動力電池分類及性能要求（可編輯）

動力電池分類及性能要求任務描述

電池有不同的種類、不同的性能指標，你作為新能源汽車技術專業社團的團長，請你為社員們介紹清楚相關內容，激發社員對電池探索研究的興趣，加強社團活動的品質。01能介紹電動汽車蓄電池應滿足的要求02對蓄電池進行正確分類03介紹蓄電池電壓、容量等主要性能指標學習目標04能介紹動力蓄電池目前存在的問題以及蓄電池未來的發展方向思政目標！發散思維，加強創新意識。PART1動力電池應滿足的性能要求北汽EX360：可用電量：48.1KWh綜合工況續航里程達到了318km，等速續航里程為398km。1.使電動汽車的續駛里程長

電池能量決定電動汽車的續駛里程單位：W.h、KW.h比能量（Wh/kg）=電池能量電池重量比能量是動力電池單位品質所能輸出的電能。比能量是動力電池的關鍵性能指標，決定車輛的續航里程。能量密度（Wh/L）：動力電池單位體積所能輸出的能量（1）鉛酸蓄電池電能=12V*4.5A.h=54W.h比能量=電能/重量=54W.h/1.652kg=32.69=33W.h/kg能量密度=電能/體積=54Wh/0.59L=91.53W.h/L（2）鎳氫電池電能=1.2V*2.45A.h=2.94W.h（2）鎳氫電池電能=1.2V*2.45A.h=2.94W.h比能量=電能/重量=2.94W.h/0.03kg=98W.h/kg能量密度=電能/體積=2.98Wh/0.0075L=391.48W.h/L（3）鋰電池電能=3.6V*2.5A.h=9W.h（3）鋰電池電能=3.6V*2.5A.h=9W.h比能量=電能/重量=9W.h/0.043kg=209.3W.h/kg能量密度=電能/體積=9Wh/0.01654L=544.14W.h/L43g0.01654L2.使電動汽車的動力性強勁、加速性、爬坡能力

能耗決定電動車汽車的動力性單位：W、KW0-50km/h加速成績為5秒。比能耗（W/kg）=最大能耗電池重量比能耗的大小表征電池所能承受的工作電流的大小，電池比能耗大，表征電池可以承受大電流放電。比能耗是評價電池及電池組是否滿足電動汽車在加速、爬坡和再生制動時的指標。比能量是動力電池的關鍵性能指標，決定車輛的續航里程。能耗密度（W/L）：動力電池單位體積所具有的電能的能耗。3.較長的循環壽命保證動力蓄電池的利用年限和行駛總里程。使其替換、保養費用低，降低電動汽車的利用造價。4.較好的充、放電特質蓄電池的充電特質好，可縮短其充電時間，加強利用性能，在車輛制動時，則可加強制動能量回收的效能。充電特質好，不容易過充電，可延長蓄電池的利用壽命。放電特質好，其持續供電能力就強。5.工作溫度范圍廣以滿足季節變化的運行需要。溫度過高或溫度過低的情況下，對于蓄電池的工作極為不利。

如果放電不絕對就充電，就不能放出全部電量如：放出70%電量后再充足電，該電池只能放出70%的電量，這就是電池的“記憶效應”。為了處理這個問題，幾次達成的充/放電循環能使電池恢復正常工作。6.無記憶效應：以滿足車輛各狀態下充電的需要7.自放電率小

滿足車輛較長時間的擱置要求

自放電：蓄電池內部自發的或不期望的化學反應造成可用容量自動降低的現象。8.充電時間短：9.可實現深度放電（如DOD達到80%），并且不會作用其壽命。要求蓄電池必要時能在滿負荷能耗狀態下工作和實現全放電。10.安全性好：防爆、防高溫性能好2.電動汽車動力性強勁1.使電動汽車的續駛里程長4.循環壽命長3.工作溫度范圍廣動力電池應滿足的性能要求

PART2動力電池存在的問題及發展趨勢不足40Wh/kg100Wh/kg左右一、動力電池存在的問題1.能量密度低汽油的能量密度是12000Wh/kg，北汽純電動汽車EV200采用的動力蓄電池能量密度為104.4Wh/kg傳統燃油汽車行駛300~500公里只需消耗30L汽油，電動汽車為了跑相同的里程需要更多的電能，只能帶上數百公斤重的電池。2.電池組重輕量化是純電動汽車設計時必須要遵循的一個原則，盡管在車身設計方面采取了一系列減輕自身品質的措施來降低車重。但由于電池組的存在，純電動汽車的總品質較同樣大小的內燃機汽車重得多。3.續駛里程短，動力性能弱

