车示范推广应用工程推荐车型目录中的车型将按以下标准享受财政补贴：对乘用车和轻型商用车，混合动力汽车根据混合程度和燃油经济性分为
9、5档，最高每辆补贴5万元；纯电动汽车每辆补贴6万元；燃料电池汽车每辆补贴25万元；长度10米以上的城市公交客车、混合动力客车每辆补贴5万-42万元，纯电动和燃料电池客车每辆分别补贴50万元和60万元。参与示范的13个城市的地方财政也要安排配套资金，对节能与新能源汽车购置、配套设施建设及维护保养等相关支出给予适当补助。,列入十城千辆工程推荐目录的车型,截至目前，工业和信息化部公布了两批节能与新能源汽车示范推广应用工程推荐车型目录，涉及24种车型。,第一批推荐车型,于2009年8月确定的第一批节能与新能源汽车示范推广应用工程推荐车型共有4款商用车、1款乘用车共5款车型入选，分别为：南京汽车集团有限
10、公司生产的依维柯纯电动服务车（产品型号：NJ5056XFWD）；安徽江淮汽车股份有限公司生产的江淮纯电动电力工程车（产品型号：HFC5040XGCEVR）；湖南江南汽车制造有限公司生产的众泰电动轻型客车（产品型号： JNJ6400EVL）；江西江铃汽车集团改装车有限公司生产的江铃全顺纯电动服务车（产品型号：JX5041XEV-LI）；比亚迪汽车有限公司生产的比亚迪混合动力轿车（产品型号：QCJ7100ADM）。,第二批推荐车型,于2009年9月确定的第二批节能与新能源汽车示范推广应用工程推荐车型共有19种。,北京,北京：率先达到千辆规模，作为首都，北京在新能源示范运行方面走在其他城市前面。北京
11、市政府在新能源汽车采购方面给予了政策性资金倾斜，2009年用于纯电动汽车、混合动力汽车的市场财政经费达5.5亿元，已全部拨付到位。2009年，北京交付使用新能源汽车1000辆。,上海,上海：新能源公交线达30多条，上海以2010年世博会为契机，围绕“世博园区零排放，周边低排放”的目标，推广使用新能源汽车。2009年，上海已进入商业化运营的新能源汽车公交线路有30多条。2010年，上海新能源汽车示范运行规模将已经超过1000辆。,杭州,杭州：上路运营新能源汽车近300辆杭州示范推广试点起步早、基础好。政府大力支持，民营企业积极性高，投入大。2009年，已上路运营的新能源汽车近300辆。根据杭州市
12、的规划，到2012年将达到3000辆以上的新能源汽车应用规模。,深圳,深圳：投入101辆混合动力公交车。2009年，深圳已经投入使用了101辆混合动力公交车。根据深圳市节能与新能源汽车示范推广实施方案，到2012年，深圳全市公交、公务、私家车三个重点领域，将累计示范推广各类新能源汽车2.4万辆。为推广新能源汽车，深圳市政府投入20亿元以上，并将家用车纳入了示范推广方案，每辆补贴5万元。,大连,大连：投入77辆新能源公交车。2010年，大连市已投入使用92辆混合动力公交车和15辆纯电动客车。根据计划，到2012年，大连将实现超过2400辆。,长春,长春：主推一汽混合动力客车。在2010年初，长春
13、已有100辆气电混合动力公交车投放在人民大街6路公交线上。2012年以前，长春市将有1000辆新能源公交车上线运营。,长株潭,长株潭：联动推广新能源汽车。2009年2012年，在湖南长沙、株洲、湘潭的城市公交、出租、公务、环卫、邮政、电力等公共服务领域，将推广混合动力公交车2000辆，混合动力出租车1200辆，混合动力专用车辆和旅游观光车辆800辆，合计4000辆。,重庆,重庆：新能源汽车产业联盟成立。重庆计划在2012年底前推广示范1150辆，具体组成简称“3721”。3即公务车推广300辆；7即出租车推广700辆；2即示范运行公交线路2条，示范推广公交车50辆；1即私家车100辆，组建1个
