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1、會計學1電動汽車結(jié)構(gòu)與原理電動汽車結(jié)構(gòu)與原理 動力電池系統(tǒng)動力電池系統(tǒng)4.1動力電池簡介4.1.14.1.1動力電池的基本結(jié)構(gòu)動力電池的基本結(jié)構(gòu)4.1.24.1.2動力電池的基本參數(shù)動力電池的基本參數(shù)4.1.34.1.3動力電池分類動力電池分類第1頁/共100頁4.1.1動力電池的基本結(jié)構(gòu)n n電池是一種把化學反應所釋放的能量直接轉(zhuǎn)變成直流電能的裝置。要實現(xiàn)化學能電池是一種把化學反應所釋放的能量直接轉(zhuǎn)變成直流電能的裝置。要實現(xiàn)化學能轉(zhuǎn)變成電能的過程，必須滿足如下條件：轉(zhuǎn)變成電能的過程，必須滿足如下條件：n n必須把化學反應中失去電子的氧化過程（在負極進行），得到電子的還原過程必須把化學反應中失

2、去電子的氧化過程（在負極進行），得到電子的還原過程（在正極進行），分別在兩個區(qū)域進行。（在正極進行），分別在兩個區(qū)域進行。n n兩電極間必須具有離子導電性的物質(zhì)。兩電極間必須具有離子導電性的物質(zhì)。n n化學變化過程中電子的傳遞必須經(jīng)過外線路?；瘜W變化過程中電子的傳遞必須經(jīng)過外線路。n n為滿足構(gòu)成電池的條件，電池需包含以下基本組成部分：正極活性物質(zhì)、負極活為滿足構(gòu)成電池的條件，電池需包含以下基本組成部分：正極活性物質(zhì)、負極活性物質(zhì)、電解質(zhì)、隔膜、外殼以及導電柵、匯流體、端子、安全閥等零件。電池基性物質(zhì)、電解質(zhì)、隔膜、外殼以及導電柵、匯流體、端子、安全閥等零件。電池基本結(jié)構(gòu)如圖本結(jié)構(gòu)如圖4-14

3、-1所示。所示。圖4-1電池的基本結(jié)構(gòu)第2頁/共100頁4.1.2動力電池的基本參數(shù)(1)(1)端電壓和電動勢端電壓和電動勢(2)(2)容量容量(3)(3)內(nèi)阻內(nèi)阻(4)(4)能量與能量密度能量與能量密度(5)(5)功率與功率密度功率與功率密度(6)(6)荷電狀態(tài)荷電狀態(tài)(7)(7)放電深度放電深度(8)(8)循環(huán)使用壽命循環(huán)使用壽命(Cycle(Cycle(9)(9)自放電率自放電率(10)(10)輸出效率輸出效率(11)(11)抗濫用能力抗濫用能力(12)(12)成本成本(13)(13)放電制度放電制度第3頁/共100頁4.1.2動力電池的基本參數(shù)端電壓和電動勢端電壓：動力電池正極和負極之

4、間的電位差。動力電池在沒有負載情況下的端電壓叫開路電壓。動力電池接上負載后處于放電狀態(tài)下的電壓稱為負載電壓，又稱為工作電壓。電池充放電結(jié)束時的電壓稱為終止電壓，分為充電終止電壓和放電終止電壓。圖4-2所示為電池的充放電曲線，由圖可知電池的充放電結(jié)束時都有一個電壓極限值，充電時的電壓極限值就是充電終止電壓；放電時的電壓極限值就是放電終止電壓。電動勢（E）：組成電池的兩個電極的平衡電極電位之差。圖4-2電池充放電電壓變化曲線第4頁/共100頁(2)容量容量是指電池在一定的放電條件下所能放出的電量，用符號C表示，單位常用 或表示。理論容量：假定電池中的活性物質(zhì)全部參加電池的成流反應所能提供的電量。理

5、論容量可根據(jù)電池反應式中電極活性物質(zhì)的用量，按法拉第定律計算的活性物質(zhì)的電化學當量精確求出。法拉第定律指出：電流通過電解質(zhì)溶液時，在電極上發(fā)生化學反應的物質(zhì)的量與通過的電量成正比。數(shù)學式表達為理論容量是電池容量的最大極限值，電池實際放出的容量只是理論容量的一部分計算公式。額定容量：也叫標稱容量，是指按國家或有關(guān)部門規(guī)定的標準，保證電池在一定的放電條件（如溫度、放電率、終止電壓等）下應該放出的最低限度的容量。額定容量是制造廠標明的安時容量，是驗收電池質(zhì)量的重要技術(shù)指標。實際容量（C）：在實際應用工作情況下放電，電池實際放出的電量。充滿電的電池在一定條件下所能輸出的電量，它等于放電電流與放電時間的

6、積分。第5頁/共100頁(3)內(nèi)阻n n電流通過電池內(nèi)部時受到阻力，使電池的工作電壓降低，該阻力稱為電池內(nèi)阻。由于電池內(nèi)電流通過電池內(nèi)部時受到阻力，使電池的工作電壓降低，該阻力稱為電池內(nèi)阻。由于電池內(nèi)阻的作用，電池放電時端電壓低于電動勢和開路電壓。充電時充電的端電壓高于電動勢和開阻的作用，電池放電時端電壓低于電動勢和開路電壓。充電時充電的端電壓高于電動勢和開路電壓。電池內(nèi)阻是化學電源的一個極為重要的參數(shù)。它直接影響電池的工作電壓、工作電路電壓。電池內(nèi)阻是化學電源的一個極為重要的參數(shù)。它直接影響電池的工作電壓、工作電流、輸出能量與功率等，對于一個實用的化學電源，其內(nèi)阻越小越好。流、輸出能量與功率

7、等，對于一個實用的化學電源，其內(nèi)阻越小越好。n n電池內(nèi)阻不是常數(shù)，在放電過程中由于活性物質(zhì)的組成、電解液濃度和溫度的變化以及放電電池內(nèi)阻不是常數(shù)，在放電過程中由于活性物質(zhì)的組成、電解液濃度和溫度的變化以及放電時間而變化。電池內(nèi)阻包括歐姆內(nèi)阻和電極在電化學反應時所表現(xiàn)出的極化內(nèi)阻，兩者之和時間而變化。電池內(nèi)阻包括歐姆內(nèi)阻和電極在電化學反應時所表現(xiàn)出的極化內(nèi)阻，兩者之和稱為電池的全內(nèi)阻。稱為電池的全內(nèi)阻。n n歐姆內(nèi)阻主要由電極材料、電解液、隔膜的內(nèi)阻及各部分零件的接觸電阻組成。歐姆內(nèi)阻主要由電極材料、電解液、隔膜的內(nèi)阻及各部分零件的接觸電阻組成。n n極化內(nèi)阻是指化學電源的正極與負極在電化學反

8、應進行時由于極化所引起的內(nèi)阻。它是電化極化內(nèi)阻是指化學電源的正極與負極在電化學反應進行時由于極化所引起的內(nèi)阻。它是電化學極化和濃差極化所引起的電阻之和。極化內(nèi)阻與活性物質(zhì)的本性、電極的結(jié)構(gòu)、電池的制學極化和濃差極化所引起的電阻之和。極化內(nèi)阻與活性物質(zhì)的本性、電極的結(jié)構(gòu)、電池的制造工藝有關(guān)，尤其與電池的工作條件密切相關(guān)，放電電流和溫度對其影響很大。造工藝有關(guān)，尤其與電池的工作條件密切相關(guān)，放電電流和溫度對其影響很大。第6頁/共100頁(4)能量與能量密度 能量是指電池在一定放電制度下所能釋放出的電能，單位常用能量是指電池在一定放電制度下所能釋放出的電能，單位常用WhWh或或kWhkWh表示。電池