由于現在車用動力蓄電池的能量密度較低，要加強汽車的行駛里程，就必須在汽車上安裝更多的蓄電池組。這樣就使蓄電池組品質過大，車身品質過重又使汽車動力性能受到制約，車上安裝了大量的電池組，占用了不少空間，限制了車內利用空間。4.電池價格昂貴據估算，在純電動汽車中，動力蓄電池的造價占整車售價的10%~30%，微型電動汽車因為整車價格不高，電池組造價占比尤其大。過于高昂的電池造價阻礙了電動汽車的快速發展。5.乘員的舒適性受到限制

由于受到純電動汽車動力蓄電池的電量限制，在車上對電能的利用必須時刻注意節省，車內空調和暖風裝置的選用必須充分考慮其對車輛行駛里程的作用。動力轉向以及其他一些車載電氣的利用也受到限制。因此，乘員的乘坐舒適性受到作用。二、動力電池發展趨勢1.從理論能量密度挖掘現有蓄電池的潛力

從理論能量密度挖掘現有的蓄電池的潛力基于兩點：一是當資料來源不同時，理論運算結果相差頗大，而這與反應中物質狀態有關，也與是否考慮到反應所處條件有關；二是在實用化的蓄電池中，其實際能量密度最多只有理論值的1/4.5~1/3，仍然留下1/10~1/5的運算值潛在能量。

2.從電池活性物料看蓄電池的發展前景電極活性物質是作用蓄電池性能最關鍵的因素，因此，未來蓄電池的發展離不開對電池活性物質的研究。

合成物料的廣泛應用將是未來蓄電池技術發展的必由之路。

今后蓄電池的研究可能會從分子工程出發，研制出合成導電聚合物物料。納米物料所具有的獨特質質和全新的規律，使其成為科學研究的熱點。納米微粒作為蓄電池正負極物料的可能性是存在的，作為鋰離子電池負極物料的碳納米管，其管壁厚度、管徑、管腔、長度都可通過轉換合成條件進行調控，以加強蓄電池的性能。而且，納米物料在電池中得到實用，蓄電池的性能有可能達到一個前所未有的新高度。

3.非可燃性有機電解液將處理鋰離子電池安全問題

采用高離子導電率的固體電解質作為隔膜，制備全固態電池，將大大加強大容量鋰離子電池的安全性。研究研制新型固態電解質可能是處理一系列問題、開創蓄電池新階段的關鍵。由于鋰二次電池性能的改良和加強與有機電解液的關系密切，因而近年來在這方面的研究迅速增多。可以預料，未來鋰二次電池發展將很大程度上依賴于非水電解質應用基礎研究的突破。

4.電動汽車的發展將促進蓄電池技術的全面發展電動汽車未來發展的方向主要是純電動汽車和燃料電池電動汽車，

混合動力電動汽車的發展只是為緩解動力電池技術難題的一個中間過程。對于純電動汽車，蓄電池仍然是其發展的瓶頸。為使電動汽車在動力性、經濟型（續駛里程）、安全性、造價等方面能與燃油汽車相抗衡，需要處理的最關鍵的問題就是蓄電池。蓄電池性能的加強具有多方面：要求蓄電池的比能耗與比能量有突破性的加強、循環壽命更長、充電時間短、利用安全環保。要加強純電動汽車的動力性、續駛里程和縮短充電時間，除了蓄電池本身性能的加強外，蓄電池的充電方法、蓄電池的性能測試與管控等也至關重要。因此，有關蓄電池快速充電及均衡充電方法的研究、

蓄電池運行中的動態性能指標監測及能量管控的研究等，

均是電動汽車未來發展所需的關鍵性研究項目。電動汽車電源的另一個發展方向是燃料電池。燃料電池高效對工況友好安靜且可靠性高因而被主張是21世紀首選的高效清潔能源。2.動力電池發展趨勢1.動力電池存在的問題動力電池存在的問題及發展趨勢PART3蓄電池的分類1.按照電池工作原理化學電池：利用物質的化學反應發電的電池：原電池、蓄電池、燃料電池等。物理電池：利用光、熱、物理吸附等物理能量發電的電池。如：太陽能電池、超級電容器、飛輪電池等。

生物電池：利用生物化學反應發電的電池。如微生物電池、酶電池、生物太陽電池等。

2.按照工作介質和存儲的方式不同一次電池：利用一次后就被廢棄的電池，不能再充電，也稱原電池，如錳鋅干電池、銀鋅扣式電池、鋰原電池等。二次電池：可以充電再次利用的電池，如鎳氫電池、鎳鎘電池、鋰電池等。燃料電池：活性物料在電池工作時需要不斷的從外部進入燃料，來延續電池內部反應，如氫氧燃料電池等。