14、重庆新能源汽车产业化基地。,武汉,武汉：400辆混合动力公交车上路 2011 年底，武汉有1000 辆混合动力公交车上路运营。,合肥,合肥：电动公交车充电站初步建成。2009年12月28日，30辆纯电动公交车在合肥下线，投入18路公交线路运营。目前，合肥市电动汽车充电站已初步建成，充电站设计供电容量1260千瓦时，设置20个充电台位，可实现对20辆电动公交车同时充电。,河南电动汽车产业化情况,河南省政府出台10项电动汽车计划,2009年11月12日，河南省电动汽车产业发展会提出，2009年-2010年两年，河南省已近在电动汽车产业方面实施10项计划，包括在郑州市区再开2条混合电动汽车公交示范线
15、路、推出中原城市群城际公交电动汽车示范线路、在省内3家5A级旅游景区开展电动汽车示范运营等。,10项行动计划分别是：,1、郑州在现有的K6、215两条线路混合动力客车示范运行、34路纯电动客车进行封闭性实验基础上，再开辟2条混合电动汽车公交示范线路， 2010年下半年开通投入30台车辆。,2、在新乡市推广电动汽车示范运营，范围包括城市公交、出租车和民用电动汽车等，由郑州海马提供小轿车100台，宇通客车和少林客车投入15台，2010年下半年已经投入运行。同时，2010年9月新能集团成立，标志着新乡市开始买入电动汽车生产行列。,3、以郑州为中心，以郑开、郑新城际公交电动化为重点，推出中原城市群城际
16、公交电动汽车示范线路。今明两年先开通2条试运行，计划投入电动客车20台。,4、在少林寺、云台山、龙门石窟3家5A级景区开展电动汽车示范运营；在郑州、洛阳高新技术开发区和郑州经济技术开发区区内开展封闭运营。,5、分别以郑州日产、宇通客车、海马郑州公司为依托，推动有实力关键零部件生产企业加盟，分别建立商用纯电动、混合动力、微型纯电动汽车产业化实体平台。,6、推动郑州、新乡进入国家第二批“十城千辆”试点城市。郑州、新乡市政府按国家有关部门要求上报材料、开展申报。,7、以省政府关于加快电动汽车产业发展的意见为依据，2009年年底前完成征求意见稿，2011年初已编制完成河南省电动汽车产业发展规划。,8、
17、在开封、商丘、鹤壁、南阳、许昌、三门峡等，选择具有一定生产技术条件和能力的企业，研制、规范生产微型、超微型电动汽车。2011年年底前完成基本情况调研。目标2015年全省推广电动汽车,四项电动汽车国家标准通过审查,2010年4月28日，电动汽车传导式充电接口、电动汽车充电站通用要求、电动汽车电池管理系统与非车载充电机之间的通讯协议、轻型混合动力电动汽车能量消耗量试验方法四项国家标准，通过全国汽车标准化技术委员会电动车辆分技术委员会审查。上述标准的制定，为建立健全中国新能源汽车标准体系，进一步推进新能源汽车产业发展奠定了基础。,2.2 EV,2.2.1 EV类型2.2.2我国和国外的EV,内燃机汽
18、车动力系统特点,电动汽车动力系统特点,内燃机车与蓄电池电动汽车的差别体现在以下三个方面：,1控制系统,电动汽车控制系统的基本功能就是实现对驱动电机的控制，对于不同的电机，控制系统的结构也有所不同。,2 驱动系统,驱动系统是电动汽车的心脏，它主要由电动机和减速器构成，其主要功能是使电能转变为机械能，并将能量传递到车轮使车辆行驶。目前，电动汽车常用的驱动电机有：交流异步电动机，永磁无刷电机，直流永磁有刷电机，开关磁阻电机等。目前比较流行的电机有：交流异步电动机、永磁无刷电动机和直流永磁有刷电动机。,3 电池组,电池组是电动汽车的能源，电池性能的优劣直接影响电动汽车的行驶性能，目前电动汽车广泛应用的
