纯电动汽车动力电池.pptVIP

第二章 纯电动汽车——动力电池 纯电动汽车--锂离子电池 锂离子电池工作原理图 充电时锂离子从氧化物正极晶格脱出，通过锂离子传导的有机电解液后迁移嵌入到碳负材料负极，负极处于富锂态，正极处于贫锂态，同时电子的补偿电荷从外电路供给到碳负极，保证负极的电荷平衡; 锂离子电池性能 与传统的化学电源体系相比，它具有以下优点. 1、比能量高。锂离子电池的比能量可达到200Wh/Kg和300Wh/L，约为传统锌锰、铅酸和镍镉电池的6倍; 2、工作温度范围宽。可在-200 C-+750 C环境温度下工作; 3,贮存性能好。锂一次电池通常可贮存5-10年，锂二次电池的自放电一般小于15%(一年)，约为常规铅酸、镍镉电池的1/10; 锂离子电池性能 4、电压高3.6伏(一般为3.0伏以上)且放电电压平稳; 5、自放电小、循环使用寿命长; 6、无记忆效应。 目前，作为一种应用趋势，锂离子动力电池越来越多地在电动汽车上得到应用。 我国锂离子动力电池在电动汽车上的应用已列入国家高技术研究发展计划（ 863”计划)和国家“十五”计划。 锂离子电池的组成 锂离子电池实际上是一种锂离子浓差电池，正负电极由两种不同的锂离子嵌入化合物组成， 正极一般采用锂化合物LiXCoO2, LiXNiO2或LiMn2O4， 负极采用锂一碳层间化合物LiXC6， 电解质为LiPF6和LiAsF6等有机溶液，经Li十在正负电极间的往返嵌入和脱嵌形成电池的充电和放电过程。在充电时， Li十正极脱嵌经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态，正极处于贫锂状态，放电时刚好相反。 锂离子电池的数学模型 锂离子电池建模的基础是如何确定锂离子电池的电动势、内阻的特性函数。 这些特性函数的确定是基于电池荷电状态值SOC (State of Capacity)变化关系的结果上得到的。 充电特性 锂离子电池的荷电状态值 锂离子动力电池的两个基本特性: 1、电池的容量与放电电流有关，放电电流越大，则在该电流下所能放出的有效容量就越少，这种特性简称容量特性 2、电池的工作电压与放电的深度有关，放电电流及放电深度越大，电池的工作电压下降得越多，这种特性我们简称为电压特性 电池能量模型建立的基础是电池的等效电路图， 电池的容量特性将直接影响电动汽车的有效续驶里程，而它的电压特性则直接影响电动汽车的动力性，两者相互关联，相互影响，构成了电池的(2.7v-4.2v)放电特性。 放电特性 实验发现，锂离子电池在放电终止电压2.7V的条件下，放电电流越大电池的极化越大，电池的放电容量越小，但电池的静态电压与电池的放电深度的关系是基本保持不变的状态。锂离子电池以大电流放电（大于2C)的情况下，电池的放电曲线出现了电压先降低后升的现象。 实例 在 25 ℃下 ,单体电池以不同倍率恒流充电到4.2 V后 ,转恒压充电 ,当充电电流小于恒流充电电流的 10 %时停止充电 , 实例 从图1a可知:单体电池的充电曲线分为恒流充电和恒压充电两部分,随着充电电流的增加,单体电池恒流充电容量所占比例减少,恒压充电容量所占比例增加;随着充电倍率的提高,单体电池恒流充电过程中的电压上升速率加快,充电平台也升高。当充电倍率达7.0 C时,基本看不到LiMn2O4 的特征充电平台,这主要是因电池在高倍率充电下电化学极化增大造成的。 实例 由图 1b可见:单体电池在不同倍率下的放电曲线的形状基本相似 ,放电初期和接近结束时的电压下降较快 ,放电中期的电压变化较小 ,呈现出放电平台。单体电池的1.0 C放电平台保持在3.85 V 左右;。随着放电倍率的增加 ,电池的放电平台随之下降 ,容量也随之减少。放电倍率增加到6.0 C时 ,放电平台降低至 3.57 V 左右 ,放电容量为 1.0 C 容量的 91 %。继续增加放电倍率到 12.0 C ,放电平台保持在3.31 V 左右 ,放电容量接近1.0 C容量的62 %。 可用容量 电池容量 t—蓄电池放电时间; n—Peukert常数，对于不同的电池取值不同。 电池的可利用系数 电池荷电状态 电池的荷电状态值k简记作soc，也可用百分量来计量。 锂电池内阻的数学模型 表示为以电池荷电状态值的函数： 电池端电压的计算如下: 缺点: (1)锂离子电池在充电时正极中的锂离子溶出太多回不到原来的状态致使电池放电时锂离子不能填充到正极的通道。表现为电池充电充不进去造成永久性破坏。这样我们就必须采取措施限制充电电压的方式来控制锂离子的溶出量; (2)锂离子电池放电放到终点时，内部物质就会发生质变，即负极上的石墨层中的锂离子全部脱落，下次充电时，没有锂离子的负极石墨层就不能保证回路通畅，所以要采取措施控制放电电压的大小;