酸性電池：主要以硫酸水溶液為介質，如鉛酸電池。

堿性電池：主要以氫氧化鉀水溶液為主，如鎳鎘電池、鎳氫電池

3.按照電解質的種類不同

中性電池：主要以鹽溶液為介質，如錳鋅干電池、海水激活電池等

有機電解質電池：主要以有機溶液為介質，如鋰電池。4.按照蓄電池所用正、負極物料的特質劃分鉛系列電池：如鉛酸電池鋅系列電池：如鋅錳電池、鋅銀電池鎳系列電池：如鎳鎘電池、鎳氫電池鋰系列電池：鋰電池、磷酸鐵鋰、三元鋰電池2.按照電解質的種類1.按工作介質和存儲的方式小結：蓄電池的分類4.按照電池工作原理3.按照蓄電池正、負極物料PART4蓄電池的性能指標1.電壓

1）端電壓：電池正極與負極之間的電位差

2）開路電壓：蓄電池在開路條件下的端電壓，即電池沒有負載狀態的電壓值。

幾種普遍的蓄電池的開路電壓

3）充電截止（終止）電壓：電蓄電池正常充電時，允許達到的最高電壓。在蓄電池達到充滿狀態后，若還繼續充電即為過充電過充電可能導致蓄電池內壓升高，鼓包變形、漏液等情況發生，蓄電池的性能會顯著降低或導致損失。過充電是電池濫用的一種方式。

4）放電截止（終止）電壓：蓄電池正常放電時，允許達到的最低電壓。在蓄電池達到充滿狀態后，若還繼續充電即為過充電過放電是電池濫用的一種方式。以鋰電池為例，如果電壓低于放電截止（終止）電壓后繼續放電，電池兩端的電壓會迅速下降，造成過放電，負極晶格會塌落，導致極板上的活性物質在正常充電時不易恢復。圖：蓄電池充電電壓和放電電壓

普遍的蓄電池充電截止（終止）電壓和放電截止（終止）電壓序號動力蓄電池充電截止（終止）電壓放電截止（終止）電壓1鎳鎘電池1.75~1.8V1.0~1.1V2鎳氫電池1.5V1V3鋰電池4.25V3.0V2.容量絕對充電的蓄電池在規定條件下所釋放的總容量，單位為Ah。

1）額定容量：在規定條件下測得的并由制造上標明的電池容量值。

2）n小時率容量：

絕對充電的蓄電池以n小時率放電電流放電，達到終止條件時所釋放的容量。

3）可用容量：

在規定條件下，從絕對充電的蓄電池中釋放的容量值。

4）理論容量：

假設活性物質絕對被利用，蓄電池可釋放的容量值。

3.內阻

蓄電池中電解質、正負極群、隔膜等電阻的總和。

蓄電池的內阻直接作用著蓄電池的

工作電壓、輸出電流、輸出能量和能耗等，蓄電池的內阻越小，其充放電性能就越好。4.放電深度（DOD）DepthOfDischarge表示蓄電池放電狀態的指標等于實際放電量與可用容量的百分比。實際放電30Ah，可用容量100Ah，求DOD？答：DOD=30A·h/100A·h=0.3=30%。5.荷電狀態（SOC）

StateOfCharge表示蓄電池在充放電過程中的存電狀態。等于蓄電池剩余的容量與蓄電池額定容量的比值。實際放電30Ah，額定容量100Ah，求SOC？答：SOC=（100-30）/100=0.7=70%6.自放電率自放電率又稱荷電保持能力，是指電池在開路狀態下，

電池所儲存的電量在一定條件下的保持能力。

自放電率主要受電池制造工法、物料、儲存條件等因素作用，

是衡量電池性能的重要指標。7.記憶效應蓄電池經過長期淺充淺放電循環后，進行深放電時，表現出顯然的容量損失和放電電壓下降，經過數次全充/放電循環后，電池特質即可恢復的現象。

8.倍率放電蓄電池以1小時放電率電流值的倍數進行放電，用C表示。其單位是“1/小時”如額定容量為“1000mA.h”的電池：以0.2C充電，充電電流=（0.2/h）*1000mA.h=200mA

以0.1C放電，放電電流=（0.1/h）*1000mA.h=100mA

以0.5C放電，放電電流=（0.5/h）*1000mA.h=500mA

以3C放電，放電電流=（3/h）*1000mA.h=3000mA