19、电池有：铅酸蓄电池，镍氢蓄电池，镍镉蓄电池，锂离子电池等。其中锂离子电池性能最优，但价格昂贵；铅酸蓄电池性能最差，但价格低廉，目前仍为电动客车广泛应用。,2.2.1 EV的类型,第一种分类方法根据动力（传输）系统组件的多少和布置形式分类第二种分类方法根据动力驱动控制系统的结构形式分类第三种分类方法根据蓄电池种类分类,根据动力系统组件的多少和布置形式分类,常规型EV无变速器型EV无差速器型EV电动轮型EV,常规型EV,无变速器型EV,无差速器型EV,电动轮型EV,根据动力驱动控制系统的结构形式分类,直流电动机驱动的电动汽车交流电动机驱动的电动汽车双电动机驱动的电动汽车（电动轮电动汽车）,根据蓄电
20、池种类分类,铅酸蓄电池电动汽车镍氢蓄电池电动汽车锂离子蓄电池电动汽车,电动汽车用蓄电池的主要性能指标,能量密度 比功率 比能量 功率密度 可靠性 寿命 价格,电动汽车可能采用的蓄电池概况,续表,2.2.2我国与国外的EV,2.3 燃料电池电动车辆,2.3.1 FCEV与传动内燃机车的区别2.3.2 FCEV的类型2.3.3 燃料电池的工作原理2.3.4 国内外FCEV的发展现状,燃料电池电动汽车（FCEV）,采用燃料电池作电源的电动汽车称为燃料电池电动汽车即Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV)。其动力源是用燃料电池发动机-电动机系统。燃料电池驱动系统是FCEV的核
21、心部分，不同燃料作为动力源，发电机系统组成是有差别的。目前，多以压缩氢气或液化氢气及作为基本燃料。,2.3.1 FCEV与传动内燃机车的区别,燃料电池汽车的基本构造,实例：丰田FCX系列图一,图二,图三,图四,2.3.2 FCEV的类型1)以氢气直接为燃料的FCEV 2）以甲醇或汽油等经过改质的产生氢气为燃料的FCEV,以氢为燃料的燃料电池发动机系统,氢气储存罐,氢气压力调节器,热交换器,氢气循环泵,5冷凝器、汽水分离器,水箱,水泵,空气压缩机,空气加湿、去离子过滤器,燃料电池组,11电源开关,12 DC/DC转换器,13逆变器,驱动电机,以甲醇为燃料的燃料电池发动机系统,甲醇储存罐,重整器带
22、燃烧气,H净化器,氢气净化泵,2.3.3 燃料电池的工作原理,燃料电池的基本结构,通用Hy-wire氢动三号由200块相互串联在一起的燃料电池块组成的电池组产生电力，通过68升的氢气储存罐向燃料电池组提供氢气。电池组所产生的电能输入电动机后，通过功率为60千瓦/82马力三相异步电机驱动车辆行驶，并几乎不产生任何噪音。氢储存罐分为两种，一种罐内储存的是温度为-253C的液态氢，另一种罐内储存的是承受最高压力可达700Pa的高压氢气。一次充气行驶里程分别可达400公里和270公里。,2.3.4 国内外FCEV的发展现状,通用Hy-wire氢动三号的电池组,燃料电池电动汽车总结,燃料电池电动汽车的种
