項目一電動汽車動力電池基礎認知PART011.了解動力電池的主要類型。2.理解動力電池的基本組成及工作原理。3.掌握動力電池的基本參數及應用要求。任務目標一、動力電池的類型（一）按照電池的工作性質及使用特征分類任務2電動汽車動力電池基礎知識1.一次電池一次電池又稱“原電池”或者“干電池”，是指放電后不能用充電的方法使它復原的電池，即該類電池只能使用一次，放電后電池只能廢棄。2.二次電池二次電池又稱“蓄電池”，是指放電后可以用充電的方法使活性物復原而能再次放電，且可反復循環使用的一類電池。這類電池實際上是一個化學能量儲存裝置，用直流電將電池充足，使電能以化學能的形式儲存在電池中。任務2電動汽車動力電池基礎知識3.儲備電池儲備電池又稱“激活電池”，這類電池的正、負極活性物質和電解液不直接接觸，使用前臨時注入電解液或用其他方法激活電池。4.燃料電池燃料電池又稱“連續電池”，即只要活性物連續注入電池，就能長期不斷地連續放電的一類電池。其特點是電池自身只是一個載體，不存儲任何電能。當需要電能時將反應物從外部送入電池中即可，如氫燃料電池、肼空氣燃料電池等。任務2電動汽車動力電池基礎知識（二）按照電池的反應原理分類1.化學電池化學電池利用物質的化學反應發電，按照工作性質，化學電池可分為原電池、蓄電池、燃料電池和儲備電池；按照電解質不同，可分為酸性電池、堿性電池、中性電池、有機電解質電池、非水無機電解質電池和固體電解質電池等；按照電池的特性，可分為高容量電池、密封電池、高功率電池、免維護電池和防爆電池等。任務2電動汽車動力電池基礎知識2.物理電池物理電池是利用光、熱、物理吸附等物理能量發電的電池，如太陽能電池、超級電容和超高速飛輪電池等。3.生物電池生物電池是利用生物化學反應發電的電池，如微生物電池、酶電池和生物太陽能電池等。任務2電動汽車動力電池基礎知識（三）按照電池的應用分類動力電池按照其應用分為兩種不同的類型：能量型電池和功率型電池。任務2電動汽車動力電池基礎知識1.能量型電池能量型電池指以高能量密度、高容量為特點，單位時間內輸出電量多，能夠給車輛提供較高的續駛里程，但是最大放電電流較低。2.功率型電池功率型電池指以高功率密度為特點，單位時間內產生的電功率較高，其提供的電磁轉矩較大，能夠給車輛提供較高的轉速，支持較大的最大持續與最大瞬間放電電流，但電池容量相對較低。任務2電動汽車動力電池基礎知識（四）按電池所用正負極材料分類1.鋅系列電池以金屬鋅為負極材料的化學電源稱為鋅系列電池。金屬鋅具有容量高、資源豐富等優點。目前已廣泛應用的鋅系列電池有鋅錳電池、鋅銀電池等。鋅系列電池的主要特征為：（1）鋅負極活性物質的組成特征：一次電池、儲備電池、鋅空氣燃料電池直接采用單質或合金鋅這種充電態負極形式；蓄電池多采用氧化鋅這種放電態負極形式。（2）鋅負極的電極結構特征：一次電池采用鋅箔和鋅粒；儲備電池采用電沉積鋅粉干壓或濕壓成箔式，或直接電沉積鋅箔；蓄電池多采用粘結式氧化鋅負極結構。任務2電動汽車動力電池基礎知識2.鎳系列電池鎳系列電池是指采用金屬作為負極活性物質，氫氧化鎳作為正極活性物質的堿性蓄電池。大型袋式和開口式鎳系列電池主要用于鐵路機車、礦山、裝甲車輛、飛機發動機等作為起動或應急電源。圓柱密封式鎳系列電池主要用于電動工具、剃須器等便攜式電器。小型扣式鎳系列電池主要用于小電流、低倍率放電的無繩電話、電動玩具等。任務2電動汽車動力電池基礎知識3.鉛系列電池鉛酸電池，是一種電極主要由鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的蓄電池。鉛酸電池放電狀態下，正極主要成分為二氧化鉛，負極主要成分為鉛；充電狀態下，正負極的主要成分均為硫酸鉛。鉛蓄電池的優點是工作電壓平穩、使用溫度及使用電流范圍寬、充放電循環次數多、儲存性能好、造價較低，目前廣泛應用于汽車、火車、拖拉機、摩托車、電動車以及通信、電站、電力輸送、儀器儀表、UPS電源和飛機、坦克、艦艇、雷達系統等領域。其缺點是比能量（單位重量所蓄電能）小，而且會對環境造成污染。任務2電動汽車動力電池基礎知識4.鋰系列電池鋰系列電池分為動力鋰電池和鋰離子電池。鋰電池是一種二次電池，它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。在充放電過程中，Li+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌：充電時，Li+從正極脫嵌，經過電解質嵌入負極，負極處于富鋰狀態；放電時則相反。鋰電池具有電壓高、工作溫度范圍寬、比能量大、循環壽命長、自放電小等優點，其缺點是生產成本高、使用條件有限制且高低溫使用危險性較大等。任務2電動汽車動力電池基礎知識5.二氧化錳系列電池二氧化錳電池是以鋅、鎂、鋰等金屬為負極、二氧化錳為正極的系列電池。電解液采用堿性的KOH水溶液，所以叫作堿性二氧化錳電池。二氧化錳電池結構簡單，所使用的原材料來源豐富，所以其成本低、價格便宜，而且使用方便，不需維護，便于攜帶。