9、的能量分為理論能量和實際能量。表示。電池的能量分為理論能量和實際能量。能量密度是指單位質(zhì)量或單位體積的電池所能輸出的能量，相能量密度是指單位質(zhì)量或單位體積的電池所能輸出的能量，相應地稱為質(zhì)量能量密度應地稱為質(zhì)量能量密度(Wh/kg)(Wh/kg)或體積能量密度或體積能量密度(Wh/L)(Wh/L)，也稱為質(zhì)量比能量或體積比能量。在電動汽車應用方面，電池也稱為質(zhì)量比能量或體積比能量。在電動汽車應用方面，電池的質(zhì)量比能量影響電動汽車的整車質(zhì)量和續(xù)駛里程，而體積比的質(zhì)量比能量影響電動汽車的整車質(zhì)量和續(xù)駛里程，而體積比能量影響到電池的布置空間。能量影響到電池的布置空間。第7頁/共100頁(5)功率與功

10、率密度 功率是指在一定的放電制度下，單位時間內(nèi)電池輸出的能量，功率是指在一定的放電制度下，單位時間內(nèi)電池輸出的能量，單位為單位為WW或或kWkW。功率密度又稱比功率，是單位質(zhì)量或單位體積電池輸出的功率功率密度又稱比功率，是單位質(zhì)量或單位體積電池輸出的功率，單位為，單位為W/kgW/kg或或W/LW/L。比功率是評價電池及電池包是否滿足電。比功率是評價電池及電池包是否滿足電動汽車加速和爬坡能力的重要指標。動汽車加速和爬坡能力的重要指標。第8頁/共100頁(6)荷電狀態(tài)荷電狀態(tài)（State of Charge,SOC）描述了電池的剩余電量，其值為電池在一定放電倍率下，剩余電量與相同條件下額定容量的

11、比值。荷電狀態(tài)值是個相對量，一般用百分比的方式來表示，SOC的取值為：0SOC100%。第9頁/共100頁(7)放電深度放電深度（Depth of Discharge,DOD）是放電容量與額定容量之比的百分數(shù)，與SOC之間存在如下數(shù)學計算關(guān)系：第10頁/共100頁(8)循環(huán)使用壽命(Cycle循環(huán)使用壽命是指以電池充電和放電一次為一個循環(huán)，按一定測試標準，當電池容量降到某一規(guī)定值（一般規(guī)定為額定值的80%）以前，電池經(jīng)歷的充放電循環(huán)總次數(shù)。循環(huán)使用壽命是評價電池壽命性能的一項重要指標。第11頁/共100頁(9)自放電率自放電率是指電池在存放時間內(nèi)，在沒有負荷的條件下自身放電，使得電池的容量損失

12、的速度，用單位時間（月或年）內(nèi)電池容量下降的百分數(shù)來表示。第12頁/共100頁(10)輸出效率電池實際上是一個能量存儲器，充電時把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能儲存起來，放電時再把化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茚尫懦鰜?，供用電裝置使用。電池的輸出效率通常用容量效率和能量效率來表示。電池的容量效率指電池放電時輸出的容量與充電時輸入的容量之比，電池的能量效率指電池放電時輸出的能量與充電時輸入的能量之比。通常，電池的能量效率為5575%，容量效率為6590%。對電動汽車而言，能量效率是比容量效率更重要的一個評價指標。第13頁/共100頁(11)抗濫用能力指電池對短路、過充、過放、機械振動、撞擊、擠壓以及遭受高溫和著火等非正常使

13、用情況的容忍程度。第14頁/共100頁(12)成本電池的成本與電池的技術(shù)含量、材料、制作方法和生產(chǎn)規(guī)模有關(guān)，目前新開發(fā)的高比能量、高比功率的電池，如鋰離子電池，成本較高，使得電動汽車的造價也較高。開發(fā)和研制高效、低成本的電池是電動汽車發(fā)展的關(guān)鍵。第15頁/共100頁(13)放電制度放電制度是電池放電時所規(guī)定的各種條件，主要包括放電速率（電流）、終止電壓和溫度等。放電制度是電池放電時所規(guī)定的各種條件，主要包括放電速率（電流）、終止電壓和溫度等。放電電流：放電電流是指電池放電時電流的大小。放電電流的大小直接影響電池的各項性能放電電流：放電電流是指電池放電時電流的大小。放電電流的大小直接影響電池的各

14、項性能指標，因此，介紹電池的容量或能量時，必須說明放電電流的大小，指出放電的條件。放電指標，因此，介紹電池的容量或能量時，必須說明放電電流的大小，指出放電的條件。放電電流通常用放電率表示，放電率是指電池放電時的速率，有時率或倍率兩種表示形式。電流通常用放電率表示，放電率是指電池放電時的速率，有時率或倍率兩種表示形式。放電終止電壓放電終止電壓:電池放電時，電壓下降到不宜再繼續(xù)放電的最低工作電壓稱為終止電壓，其值電池放電時，電壓下降到不宜再繼續(xù)放電的最低工作電壓稱為終止電壓，其值與電池材料直接相關(guān)，并受到電池結(jié)構(gòu)、放電率、環(huán)境溫度等多種因素影響。與電池材料直接相關(guān)，并受到電池結(jié)構(gòu)、放電率、環(huán)境溫度

15、等多種因素影響。第16頁/共100頁4.1.3動力電池分類(1)(1)按電解液種類分類按電解液種類分類(2)(2)按工作性質(zhì)和儲存方式分類按工作性質(zhì)和儲存方式分類(3)(3)按電池所用正、負極材料分類按電池所用正、負極材料分類第17頁/共100頁(1)按電解液種類分類 堿性電池：電解質(zhì)主要以氫氧化鉀水溶液為主的電池，如堿性堿性電池：電解質(zhì)主要以氫氧化鉀水溶液為主的電池，如堿性鋅錳電池鋅錳電池(俗稱堿錳電池或堿性電池俗稱堿錳電池或堿性電池)、鎘鎳電池、氫鎳電池等。、鎘鎳電池、氫鎳電池等。酸性電池：主要以硫酸水溶液為介質(zhì)的電池，如鉛酸電池。酸性電池：主要以硫酸水溶液為介質(zhì)的電池，如鉛酸電池。中性電

16、池：以鹽溶液為介質(zhì)的電池，如鋅錳干電池、海水激活中性電池：以鹽溶液為介質(zhì)的電池，如鋅錳干電池、海水激活電池等。電池等。有機電解液電池：主要以有機溶液為介質(zhì)的電池，如鋰離子電有機電解液電池：主要以有機溶液為介質(zhì)的電池，如鋰離子電池等。池等。第18頁/共100頁(2)按工作性質(zhì)和儲存方式分類 一次電池，又稱原電池，即不能再充電使用的電池，如鋅錳干一次電池，又稱原電池，即不能再充電使用的電池，如鋅錳干電池、鋰原電池等。電池、鋰原電池等。二次電池，即可充電電池，如鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、二次電池，即可充電電池，如鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池等。鋰離子電池等。燃料電池，活性材料在電池工

17、作時才連續(xù)不斷地從外部加入電燃料電池，活性材料在電池工作時才連續(xù)不斷地從外部加入電池，如氫氧燃料電池、金屬燃料電池等。池，如氫氧燃料電池、金屬燃料電池等。儲備電池，儲備電池儲存時電極板不直接接觸電解液，直到電儲備電池，儲備電池儲存時電極板不直接接觸電解液，直到電池使用時，才加入電解液，如鎂氯化銀電池，又稱海水激活池使用時，才加入電解液，如鎂氯化銀電池，又稱海水激活電池。電池。第19頁/共100頁(3)按電池所用正、負極材料分類 鋅系列電池，如鋅錳電池、鋅銀電池等。鋅系列電池，如鋅錳電池、鋅銀電池等。鎳系列電池，如鎳鎘電池、鎳氫電池等。鎳系列電池，如鎳鎘電池、鎳氫電池等。鉛系列電池，如鉛酸電池。