23、类燃料电池电动轿车的安全系统燃料电池电动汽车的工作模式燃料电池电动汽车的性能燃料电池电动汽车应用中存在的主要问题,燃料电池电动汽车的种类,三种分类方法根据储能设备分类根据燃料特点分类根据燃料氢的储存方式分类,根据储能设备分类,纯燃料电池汽车复合式燃料电池汽车,根据燃料特点分类,直接燃料电池汽车重整燃料电池汽车,根据燃料氢的储存方式分类,压缩氢燃料电池汽车液氢燃料电池汽车合金（碳纳米管）吸附氢燃料电池汽车,燃料电池电动轿车的安全系统,FCEV的氢气监测系统FCEV的撞车保护装置,FCEV的撞车保护装置,燃料电池电动汽车的工作模式,燃料电池模式蓄电池模式蓄电池+燃料电池模式能量回馈模式,燃料电池电
24、动汽车的性能,汽车的性能指标动力性、油耗、制动性能、通过性、操控稳定性、平顺性、可靠性、噪音等级等FCEV关注指标续驶里程、最高速度、输出功率、最大转矩最高功率、燃料储存方式、储能装置等,燃料电池电动汽车应用中存在的主要问题,FCEV基本性能有待提高制造成本过高燃料供给体系的建成尚需要时间氢气的有效制取与储存,2.4 混合动力电动车辆,2.4.1定义和基本原理2.4.2混合动力电动汽车的种类及主要组成2.4.3混合动力电动汽车的工作过程2.4.4典型混合动力系统简介,2.4.1混和动力车的定义混合动力汽车的基本原理,2.4.2混合动力电动汽车的种类及主要组成,HEV分类串联式混合动力电动汽车并
25、联式混合动力电动汽车混联式混合动力电动汽车,HEV分类,根据混合动力电动汽车驱动桥的多少分（单驱动桥式，双驱动桥式）根据HEV动力系统特点分（SHEV,PHEV,PSHEV）根据电动机所起的作用分（起动电机式，驱动电机式）,串联式混合动力电动汽车,动力系统组成部分工作原理优点缺点,串联式混合动力电动汽车的工作原理。 在车辆行驶之初，蓄电池处于电量饱满状态，其能量输出可以满足车辆要求，辅助动力系统不需要工作； 电池电量低于60时，辅助动力系统起动： 当车辆能量需求较大时，辅助动力系统与蓄电池组同时为驱动系统提供能量； 当车辆能量需求较小时，辅助动力系统为驱动系统提供能量的同时，还给蓄电池组进行充
26、电。由于蓄电池组的存在，使发动机工作在一个相对稳定的工况，使其排放得到改善。,并联式混合动力电动汽车,定义工作原理优点缺点,混联式混合动力电动汽车,串联式 (fuel cell),混联式单轴驱动,混联式双轴驱动,2.4.3混合动力电动汽车的工作过程,单轴驱动的混合动力汽车的工作过程双轴驱动的混合动力汽车的工作过程,单轴驱动的混合动力汽车的工作过程,系统,双轴驱动的混合动力汽车的工作过程,2.4.4典型混合动力系统简介,丰田汽车公司的Prius（THS）日本富士重工业公司的SHEV影子RST-V混合动力侦察车,THS车低油耗的3个原因Prius发动机的机构特点,丰田汽车公司的Prius（THS）
27、,THS车低油耗的三个原因,THS采用的发动机有效热效率高于TVTHS发动机不在高油耗的低功率工况区域工作采取了能量回收系统Cd值=0.26 卓越的空气动力特性 采用轻型化设计，与以往相比，车辆整体重量约减轻140kg。,Prius发动机的机构特点,最高转速规定在4000r/min-减少摩擦VVT-i可变气门定时系统-发动机高效率工作高膨胀比循环-燃烧能量有效利用,日本富士重工业公司的SHEV,影子RST-V混合动力侦察车,动力部分优势节油噪音小，热特征不明显备用电源结构优势无机械传动装置双系统保障装配空气弹簧,混合动力汽车Honda Civic,轻度混合动力汽车-别克君越ECOHybrid
28、、雪佛兰Malibu,轻混的实质：,在传统发动机基础上，替换更大功率的起动机。当发动机关闭后，可以依靠这台起动电机快速将发动机拉到较高转速下重新启动发动机，这样可以令内燃机的起动更有效及节省汽油，同时这种车辆可以在减速、短时停车时关闭发动机以节省燃油。,红色部分为发动机工作状态，绿色部分为发动机断油状态，黄色部分为电动机介入工作部分。在实际行驶中，发动机工作状态占绝大多数运行时间，电动机仅在起步，加速等状态时短暂介入。,轻混动力汽车的工作过程：,本章重点,传统汽车、纯电动汽车、燃料电池电动汽车、混合动力电动汽车之间的区别和联系？纯电动汽车、燃料电池电动汽车、混合动力电动汽车的各个动力系统布局方
29、式有哪些？在不同布局方式下是怎样工作的？,电动汽车的关键技术包括：(1)动力蓄电池组(2)超级电容器(3)燃料电池发动机(4)电流变换器(5)电机及其控制系统,第3章 电动车辆共性关键技术装备,动力蓄电池组,目前已在电动汽车上应用的动力蓄电池主要包括：阀控铅酸电池（VRLA）、镍-镉电池（Ni-Cd）、镍-锌电池（Ni-Zn）、镍氢电池（Ni-H）、锌空气电池（Zn/Air）、铝空气电池、钠硫电池、钠镍氯化物电池（Na-NiCl2）、锂聚合物电池（Li-Polymer）和锂离子电池。,超级电容器,在电动汽车或混合动力汽车停车时，超级电容器由外接电源充电，充电时电容器积聚大量的电荷。然后在车辆行
30、驶时，其释放电能来驱动驱动电机。在这个过程中没有热和化学反应，不存在对周边环境的污染，也没有任何噪声，结构简单，质量轻，体积小，是一种更加理想的储能器。,电机及其控制系统,电动汽车的电机驱动系统目前主要有3种类型： （1）异步电机驱动系统由于转子十分坚固，适合于高速运转。 （2）永磁同步电机驱动系统由于运行效率高，控制相对容易而被广泛应用。 （3）开关磁阻电机驱动系统具有一些很有特色的优点：电机结构简单、坚固、免维护，起动及低速时转矩大电流小，高速恒功率区范围宽、性能好，使系统总调速范围宽，在宽广的转速及功率范围内均有高效率（在汽车运行工况下的总体效率高）,3.1 电动汽车动力蓄电池,电池的分
31、类化学电池的组成及分类电池的工作原理电池主要性能指标,电动汽车用理想能源应该是:,有持续稳定的大电流放电,能够保证汽车保持一定的行驶速度;有短暂大电流放电能力,保证汽车在加速、上坡时有足够的动力；能一次性提供足够的能源，保证汽车有一定的行驶里程。,电池的分类：,物理电池：利用物理原理制成的电池。如太阳能电池、核能电池、温差电池等；生物电池：利用生物酶、微生物或叶绿素做成的电池。如微生物电池、生物太阳能电池；化学电池：是一种把化学能转化为电能的装置。,化学电池的组成及分类,化学电池的组成：电极（正极、负极）、电解质、隔膜、容器（外壳）四部分。电极 活性物质+电骨架（活性物质是能够通过化学变化释放
32、出电能的物质。）电解质 传递带电离子隔膜 防止短路外壳 保护组件,分类,电池主要性能指标,开路电压电池的内阻电池的工作电压、终止电压和放电曲线电池容量能量功率寿命成本,3.1.1 铅酸蓄电池,铅酸蓄电池的工作原理铅酸蓄电池的构造蓄电池的容量及其影响因素铅酸蓄电池的特性及充放电特性铅酸蓄电池的使用与维护,铅酸蓄电池的工作原理,工作原理： 铅酸蓄电池中的活性物质进行的可逆化学变化充放电化学反应方程式 Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4+ 2H2O放电时：生成硫酸铅，硫酸含量减少，电解液变稀，电压降低充电时：硫酸铅分解，硫酸含量增加，电解液变浓，电压升高,铅酸蓄电池的构造,极板结构,