18、鉛系列電池，如鉛酸電池。鋰系列電池，如鋰離子電池、鋰聚合物電池和鋰硫電池。鋰系列電池，如鋰離子電池、鋰聚合物電池和鋰硫電池。二氧化錳系列電池，如鋅錳電池、堿錳電池等。二氧化錳系列電池，如鋅錳電池、堿錳電池等?？諝饪諝?氧氣氧氣)系列電池，如鋅空氣電池、鋁空氣電池等。系列電池，如鋅空氣電池、鋁空氣電池等。第20頁/共100頁動力電池分類圖圖4-2 電動汽車用動力電池分類電動汽車用動力電池分類第21頁/共100頁4.2鋰離子動力電池4.2.14.2.1概述概述4.2.24.2.2鋰離子動力電池的工作原理鋰離子動力電池的工作原理4.2.34.2.3鋰離子動力電池的失效機理鋰離子動力電池的失效機理4.

19、2.44.2.4鋰離子動力電池的性能鋰離子動力電池的性能4.2.54.2.5鋰離子動力電池的應用鋰離子動力電池的應用第22頁/共100頁4.2.1概述鋰離子電池根據(jù)正極材料的不同，分為鈷酸鋰鋰離子電池、錳酸鋰鋰離子電池、磷鋰離子電池根據(jù)正極材料的不同，分為鈷酸鋰鋰離子電池、錳酸鋰鋰離子電池、磷酸鐵鋰鋰離子電池和三元材料鋰離子電池等；根據(jù)所用電解質(zhì)材料不同，分為液態(tài)酸鐵鋰鋰離子電池和三元材料鋰離子電池等；根據(jù)所用電解質(zhì)材料不同，分為液態(tài)鋰離子電池鋰離子電池(Lithium-Ion Battery,LIB)(Lithium-Ion Battery,LIB)和聚合物鋰離子電池和聚合物鋰離子電池(Po

20、lymer Lithium-(Polymer Lithium-Ion Battery,LIP)Ion Battery,LIP)兩大類。兩大類。相對于其他類型電池，鋰離子電池具有以下顯著的優(yōu)點相對于其他類型電池，鋰離子電池具有以下顯著的優(yōu)點 ：(1)(1)工作電壓高工作電壓高(2)(2)比能量高比能量高(3)(3)循環(huán)壽命長循環(huán)壽命長(4)(4)自放電小自放電小(5)(5)無記憶效應無記憶效應(6)(6)環(huán)保性高環(huán)保性高第23頁/共100頁(1)工作電壓高鈷酸鋰鋰離子電池的工作電壓為3.6V，錳酸鋰鋰離子電池的工作電壓為3.7V，磷酸鐵鋰鋰離子電池的工作電壓為3.2V，而鎳氫、鎳鎘電池的工作電壓

21、僅為1.2V。第24頁/共100頁(2)比能量高鋰離子電池正極材料的理論比能量可達200以上，實際應用中由于不可逆容量損失，比能量通常低于這個數(shù)值，但也可達140，該數(shù)值仍為鎳鎘電池的3倍，鎳氫電池的1.5倍。第25頁/共100頁(3)循環(huán)壽命長目前，鋰離子電池在深度放電情況下，循環(huán)次數(shù)可達1000次以上；在低放電深度條件下，循環(huán)次數(shù)可達上萬次，其性能遠遠優(yōu)于其他同類電池。第26頁/共100頁(4)自放電小鋰離子電池月自放電率僅為總電容量的59%，大大緩解了傳統(tǒng)的二次電池放置時由自放電所引起的電能損失問題。第27頁/共100頁(5)無記憶效應無記憶效應第28頁/共100頁(6)環(huán)保性高相對于傳

22、統(tǒng)的鉛酸電池、鎳鎘電池甚至鎳氫電池廢棄可能造成的相對于傳統(tǒng)的鉛酸電池、鎳鎘電池甚至鎳氫電池廢棄可能造成的環(huán)境污染問題，鋰離子電池中不包含汞、鉛、鎘等有害元素，是環(huán)境污染問題，鋰離子電池中不包含汞、鉛、鎘等有害元素，是真正意義上的綠色電池。真正意義上的綠色電池。第29頁/共100頁4.2.2鋰離子動力電池的工作原理圖4-3鋰離子電池的工作原理第30頁/共100頁4.2.3鋰離子動力電池的失效機理造成鋰離子電池容量衰退的原因主要有：(1)(1)正極材料的溶解正極材料的溶解(2)(2)正極材料的相變化正極材料的相變化(3)(3)電解液的分解電解液的分解(4)(4)過充電造成的容量損失過充電造成的容量

23、損失(5)(5)自放電自放電(6)SEI(6)SEI界面膜的形成界面膜的形成(7)(7)集流體的腐蝕集流體的腐蝕第31頁/共100頁(1)正極材料的溶解以尖晶石為例，以尖晶石為例，MnMn的溶解是引起可逆容量衰減的主要原因。的溶解是引起可逆容量衰減的主要原因。MnMn的溶解沉積造成正極活性物質(zhì)減少；溶解的的溶解沉積造成正極活性物質(zhì)減少；溶解的MnMn游離到負極時會造游離到負極時會造成負極成負極SEISEI（Solid Electrolyte Interface,Solid Electrolyte Interface,SEISEI）膜的不穩(wěn)定，被破壞的）膜的不穩(wěn)定，被破壞的SEISEI膜再形成時

24、會消耗鋰離子，造成膜再形成時會消耗鋰離子，造成鋰離子的減少。鋰離子的減少。MnMn的溶解是尖晶石鋰離子電池容量衰減的重要原的溶解是尖晶石鋰離子電池容量衰減的重要原因，在這一點學界已經(jīng)基本達成共識，但是對于因，在這一點學界已經(jīng)基本達成共識，但是對于MnMn的溶解機理卻的溶解機理卻存在多種不同的解釋。存在多種不同的解釋。第32頁/共100頁(2)正極材料的相變化一般認為，鋰離子的正常脫嵌反應總是伴隨著宿主結(jié)構(gòu)摩爾體積一般認為，鋰離子的正常脫嵌反應總是伴隨著宿主結(jié)構(gòu)摩爾體積的變化，引起結(jié)構(gòu)的膨脹與收縮，導致氧八面體偏離球?qū)ΨQ性并的變化，引起結(jié)構(gòu)的膨脹與收縮，導致氧八面體偏離球?qū)ΨQ性并成為變形的八面體

25、構(gòu)型。這種現(xiàn)象叫做成為變形的八面體構(gòu)型。這種現(xiàn)象叫做Jahn-TellerJahn-Teller效應（或效應（或J-J-T T扭曲）。在扭曲）。在電池中，電池中，J-J-T T效應所導致的尖晶石結(jié)構(gòu)不可逆轉(zhuǎn)變，也是容量衰減的主要原效應所導致的尖晶石結(jié)構(gòu)不可逆轉(zhuǎn)變，也是容量衰減的主要原因之一。因之一。J-J-T T效應多發(fā)生在過放電階段；在起始材料中加入過量的鋰、摻雜效應多發(fā)生在過放電階段；在起始材料中加入過量的鋰、摻雜N Ni i、CoCo、AlAl等陽離子或者等陽離子或者S S等陰離子可以有效的抑制等陰離子可以有效的抑制J-TJ-T效應。效應。第33頁/共100頁(3)電解液的分解鋰離子電池