33、单体蓄电池是由正负极板和将他们分开的隔板组成。,蓄电池的容量及其影响因素,蓄电池容量的定义蓄电池容量的影响因素,蓄电池的容量,定义：蓄电池在一定放电条件下所能放出的电量称为蓄电池的容量。它等于放电电流I与放电时间T的乘积。Ct = IT 它表示了蓄电池的供电能力。,蓄电池容量的影响因素,容量与极板结构、放电电流、温度及电解液的密度等因素有关。,极板机构的影响,参加电化学反应的活性物质越多，容量越大。改进方法：再不改变体积大小的基础上采用薄形极板，增加极板片数。,放电电流的影响,放电电流 -消耗H2SO4 生成PbSO4 电解液密度端电压 参加反应的活性物质 电池容量SOC与放电电流的关系解决方
34、法：避免长时间大电流放电,电解液温度的影响,电解液温度 -粘度 电池容量,电解液密度的影响,密度过低，离子数量少，导致容量下降密度过高，粘度过大，渗透能力降低，内阻增大，极板硫化，容量下降,铅酸蓄电池的特性及充放电特性,铅酸蓄电池的电动势与开路电压铅酸蓄电池的放电特性铅酸蓄电池的充电特性,铅酸蓄电池的电动势与开路电压,铅酸蓄电池的电动势与开路电压与其电解液的浓度成正比,放电特性（恒流放电）,A-B （放电开始）极板内硫酸减少-极板外硫酸缓慢向活性物质表面扩散-导致端电压下降B-C 极板外硫酸补充-导致端电压下降平稳C-D （继续放电）整体硫酸较少-导致端电压再次下降D （放电的末端）产生PbS
35、O4（不良导体）-活性物质空隙率降低-内阻增大 -端电压急速下降,不稳定电流放电特性,大电流由于消耗硫酸速度加快，所以B-C段斜率加大，放电时间缩短。小电流与大电流特征相反，放电时间延长。,充电特性（一）,A-B （充电开始）极板内PbSO4转换为Pb和硫酸由于空隙率增大内阻减少导致端电压上升B-C 极板内硫酸平稳增加-端电压平稳上升C-D （充电到）反应的极化增加-端电压明显上升D进行水的电解（能量损耗）端电压达到平衡,充电特性（二）,蓄电池端电压随电流的强度变化。充电电流大，端电压大，反之亦然。注意：较大的电流可以加快充电速度，但能量损失也大，在充电终期大部分的电能用于产生热量和分解水。,
36、铅酸蓄电池的使用与维护,初充电 新蓄电池和新修复的蓄电池。以恢复蓄电池在存放期间极板上部分活性物质缓慢硫化和自放电而失去的电量。电池在使用过程中的充电方法 正常充电、快速充电、恒压充电铅酸蓄电池的维护（1）保持蓄电池表面清洁（2）使电池始终保持充满状态。充电不足不使用。完全放电后，确保 24内充电。（3）定期检查电池电解液液面高度,3.1.2镍氢及镍金属氢化物电池,反应成份：正极活性物质主要由镍制成，负极活性物质主要由贮氢或氢合金制成的一种碱性蓄电池。镍氢电池 优点：比能量较高、寿命长、耐过充放性能好。 缺点：需用较重耐压容器、自放电较大，成本高。镍金属氢化物 优点：能量密度高，寿命长、可快速
37、充放电、低温性能好、耐过放电能力强、无毒、无记忆效应。,3.1.3 镍镉及镍锌电池,反应成份：镍镉电池正极板上的活性物质由氧化镍粉和石墨粉组成，石墨不参加化学反应，其主要作用是增强导电性。负极板上的活性物质由氧化镉粉和氧化铁粉组成。镍镉电池 优点：寿命长、维护方便 缺点：污染严重、开路电压低镍锌电池 优点：比能量、能量密度高、低温放电性好、价格低 缺点：寿命一般,3.1.4 钠硫电池和钠氯化镍电池,反应成份：金属钠作为负极活性物质，溶化的硫作为正极活性物质，以三氧化铝和少量氧化钠形成陶瓷固态电解质。钠硫电池 缺点： 安全性低钠氯化镍 优点：能量密度高、转换效率高、开路电压高、工作范围宽（温度）
38、、无自放电、安全性高于钠硫电池,3.1.5 二次锂电池,一、金属锂蓄电池二、锂离子电池三、锂聚合物电池,一、金属锂蓄电池,优点：高工作电压、高比能量、高倍率放电、再充电能力好、锂负极制作简单、工作温度较宽缺点：寿命短。安全性差,二、锂离子电池,1、锂离子电池的特点2、锂离子电池的负极材料-碳材料3、锂离子电池正极材料-钴酸锂（镍、锰）4、锂离子电池的电解质-含有锂盐的凝胶聚合物5、锂离子电池的工作原理6、对电动道路车辆用锂离子蓄电池的规定,1、锂离子电池的特点,能量密度高端电压高无污染寿命长负载能力大安全性好,三、锂聚合物电池,1、锂聚合物电池的工作原理2、锂聚合物电池的结构3、锂聚合物电池的
39、技术性能4、锂聚合物电池的特点,4、锂聚合物电池的特点,自身特点：能量密度高、更小型化、超薄化、轻量化，以及高安全性和低成本等多种明显优势，是一种新型电池。在形状上，锂聚合物电池具有超薄化特征，可以配合各种产品的需要，制作成任何形状与容量的电池。该类电池可以达到的最小厚度可达0.5mm。 相对于锂离子电池，锂聚合物电池的特点如下： 1. 无电池漏液问题,其电池内部不含液态电解液,使用胶态的固体。 2. 可制成薄型电池：以3.6V400mAh的容量，其厚度可薄至0.5mm。 3. 电池可设计成多种形状。 4. 电池可弯曲变形：高分子电池最大可弯曲90左右。 5. 可制成单颗高电压：液态电解质的电
40、池仅能以数颗电池串联得到高电 压,而高分子电池由于本身无液体，可在单颗内做成多层组合来达到高电压。 6. 容量将比同样大小的锂离子电池高出一倍。,3.1.6 空气电池,一、锌空气电池二、铝空气电池,一、锌空气电池,1、锌空气电池的工作原理2、锌空气电池的构造3、锌空气电池的放电特性-大电流持续放电性4、锌空气电池的特点5、各国锌空气电池开发情况6、对电动道路车辆用锌空气蓄电池的规定,1、锌空气电池的工作原理2、锌空气电池的构造,组成：锌为负极、氧为正极、氢氧化钾溶液为电解质。工作原理：氧化还原反应特点：充电缓慢,4、锌空气电池的特点,优点： 比能量大、性能稳定、安全、机械充电模式，缩短了充电时
41、间。缺点：结构复杂、电池效率低、空气极和管理难度大、比功率低。,铝空气电池,1、铝空气电池的工作原理2、铝空气电池的特点 比能量高、机械充电模式、质量轻、无毒、可循环使用,3.2 超级电容器,一、超级电容器的特点及其在电动汽车上的作用二、超级电容器的组成及原理三、超级电容器的开发及应用情况四、燃料电池汽车辅助动力源的比较,第十节 电池性能的检测方法,一、电池充放电性能测试二、电池容量的测定三、电池寿命的测试四、电池内阻、内压的测定五、高、低环境温度下电池性能的测定六、自放电及储存性能的测试七、安全性能测试,电池的性能,充放电特性 电池容量 电压特性 内阻自放电 储存性能 高低温性 循环性能（寿
42、命） 内压,一、电池充放电性能测试 （1）,1. 电池充电性能测试测试参数：充电效率，充电最高电压充电效率：电池在充电时充入电池的电能与所消耗的总电能之比。充电电压越低，电池极化越小，从点效率越高，寿命越长测试电路组成： 电源、电流电压检查设备、控制设备、记录设备,一、电池充放电性能测试 （2）,2.电池的放电性能测试测试参数放电时间 电流大小 环境温度 终止电压主要放电方法：恒流放电和恒阻放电测试电路组成：恒流源/恒阻设备 电流电压检查设备,二、电池容量的测定,电池理论容量：指活性物质全部参加电池成流反应时所给出的电量。 (成流反应：电池放电时，正、负极上发生的形成放电电流的主导的电化学反应