26、中常用的電解液主要包括由各種有機碳酸酯鋰離子電池中常用的電解液主要包括由各種有機碳酸酯(如如PCPC、E EC C、DMCDMC、DECDEC等等)的混合物組成的溶劑以及由鋰鹽的混合物組成的溶劑以及由鋰鹽(如如、等等)組成的電解質(zhì)。在充電的條件下，電解液對含碳電極具有不穩(wěn)組成的電解質(zhì)。在充電的條件下，電解液對含碳電極具有不穩(wěn)定性，故會發(fā)生還原反應。電解液還原消耗了電解質(zhì)及其溶劑，定性，故會發(fā)生還原反應。電解液還原消耗了電解質(zhì)及其溶劑，對電池容量及循環(huán)壽命產(chǎn)生不良影響。對電池容量及循環(huán)壽命產(chǎn)生不良影響。第34頁/共100頁(4)過充電造成的容量損失電池在過充電時，會造成負極鋰的沉積、電解液的氧化

27、以及正極電池在過充電時，會造成負極鋰的沉積、電解液的氧化以及正極氧的損失。這些副反應或者消耗了活性物質(zhì)，或者產(chǎn)生不溶物質(zhì)氧的損失。這些副反應或者消耗了活性物質(zhì)，或者產(chǎn)生不溶物質(zhì)堵塞電極孔隙，或者正極氧損失導致高電壓區(qū)的堵塞電極孔隙，或者正極氧損失導致高電壓區(qū)的J-J-T T效應，這些都會導致電池容量衰減。效應，這些都會導致電池容量衰減。第35頁/共100頁(5)自放電鋰離子電池的自放電所導致的容量損失大部分是可逆的，只有一鋰離子電池的自放電所導致的容量損失大部分是可逆的，只有一小部分是不可逆的。造成不可逆自放電的原因主要有：鋰離子的小部分是不可逆的。造成不可逆自放電的原因主要有：鋰離子的損失（

28、形成不可溶的損失（形成不可溶的等物質(zhì)），電解液氧化產(chǎn)物堵塞電極微孔，造成內(nèi)阻增大等。等物質(zhì)），電解液氧化產(chǎn)物堵塞電極微孔，造成內(nèi)阻增大等。第36頁/共100頁(6)SEI界面膜的形成因界面膜的形成而損失的鋰離子將導致兩極間容量平衡的改變，因界面膜的形成而損失的鋰離子將導致兩極間容量平衡的改變，在最初的幾次循環(huán)中就會使電池的容量下降。另外，界面膜的形在最初的幾次循環(huán)中就會使電池的容量下降。另外，界面膜的形成使得部分石墨粒子和整個電極發(fā)生隔離而失去活性，也會造成成使得部分石墨粒子和整個電極發(fā)生隔離而失去活性，也會造成容量的損失。容量的損失。第37頁/共100頁(7)集流體的腐蝕鋰離子電池中的集流體

29、材料常用銅和鋁，兩者都容易發(fā)生腐蝕，鋰離子電池中的集流體材料常用銅和鋁，兩者都容易發(fā)生腐蝕，集流體的腐蝕會導致電內(nèi)阻增加，從而造成容量損失。集流體的腐蝕會導致電內(nèi)阻增加，從而造成容量損失。第38頁/共100頁4.2.4鋰離子動力電池的性能(1)(1)充放電特性充放電特性(2)(2)安全性安全性第39頁/共100頁(1)充放電特性 充電電流對充電特性的影響。以額定容量充電電流對充電特性的影響。以額定容量100Ah100Ah某鋰離子電池為某鋰離子電池為例，在例，在SOC=40%SOC=40%、恒溫、恒溫2020的情況下，采用不同充電率充電，充的情況下，采用不同充電率充電，充電曲線如圖電曲線如圖4-

30、54-5所示。所示。放電深度對充電特性的影響。在恒溫環(huán)境溫度放電深度對充電特性的影響。在恒溫環(huán)境溫度2020下，對額定容下，對額定容量量100100鋰離子電池在不同鋰離子電池在不同SOCSOC、以、以0.30.3C C恒流限壓進行充電。試驗參恒流限壓進行充電。試驗參數(shù)見表數(shù)見表4-14-1，充電曲線如圖，充電曲線如圖4-64-6所示。在圖所示。在圖4-4-6 6中，曲線從左到右放電容量依次增加。中，曲線從左到右放電容量依次增加。充電溫度對充電特性的影響。在不同環(huán)境溫度下對鋰離子電池進充電溫度對充電特性的影響。在不同環(huán)境溫度下對鋰離子電池進行充電，以某額定容量行充電，以某額定容量200Ah200

31、Ah鋰離子電池為例，采用恒流限壓方鋰離子電池為例，采用恒流限壓方式，記錄充電截止條件是充電電流下限為式，記錄充電截止條件是充電電流下限為1A1A的充電參數(shù)，見表的充電參數(shù)，見表4-4-2 2。放電特性影響因素。放電特性影響因素。第40頁/共100頁(1)充放電特性圖4-4鋰離子電池基本充放電電壓曲線鋰離子電池充電從安全、可靠及兼顧充電效率等方面考慮，通常采用兩段式充電方法。第1階段為恒流限壓，第2階段為恒壓限流。鋰離子電池充電的最高限壓值根據(jù)正極材料不同而有一定的差別。第41頁/共100頁以額定容量100Ah某鋰離子電池為例，在SOC=40%、恒溫20的情況下，采用不同充電率充電，充電曲線如圖

32、4-5所示。圖4-5鋰離子電池充電曲線 充電電流對充電特性的影響充電電流對充電特性的影響第42頁/共100頁在恒溫環(huán)境溫度20下，對額定容量100鋰離子電池在不同SOC、以0.3C恒流限壓進行充電。試驗參數(shù)見表4-1，充電曲線如圖4-6所示。在圖4-6中，曲線從左到右放電容量依次增加。表4-1不同放電深度充電試驗參數(shù) 放電深度對充電特性的影響第43頁/共100頁在恒溫環(huán)境溫度20下，對額定容量100鋰離子電池在不同SOC、以0.3C恒流限壓進行充電。試驗參數(shù)見表4-1，充電曲線如圖4-6所示。在圖4-6中，曲線從左到右放電容量依次增加。圖4-6鋰離子電池20、0.3C恒流充電曲線 放電深度對充

33、電特性的影響第44頁/共100頁在不同環(huán)境溫度下對鋰離子電池進行充電，以某額定容量200Ah鋰離子電池為例，采用恒流限壓方式，記錄充電截止條件是充電電流下限為1A的充電參數(shù)，見表4-2。表4-2不同溫度電池充電參數(shù) 充電溫度對充電特性的影響第45頁/共100頁 放電特性影響因素。圖4-7鋰離子電池100A(0.5C)放電過程的曲線以某額定容量200 鋰離子電池為例。在環(huán)境溫度20情況下，將電池充滿電，分別在-20，0，20進行不同放電電流下的放電試驗，100A（0.5C）放電過程的曲線如圖4-7所示。第46頁/共100頁(2)安全性 材料穩(wěn)定性。鋰離子電池在一些濫用狀態(tài)下，如高溫、過充、材料穩(wěn)

34、定性。鋰離子電池在一些濫用狀態(tài)下，如高溫、過充、針刺穿透以及擠壓等情況下，會導致電極和有機電解液之間的針刺穿透以及擠壓等情況下，會導致電極和有機電解液之間的強烈作用，如有機電解液的劇烈氧化、還原或正極分解產(chǎn)生的強烈作用，如有機電解液的劇烈氧化、還原或正極分解產(chǎn)生的氧氣進一步與有機電解液反應等。這些反應產(chǎn)生的大量熱量如氧氣進一步與有機電解液反應等。這些反應產(chǎn)生的大量熱量如不能及時散到周圍環(huán)境中，必將導致電池內(nèi)熱失控的產(chǎn)生，最不能及時散到周圍環(huán)境中，必將導致電池內(nèi)熱失控的產(chǎn)生，最終導致電池的燃燒、爆炸。因此，正負電極、有機電解液相互終導致電池的燃燒、爆炸。因此，正負電極、有機電解液相互作用的熱穩(wěn)定