43、。) 额定容量：制造电池时，规定在一定条件下应该放出的最低限度的电量。检测方法与电池放电性能检测方法相同,三、电池寿命的测试,循环寿命：在一定的充放电制度下，电池容量降至某一规定值前，其所能承受的循环次数。影响寿命的因素： 电极材料，电解液，隔膜，制造工艺，环境温度，充电电压大小。测试方法与容量测试基本相同 由于寿命测试时间较长，需要有断电保护功能，通电自动恢复功能，以减少人工干预。,四、电池内阻、内压的测定,1.电池内阻的测定定义：电流通过电池时所受到的阻力。电池内阻包括（极化电阻）和（欧姆电阻）欧姆电阻主要由电极材料、电解液、隔膜电阻及各部分零件的接触电阻构成。测量方法：方波电流法、交流电
44、桥法。2. 电池内压测定破坏性与非破坏性测量,五、高、低环境温度下电池性能的测定,其测量方法与充放电性能测试基本一致。但需要在恒温箱中以不同温度进行测量。,六、自放电及储存性能的测试,储存性能在一定温度，湿度条件下容量下降率的大小。自放电原因：电极腐蚀，活性物质的溶解，电极上发生的歧化反应，活性物质钝化，电池内部材料的分解变质,七、安全性能测试,1.耐过充，过放能力测试2.短路测试3.耐高温测试4.钻孔实验5.机械性能6.抗腐蚀性能测试,第四章 燃料电池第一节 概述,一、燃料电池二、燃料电池的组成三、燃料电池的分类四、燃料电池的效率五、车用燃料电池的要求,一、燃料电池,燃料电池： 一种不经过燃
45、烧过程直接以电化学反应方式将燃料和氧化剂的化学能转变为电能的高效发电装置。,二、燃料电池的组成,单节燃料电池组成 阳极、阴极、电解质、隔膜。基本原理 在阳极上连续供给氢气，在阴极上连续供给氧气，就可以在电极上连续发生电化学反应，产生电流。 燃料电池的燃料和氧化剂是储存在电池外部的储罐中，工作方式类似汽有发动机。,三、燃料电池的分类 1,1.根据燃料的来源分三类（1）直接式燃料电池（氢或甲醇）（2）间接式（通过蒸汽，部分氧化和自热重整，把某种化合物转变为氢后再提供发电）（3）再生燃料电池（水的分解循环）,三、燃料电池的分类 2,2.根据采用的电解质分类碱水溶液型磷酸电解质型熔融碳酸盐型固体氧化物
46、型质子交换膜型直接甲醇型,四、燃料电池的效率,电化学基本方程热力学效率方程,五、车用燃料电池的要求,能在常温下工作，电流密度高，免维护性好，耐振性与耐冲击性好，能够从低负荷到高负荷进行高效率运转，可以放在冰点一下。,研究燃料重整技术的原因,（1）各种燃料电池对氢燃料的依赖。 除直接甲醇燃料电池DMFC外，常见的燃料电池使用的燃料都是氢。（2）氢自身的优势，而不用甲醇。 氢是世界上最多的元素，来源广泛，可再生。（3）成本和安全上的考虑，不直接利用氢气。 制氢技术和氢气的完整运输和供应体系还不成熟。 车载重整器技术被认为是较理想方法之一。,第八节 燃料电池的燃料及其重整技术,一、烃类燃料重整技术二、甲醇重整技术三、汽油重整技术四、二甲醚重整技术五、制氢的新方法六、储存氢的新方法七、燃料电池汽车的燃料供给设施,一、烃类燃料重整技术,1.重整燃料电池系统（1）燃料重整器 作用：把燃料通过适当的方法处理成适合燃料电池使用要求的形式（2）电池组 作用：把燃料的化学能转变为电能，可输出几伏到几百伏的直流电（3）电源调节器 作用：把直流电转换为交流电，供用户使用,2. 燃料的重整方法 裂解、水蒸气重整、部分氧化和自生热重整 水蒸气重整制氢反应： 同时伴有下列两个副反应： 粗氢中各组分含量因素受温度、压力、水蒸气和烃类的比例影响。,