35、性是制約鋰離子電池安全性的首要因素。作用的熱穩(wěn)定性是制約鋰離子電池安全性的首要因素。第47頁/共100頁(2)安全性 制造工藝。鋰離子電池的制造工藝分為液態(tài)和聚合物鋰離子電制造工藝。鋰離子電池的制造工藝分為液態(tài)和聚合物鋰離子電池。無論是什么結(jié)構(gòu)的鋰離子電池，電極制造、電池裝配等制池。無論是什么結(jié)構(gòu)的鋰離子電池，電極制造、電池裝配等制造過程都會對電池的安全性產(chǎn)生影響。如正極和負極混料、涂造過程都會對電池的安全性產(chǎn)生影響。如正極和負極混料、涂布、輥壓、裁片或沖切、組裝、加注電解液的量、封口、化成布、輥壓、裁片或沖切、組裝、加注電解液的量、封口、化成等諸道工序的質(zhì)量控制，無一不影響電池的性能和安全性

36、。漿等諸道工序的質(zhì)量控制，無一不影響電池的性能和安全性。漿料的均勻度決定了活性物質(zhì)在電極上分布的均勻性，從而影響料的均勻度決定了活性物質(zhì)在電極上分布的均勻性，從而影響電池的安全性。漿料細度太大，電池充放電時會出現(xiàn)負極材料電池的安全性。漿料細度太大，電池充放電時會出現(xiàn)負極材料膨脹與收縮比較大的變化，可能出現(xiàn)金屬鋰的析出；漿料細度膨脹與收縮比較大的變化，可能出現(xiàn)金屬鋰的析出；漿料細度太小，會導致電池內(nèi)阻過大。太小，會導致電池內(nèi)阻過大。第48頁/共100頁(2)安全性涂布加熱溫度過低或烘干時間不足，會使溶劑殘留，黏結(jié)劑部涂布加熱溫度過低或烘干時間不足，會使溶劑殘留，黏結(jié)劑部分溶解，造成部分活性物質(zhì)容

37、易剝離；溫度過高可能造成黏結(jié)分溶解，造成部分活性物質(zhì)容易剝離；溫度過高可能造成黏結(jié)劑炭化，活性物質(zhì)脫落形成電池內(nèi)短路。劑炭化，活性物質(zhì)脫落形成電池內(nèi)短路。第49頁/共100頁4.2.5鋰離子動力電池的應用(1)(1)在便攜式電器方面的應用在便攜式電器方面的應用(2)(2)在交通行業(yè)的應用在交通行業(yè)的應用(3)(3)在軍事裝備及航空航天事業(yè)中的應用在軍事裝備及航空航天事業(yè)中的應用(4)(4)其他其他第50頁/共100頁(1)在便攜式電器方面的應用目前移動電話、筆記本電腦、微型攝像機等需要便攜式電源的用電器已經(jīng)成為人們生活中不可缺少的一部分。在電源方面，無一例外的選擇鋰離子電池作為市場的主流。據(jù)統(tǒng)

38、計，2013年全球手機產(chǎn)量超過20億部，形成了龐大的鋰離子電池應用市場。第51頁/共100頁(2)在交通行業(yè)的應用隨著社會文明的進步，人們的保環(huán)意識提高并對環(huán)境的要求日益隨著社會文明的進步，人們的保環(huán)意識提高并對環(huán)境的要求日益高漲。環(huán)保的交通工具已經(jīng)進入人們的視野。目前，我國以電動高漲。環(huán)保的交通工具已經(jīng)進入人們的視野。目前，我國以電動自行車為主的電動輕型車呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的趨勢，鋰離子動力電自行車為主的電動輕型車呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的趨勢，鋰離子動力電池已開始在部分高端車型應用。在電動汽車開發(fā)方面，鋰離子動池已開始在部分高端車型應用。在電動汽車開發(fā)方面，鋰離子動力電池已經(jīng)成為主流。在國內(nèi)眾多汽車研制

39、和生產(chǎn)企業(yè)開發(fā)的電力電池已經(jīng)成為主流。在國內(nèi)眾多汽車研制和生產(chǎn)企業(yè)開發(fā)的電動汽車車型大部分采用鋰離子電池。國際上，已經(jīng)進入市場銷售動汽車車型大部分采用鋰離子電池。國際上，已經(jīng)進入市場銷售的純電動汽車和插電式混合動力電動汽車，如日產(chǎn)公司的的純電動汽車和插電式混合動力電動汽車，如日產(chǎn)公司的LEAFLEAF，美國特斯拉（，美國特斯拉（Tesla MotorsTesla Motors）公司的）公司的Tesla Model Tesla Model S S以及通用公司的以及通用公司的VOLTVOLT均采用了鋰離子電池系統(tǒng)。均采用了鋰離子電池系統(tǒng)。第52頁/共100頁(3)在軍事裝備及航空航天事業(yè)中的應用在

40、軍事裝備中，鋰離子電池主要用作動力啟動電源、無線通信電臺電源、微型無人駕駛偵察飛機動力電源等。此外，諸如激光瞄準器、夜視器、飛行員救生電臺電源、船示位標電源等現(xiàn)在也普遍采用鋰離子電池。在航天領(lǐng)域，鋰離子電池已經(jīng)用于地球同步軌道衛(wèi)星和低軌道通信衛(wèi)星，作為發(fā)射和飛行中校正、地面操作的動力。第53頁/共100頁(4)其他鋰離子電池由于自身的結(jié)構(gòu)特點和特殊的工作原理，決定了其原鋰離子電池由于自身的結(jié)構(gòu)特點和特殊的工作原理，決定了其原材料豐富、環(huán)保、比容量高、循環(huán)性能和安全性能好等特點，在材料豐富、環(huán)保、比容量高、循環(huán)性能和安全性能好等特點，在醫(yī)療行業(yè)（例如，助聽器、心臟起搏器等）、石化行業(yè)（例如，醫(yī)療

41、行業(yè)（例如，助聽器、心臟起搏器等）、石化行業(yè)（例如，采油動力負荷調(diào)整）、電力行業(yè)（例如，儲能電源）等均具有廣采油動力負荷調(diào)整）、電力行業(yè)（例如，儲能電源）等均具有廣闊的應用前景。其在追求能源綠色化的今天，具有更加重要的意闊的應用前景。其在追求能源綠色化的今天，具有更加重要的意義。義。第54頁/共100頁4.3其他電池4.3.14.3.1鉛酸電池鉛酸電池4.3.24.3.2鎳氫電池鎳氫電池4.3.34.3.3超級電容器超級電容器4.3.44.3.4燃料電池燃料電池第55頁/共100頁4.3.1鉛酸電池圖4-8鉛酸電池的結(jié)構(gòu)鉛酸電池外型各異，但主要構(gòu)成部件相似，主要包括正負極板、隔板、電解液、電池

42、殼、電池蓋、排氣栓等。鉛酸電池單體內(nèi)還有鏈條、極柱、液面指示器等零部件。第56頁/共100頁4.3.1鉛酸電池圖4-9鉛酸電池的反應原理第57頁/共100頁4.3.2鎳氫電池n n鎳氫電池是在鎳鎘電池的基礎上發(fā)展起來的一種新型綠色電鎳氫電池是在鎳鎘電池的基礎上發(fā)展起來的一種新型綠色電池，其正極主要成分為氫氧化物，負極主要成分為儲氫合金，電池，其正極主要成分為氫氧化物，負極主要成分為儲氫合金，電解質(zhì)為氫氧化鉀水溶液，隔膜主要有尼龍纖維、聚丙烯纖維和維解質(zhì)為氫氧化鉀水溶液，隔膜主要有尼龍纖維、聚丙烯纖維和維綸纖維電池隔膜。綸纖維電池隔膜。n n鎳氫電池中沒有鉛、鎘等重金屬元素，不會對環(huán)境造成污染，

43、鎳氫電池中沒有鉛、鎘等重金屬元素，不會對環(huán)境造成污染，能滿足混合動力電動汽車所要求的高能量、高功率、長壽命和足能滿足混合動力電動汽車所要求的高能量、高功率、長壽命和足夠?qū)挼墓ぷ鳒囟确秶?。但是和鉛酸電池相比，鎳氫電池價格夠?qū)挼墓ぷ鳒囟确秶?。但是和鉛酸電池相比，鎳氫電池價格較高，而且自放電損耗大，對環(huán)境溫度敏感，還有記憶效應和充較高，而且自放電損耗大，對環(huán)境溫度敏感，還有記憶效應和充電發(fā)熱等問題。電發(fā)熱等問題。n n鎳氫電池以其高功率密度、耐久性好的優(yōu)點，曾在混合動力鎳氫電池以其高功率密度、耐久性好的優(yōu)點，曾在混合動力電動汽車上廣泛應用，如日本豐田公司的普銳斯（電動汽車上廣泛應用，如日本豐

44、田公司的普銳斯（PriusPrius）混合動）混合動力電動汽車采用的就是力電動汽車采用的就是288V288V、6.56.5的鎳氫動力電池系統(tǒng)。的鎳氫動力電池系統(tǒng)。第58頁/共100頁4.3.3超級電容器圖4-10超級電容器的結(jié)構(gòu)超級電容器（Ultracapacitor）是一種介于電解質(zhì)電容器和電化學蓄電池之間的儲能裝置，其儲能方式與傳統(tǒng)電容器不同。第59頁/共100頁4.3.4燃料電池圖4-11燃料電池的結(jié)構(gòu)與原理圖燃料電池與普通化學電池相類似，兩者均通過化學反應將化學能轉(zhuǎn)換成電能；但從實際應用角度來看，兩者之間存在較大差別。第60頁/共100頁4.4動力電池管理系統(tǒng)4.4.14.4.1基本構(gòu)

45、成基本構(gòu)成4.4.24.4.2主要功能主要功能第61頁/共100頁4.4.1基本構(gòu)成圖4-12電池管理系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)如圖4-12所示為主從式電池管理系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)，它采用一個主控單元（BCU）、多個從控單元（HMU、BMU）的結(jié)構(gòu)形式。第62頁/共100頁4.4.1基本構(gòu)成圖4-13電池管理系統(tǒng)的電氣連接電池管理系統(tǒng)也能通過CAN總線與組合儀表及充電機等進行通訊，實現(xiàn)參數(shù)顯示、充電監(jiān)控等功能。第63頁/共100頁4.4.2主要功能(1)(1)數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集(2)(2)電池狀態(tài)計算電池狀態(tài)計算(3)(3)能量管理能量管理(4)(4)安全管理安全管理(5)(5)熱管理熱管理(6)(6)均衡控制均

46、衡控制(7)(7)通信功能通信功能(8)(8)人機接口人機接口第64頁/共100頁4.4.2主要功能圖4-14電池管理系統(tǒng)功能示意圖第65頁/共100頁(1)數(shù)據(jù)采集電池管理系統(tǒng)的所有算法均以采集的動力電池數(shù)據(jù)作為輸入，采樣速率、精度和前置濾波特性是影響電池系統(tǒng)性能的重要指標。電動汽車電池管理系統(tǒng)的采樣速率一般要求大于20Hz（50ms）。第66頁/共100頁(2)電池狀態(tài)計算 電池狀態(tài)計算主要包括SOC和電池組健康狀態(tài)（State of Heath,SOH）兩方面。SOC用來提示動力電池組剩余電量，是計算和估計電動汽車續(xù)駛里程的基礎。SOH用來提示電池技術(shù)狀態(tài)、預計可用壽命等健康狀態(tài)的參數(shù)。

47、SOC是防止動力電池過充和過放的主要依據(jù)，只有準確估算電池組的SOC才能有效提高動力電池組的利用效率、保證電池組的使用壽命。在電動汽車中，準確估算蓄電池SOC主要有保護蓄電池、提高整車性能、降低對動力電池的要求以及提高經(jīng)濟性等作用。第67頁/共100頁(3)能量管理能量管理主要包括以電流、電壓、溫度、能量管理主要包括以電流、電壓、溫度、SOCSOC和和SOHSOH為輸入進行為輸入進行充電過程控制，以充電過程控制，以SOCSOC、SOHSOH和溫度等參數(shù)為條件進行放電功率和溫度等參數(shù)為條件進行放電功率控制兩個部分?？刂苾蓚€部分。第68頁/共100頁(4)安全管理安全管理主要用于監(jiān)視電池電壓、電流

48、、溫度等是否超過正常范安全管理主要用于監(jiān)視電池電壓、電流、溫度等是否超過正常范圍，防止電池組過充、過放。現(xiàn)在在對電池組進行整組監(jiān)控的同圍，防止電池組過充、過放?，F(xiàn)在在對電池組進行整組監(jiān)控的同時，多數(shù)電池管理系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到對極端單體電池進行過充、過時，多數(shù)電池管理系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到對極端單體電池進行過充、過放、過溫等安全狀態(tài)管理。放、過溫等安全狀態(tài)管理。安全管理系統(tǒng)主要有以下功能：煙霧報警；絕緣檢測；自動滅火安全管理系統(tǒng)主要有以下功能：煙霧報警；絕緣檢測；自動滅火；過電壓和過電流控制；過放電控制；防止溫度過高；在發(fā)生碰；過電壓和過電流控制；過放電控制；防止溫度過高；在發(fā)生碰撞的情況下關(guān)閉電池。撞的情

49、況下關(guān)閉電池。第69頁/共100頁(5)熱管理熱管理主要用于電池工作溫度超高時對電池進行冷卻，低于適宜熱管理主要用于電池工作溫度超高時對電池進行冷卻，低于適宜工作溫度下限時對電池進行加熱，使電池處于適宜的工作溫度范工作溫度下限時對電池進行加熱，使電池處于適宜的工作溫度范圍內(nèi)，并在電池工作過程中保持電池單體間溫度均衡。對于大功圍內(nèi)，并在電池工作過程中保持電池單體間溫度均衡。對于大功率放電和高溫條件下使用的電池，電池的熱管理尤為必要。率放電和高溫條件下使用的電池，電池的熱管理尤為必要。熱管理主要有以下功能：電池溫度的準確測量和監(jiān)控；電池組溫熱管理主要有以下功能：電池溫度的準確測量和監(jiān)控；電池組溫度

50、過高時的有效散熱和通風；低溫條件下的快速加熱；有害氣體度過高時的有效散熱和通風；低溫條件下的快速加熱；有害氣體產(chǎn)生時的有效通風；保證電池組溫度場的均勻分布。產(chǎn)生時的有效通風；保證電池組溫度場的均勻分布。第70頁/共100頁(6)均衡控制由于電池的一致性差異導致電池組的工作狀態(tài)由最差電池單體決定。在電池組各個電池之間設置均衡電路，實施均衡控制是為了使各單體電池充放電的工作情況盡量一致，提高整體電池組的工作性能。第71頁/共100頁(7)通信功能通過電池管理系統(tǒng)實現(xiàn)電池參數(shù)和信息與車載設備或非車載設備通過電池管理系統(tǒng)實現(xiàn)電池參數(shù)和信息與車載設備或非車載設備的通信，為充放電控制、整車控制提供數(shù)據(jù)依據(jù)

51、是電池管理系統(tǒng)的通信，為充放電控制、整車控制提供數(shù)據(jù)依據(jù)是電池管理系統(tǒng)的重要功能之一，根據(jù)應用需要，數(shù)據(jù)交換可采用不同的通信接的重要功能之一，根據(jù)應用需要，數(shù)據(jù)交換可采用不同的通信接口，如：模擬信號、口，如：模擬信號、PWMPWM信號、信號、CANCAN總線或總線或I2CI2C串行接口。串行接口。第72頁/共100頁(8)人機接口圖4-15某電池管理系統(tǒng)的監(jiān)控信息顯示界面第73頁/共100頁(8)人機接口圖4-16電池管理系統(tǒng)的實際安裝位置第74頁/共100頁4.5動力電池組的使用壽命4.5.14.5.1動力電池單體壽命的影響因素動力電池單體壽命的影響因素4.5.24.5.2動力電池的一致性與

52、電池組壽命動力電池的一致性與電池組壽命第75頁/共100頁4.5.1動力電池單體壽命的影響因素 充電截止電壓。動力電池在充電過程中一般都伴隨有副反應，充電截止電壓。動力電池在充電過程中一般都伴隨有副反應，提高充電截止電壓，甚至超過電池電化學電位后進行充電一般提高充電截止電壓，甚至超過電池電化學電位后進行充電一般會加劇副反應的發(fā)生，并導致電池使用壽命縮短，并可能導致會加劇副反應的發(fā)生，并導致電池使用壽命縮短，并可能導致電池內(nèi)部短路損壞，甚至著火爆炸等危險工況的出現(xiàn)。電池內(nèi)部短路損壞，甚至著火爆炸等危險工況的出現(xiàn)。放電深度。深度放電會加速動力電池的衰退。表放電深度。深度放電會加速動力電池的衰退。表

53、4-4-3 3所示為某鋰離子動力電池在不同放電深度下的循環(huán)壽命數(shù)據(jù)。所示為某鋰離子動力電池在不同放電深度下的循環(huán)壽命數(shù)據(jù)。從中可以發(fā)現(xiàn)，淺充淺放可以有效地提高動力電池的使用壽命。從中可以發(fā)現(xiàn)，淺充淺放可以有效地提高動力電池的使用壽命。第76頁/共100頁4.5.1動力電池單體壽命的影響因素 充放電倍率。動力電池單體的充放電倍率是其在使用工況下最充放電倍率。動力電池單體的充放電倍率是其在使用工況下最直接的特征參數(shù)，其大小直接影響著動力電池單體的衰退速度。直接的特征參數(shù)，其大小直接影響著動力電池單體的衰退速度。充放電倍率越高，動力電池單體的容量衰退越快。圖充放電倍率越高，動力電池單體的容量衰退越快

54、。圖4-4-1919是在不同充放電倍率下動力電池單體的容量衰退情況，可以是在不同充放電倍率下動力電池單體的容量衰退情況，可以看出，同樣是看出，同樣是0.50.5C C充電，充電，1 1C C放電的電池退化較放電的電池退化較0.50.5C C放電的嚴重放電的嚴重；同樣是；同樣是1 1C C放電，放電，1 1C C充電的電池退化較充電的電池退化較0.50.5C C放電的嚴重。由此放電的嚴重。由此可知，動力電池單體大倍率的充放電都會加快其容量的退化速可知，動力電池單體大倍率的充放電都會加快其容量的退化速度。如果充放電倍率過大，動力電池單體還可能會出現(xiàn)直接損度。如果充放電倍率過大，動力電池單體還可能會

55、出現(xiàn)直接損壞，甚至過熱、短路起火等極端現(xiàn)象。壞，甚至過熱、短路起火等極端現(xiàn)象。第77頁/共100頁4.5.1動力電池單體壽命的影響因素 環(huán)境溫度。不同的動力電池均有最佳的工作溫度范圍，過高或環(huán)境溫度。不同的動力電池均有最佳的工作溫度范圍，過高或過低的溫度都將對電池的使用壽命產(chǎn)生影響。圖過低的溫度都將對電池的使用壽命產(chǎn)生影響。圖4-4-2020所示為某鋰離子動力電池在兩種溫度條件下采用所示為某鋰離子動力電池在兩種溫度條件下采用0.30.3C C充電、充電、0.50.5C C放電的方式進行循環(huán)的容量衰減曲線?？梢钥闯鲈诟邷叵路烹姷姆绞竭M行循環(huán)的容量衰減曲線?？梢钥闯鲈诟邷叵逻\行應用的動力電池容量衰

56、減明顯大于常溫下工作的電池。運行應用的動力電池容量衰減明顯大于常溫下工作的電池。第78頁/共100頁4.5.1動力電池單體壽命的影響因素 存儲條件。存儲過程中，由于電池的自放電、正負極材料鈍化、存儲條件。存儲過程中，由于電池的自放電、正負極材料鈍化、電解液分解蒸發(fā)、電化學副反應等因素，將導致電池產(chǎn)生不可電解液分解蒸發(fā)、電化學副反應等因素，將導致電池產(chǎn)生不可逆的容量損失。以鋰離子電池為例，在鋰離子電池存儲期間，逆的容量損失。以鋰離子電池為例，在鋰離子電池存儲期間，石墨負極的副反應是引起鋰離子動力電池容量衰減的主要原因。石墨負極的副反應是引起鋰離子動力電池容量衰減的主要原因。鋰離子電池電極材料與電

57、解液在固液相界面上發(fā)生反應后，其鋰離子電池電極材料與電解液在固液相界面上發(fā)生反應后，其負極表面會形成一層電子絕緣且離子可導的固體電解質(zhì)界面膜負極表面會形成一層電子絕緣且離子可導的固體電解質(zhì)界面膜，這主要是由于電解液在負極表面的還原分解而形成的。這層，這主要是由于電解液在負極表面的還原分解而形成的。這層膜的性質(zhì)和質(zhì)量直接影響著電極的充、放電性能和安全性。膜的性質(zhì)和質(zhì)量直接影響著電極的充、放電性能和安全性。第79頁/共100頁動力電池在充電過程中一般都伴隨有副反應，提高充電截止電壓，甚至超過電池電化學電位后進行充電一般會加劇副反應的發(fā)生，并導致電池使用壽命縮短，并可能導致電池內(nèi)部短路損壞，甚至著火

58、爆炸等危險工況的出現(xiàn)。圖4-17降低充電截止電壓對電池容量衰退影響比較圖 充電截止電壓第80頁/共100頁 充電截止電壓圖4-18提高充電截止電壓對電池容量衰退影響比較圖第81頁/共100頁 放電深度表4-3放電深度與循環(huán)壽命的對應關(guān)系深度放電會加速動力電池的衰退。表4-3所示為某鋰離子動力電池在不同放電深度下的循環(huán)壽命數(shù)據(jù)。從中可以發(fā)現(xiàn)，淺充淺放可以有效地提高動力電池的使用壽命。第82頁/共100頁 充放電倍率圖4-19不同充放電倍率下動力電池的容量衰退情況動力電池單體的充放電倍率是其在使用工況下最直接的特征參數(shù)，其大小直接影響著動力電池單體的衰退速度。充放電倍率越高，動力電池單體的容量衰退

59、越快。圖4-19是在不同充放電倍率下動力電池單體的容量衰退情況，可以看出，同樣是0.5C充電，1C放電的電池退化較0.5C放電的嚴重；同樣是1C放電，1C充電的電池退化較0.5C放電的嚴重。由此可知，動力電池單體大倍率的充放電都會加快其容量的退化速度。如果充放電倍率過大，動力電池單體還可能會出現(xiàn)直接損壞，甚至過熱、短路起火等極端現(xiàn)象。第83頁/共100頁 環(huán)境溫度圖4-20某10Ah鋰離子動力電池不同溫度條件下的容量衰減不同的動力電池均有最佳的工作溫度范圍，過高或過低的溫度都將對電池的使用壽命產(chǎn)生影響。圖4-20所示為某鋰離子動力電池在兩種溫度條件下采用0.3C充電、0.5C放電的方式進行循環(huán)

60、的容量衰減曲線。可以看出在高溫下運行應用的動力電池容量衰減明顯大于常溫下工作的電池。第84頁/共100頁 存儲條件存儲過程中，由于電池的自放電、正負極材料鈍化、電解液分解蒸發(fā)、電化學副反應等因素，將導致電池產(chǎn)生不可逆的容量損失。以鋰離子電池為例，在鋰離子電池存儲期間，石墨負極的副反應是引起鋰離子動力電池容量衰減的主要原因。鋰離子電池電極材料與電解液在固液相界面上發(fā)生反應后，其負極表面會形成一層電子絕緣且離子可導的固體電解質(zhì)界面膜，這主要是由于電解液在負極表面的還原分解而形成的。這層膜的性質(zhì)和質(zhì)量直接影響著電極的充、放電性能和安全性。第85頁/共100頁4.5.2動力電池的一致性與電池組壽命不一

61、致性主要表現(xiàn)在兩方面：不一致性主要表現(xiàn)在兩方面：在制造過程差異引起的單體原始差異：由于工藝上的問題和材質(zhì)在制造過程差異引起的單體原始差異：由于工藝上的問題和材質(zhì)的不均勻，使得電池極板活性物質(zhì)的活化程度和厚度、微孔率、的不均勻，使得電池極板活性物質(zhì)的活化程度和厚度、微孔率、連條、隔板等存在很微小的差別，這種電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)和材質(zhì)上的連條、隔板等存在很微小的差別，這種電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)和材質(zhì)上的不完全一致性，就會使同一批次出廠的同一型號電池的容量、內(nèi)不完全一致性，就會使同一批次出廠的同一型號電池的容量、內(nèi)阻等參數(shù)不可能完全一致。阻等參數(shù)不可能完全一致。在裝車使用時的環(huán)境差異引起的單體退化差異：由于電池組中各

62、在裝車使用時的環(huán)境差異引起的單體退化差異：由于電池組中各個電池的溫度、通風條件、自放電程度、電解液密度等差別的影個電池的溫度、通風條件、自放電程度、電解液密度等差別的影響，在一定程度上增加了電池電壓、內(nèi)阻及容量等參數(shù)的不一致響，在一定程度上增加了電池電壓、內(nèi)阻及容量等參數(shù)的不一致性。性。第86頁/共100頁4.5.2動力電池的一致性與電池組壽命(1)(1)電池一致性的分類電池一致性的分類(2)(2)電池組電壓一致性的發(fā)展規(guī)律電池組電壓一致性的發(fā)展規(guī)律(3)(3)提高電池一致性的措施提高電池一致性的措施(4)(4)一致性對電池組壽命的影響一致性對電池組壽命的影響第87頁/共100頁(1)電池一致

63、性的分類 電壓一致性：電壓不一致的主要影響因素在于并聯(lián)組中電池的電壓一致性：電壓不一致的主要影響因素在于并聯(lián)組中電池的互充電，當并聯(lián)組中一節(jié)電池電壓低時，其他電池將給此電池互充電，當并聯(lián)組中一節(jié)電池電壓低時，其他電池將給此電池充電。并聯(lián)電壓不一致性如圖充電。并聯(lián)電壓不一致性如圖4-214-21所示，設所示，設U U1 1的端電壓低于的端電壓低于U U2 2，則電流方向如圖，則電流方向如圖4-4-2121所示，如同電池充電電路。這種連接方式，會使低壓電池容所示，如同電池充電電路。這種連接方式，會使低壓電池容量小幅增加的同時高壓電池容量急劇降低，能量將損耗在互充量小幅增加的同時高壓電池容量急劇降低

64、，能量將損耗在互充電過程中而達不到預期的對外輸出。電過程中而達不到預期的對外輸出。第88頁/共100頁(1)電池一致性的分類 容量一致性：電池組在出廠前的分選試驗可以保證單體電池初容量一致性：電池組在出廠前的分選試驗可以保證單體電池初始容量一致性較好，在使用過程中可以通過電池單體單獨充放始容量一致性較好，在使用過程中可以通過電池單體單獨充放電來調(diào)整單體電池初始容量，使之差異性較小，所以初始容量電來調(diào)整單體電池初始容量，使之差異性較小，所以初始容量不一致不是電動汽車電池成組應用的主要矛盾。在電池組實際不一致不是電動汽車電池成組應用的主要矛盾。在電池組實際使用過程中，容量不一致主要是電池起始容量不

65、一致和放電電使用過程中，容量不一致主要是電池起始容量不一致和放電電流不一致綜合影響的結(jié)果。流不一致綜合影響的結(jié)果。內(nèi)阻一致性：電池內(nèi)阻不一致使得電池組中每個單體在放電過內(nèi)阻一致性：電池內(nèi)阻不一致使得電池組中每個單體在放電過程中熱損失的能量各不相同，最終會影響電池單體的能量狀態(tài)。程中熱損失的能量各不相同，最終會影響電池單體的能量狀態(tài)。第89頁/共100頁(1)電池一致性的分類圖4-21并聯(lián)電壓不一致性電壓不一致的主要影響因素在于并聯(lián)組中電池的互充電，當并聯(lián)組中一節(jié)電池電壓低時，其他電池將給此電池充電。并聯(lián)電壓不一致性如圖4-21所示 第90頁/共100頁(2)電池組電壓一致性的發(fā)展規(guī)律圖4-22

66、電壓不一致性統(tǒng)計結(jié)果隨使用時間和行駛里程的增加，電池的不一致程度逐漸增加。最直觀的反映為運行一段時間后，單體電池電壓不一致程度增加。以某鋰離子電池組為例，說明電池組在使用過程中電壓一致性的分布規(guī)律，如圖4-22所示。第91頁/共100頁提高電池制造工藝水平，保證電池出廠質(zhì)量，尤其是初始電壓提高電池制造工藝水平，保證電池出廠質(zhì)量，尤其是初始電壓的一致性。同一批次電池出廠前，以電壓、內(nèi)阻及電池化成數(shù)據(jù)的一致性。同一批次電池出廠前，以電壓、內(nèi)阻及電池化成數(shù)據(jù)為標準進行參數(shù)相關(guān)性分析，篩選相關(guān)性良好的電池，以此來保為標準進行參數(shù)相關(guān)性分析，篩選相關(guān)性良好的電池，以此來保證同批電池的性能盡可能一致。證同批電池的性能盡可能一致。在動力電池成組時，務必保證電池組采用同一類型、同一規(guī)格、在動力電池成組時，務必保證電池組采用同一類型、同一規(guī)格、同一型號的電池。同一型號的電池。在電池組使用過程中檢測單電池參數(shù)，尤其是動、靜態(tài)情況下在電池組使用過程中檢測單電池參數(shù)，尤其是動、靜態(tài)情況下（電動汽車停駛或行駛過程中）的電壓分布情況，掌握電池組中（電動汽車停駛或行駛過程中）的電壓分布情況，掌握電池組中單體電池不一