由于這些優點，與其他電池系列相比，堿性二氧化錳電池在民用方面具有很強的競爭力，被廣泛地應用于信號裝置、儀器儀表、通信、計算器、照相機閃光燈、收音機、BP機、電動玩具及鐘表、照明等各種電器用具的直流電源。任務2電動汽車動力電池基礎知識6.空氣（氧氣）系列電池空氣（氧氣）電池是新一代綠色二次電池的代表之一，包括鋅空氣電池、鋁空氣電池、鋰空氣電池和鎂空氣電池等，具有成本低、無毒、無污染、比功率高、比能量高等優點，是替代傳統電池的理想產品。為解決金屬空氣電池電極的腐蝕及自放電現象，需要注意：（1）選用合理的電極材料和制造工藝。（2）合理地配置電解液。（3）開發高效的催化劑，提高氧空氣電極活性。任務2電動汽車動力電池基礎知識二、動力電池的基本組成與工作原理任務2電動汽車動力電池基礎知識（一）單體電池的基本組成單體電池主要由正極板、負極板、電解質（電解液）、隔板（隔膜）、外殼及極樁等構成。任務2電動汽車動力電池基礎知識1.正極板正極板是由正極板柵和涂于正極板柵的活性物質組成，它在電池放電時發生還原反應并獲得來自外電路的電子。正極板上的活性物質是某種氧化物或硫化物以及一些其他混合物。典型的正極材料有二氧化鉛和氫氧化鎳等。任務2電動汽車動力電池基礎知識2.負極板負極板是由負極板柵和涂于負極板柵的活性物質組成的，它在電池放電時發生氧化反應并向外電路釋放出電子。負極板的活性物質是某種金屬或合金。典型的負極材料有鉛和鎘等。任務2電動汽車動力電池基礎知識3.電解質電解質是使電池正負極之間具有離子導電性的介質。電解質在電極發生反應時應具有較高的離子導電性，同時還必須對電子絕緣，以免在電池內部發生自放電。電解質的材料一般是液體、膠體或者固體，它可以是酸性的，也可以是堿性的，取決于電池的類型。任務2電動汽車動力電池基礎知識4.隔板（隔膜）在鉛酸蓄電池中，兩極板之間需插入隔板以防止正、負極板相互接觸發生短路，隔板材料包括木質、橡膠、微孔橡膠、微孔塑料、玻璃等。隔膜是一層具有電絕緣特性的物質，具有使電解質中離子通過及儲存、固定電解質的功能。目前動力電池所用的隔膜都是由高分子聚合物制成的。實際應用中，隔膜又分為單層PP或PE隔膜、雙層PE/PP復合隔膜以及三層PP/PE/PP復合隔膜等。任務2電動汽車動力電池基礎知識5.外殼外殼是電池的容器，具有保護和容納電池內部正負極板、電解液、隔板等作用，還有密封防塵的功能。電池的外殼材料必須能經受電解質的腐蝕，而且應該具有一定的機械強度。鉛酸電池一般采用硬橡膠。堿性蓄電池一般采用鍍鎳鋼材。近年來，由于塑料工業的發展，各種工程塑料諸如尼龍、ABS、聚丙烯、聚苯乙烯等已成為電池殼體常用的材料。任務2電動汽車動力電池基礎知識6.正負極樁正負極樁是電池正負極板與外部電路的連接點，也稱為電極樁。它可以給外部電路提供工作電壓。除了上述主要組成部分以外，電池還常常需要導電柵、匯流體、安全閥等零件。任務2電動汽車動力電池基礎知識（二）動力電池的工作原理當無源電路元件連接到電池極樁上時，電池負極釋放電子，正極獲得電子，從而使外電路中產生電流。在這個過程中，電池放電。當電池放電時，正極從外部電路獲得電子，發生還原反應；負極向外電路釋放電子，發生氧化反應。若給動力電池提供高于電池端電壓的電源，使電流能夠反向流入電池中，就完成了給電池充電的過程。當電池充電時，正極向外電路釋放電子，發生氧化反應；負極從外電路獲得電子，發生還原反應。任務2電動汽車動力電池基礎知識電池正極的反應如以式（1-1）所示，當電池充電時，電池正極的物質A發生氧化反應，生成物質C并同時對外電路釋放電子，對電解質釋放出陽離子。放電時則正好相反，正極上的材料吸收電子并與離子結合，最終生成物質A。電池負極發生的反應如式（1-2）所示，當電池充電時，電池負極的物質B與電解質中的陽離子連同外電路的電子共同作用產生不帶電的物質D。電池放電時反應正好相反。任務2電動汽車動力電池基礎知識三、動力電池的性能指標與應用要求（一）性能指標1.電壓（1）電動勢。

（2）端電壓和終止電壓。（3）開路電壓。

（4）工作電壓。（5）額定電壓。

（6）充電電壓。（7）電壓效率。任務2電動汽車動力電池基礎知識2.內阻電池的內阻是指電流通過電池內部時所受到的阻力。一般所說的內阻是指充電態內阻及電池滿電時的內阻。歐姆內阻主要由電極材料、電解液、隔膜的內阻及各部分零件的接觸電阻組成。極化內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阻。（1）正負極電阻。

（2）電解液電阻。（3）隔板電阻。

（4）連接體電阻。任務2電動汽車動力電池基礎知識3.容量和比容量（1）容量。電池完全放電的過程中，電極的通電材料所能釋放出的電荷數量稱為電池容量，用符號C表示，其單位為安·時（A·h）。表征電池容量特性的專用術語有三個，即理論容量、額定容量和實際容量。（2）比容量。比容量是指單位質量或單位體積的電池所能給出的電量，相應地也稱為質量比容量或體積比容量。任務2電動汽車動力電池基礎知識4.能量和比能量（1）能量。電池的能量是指電池在一定放電條件下，對外做功所能輸出的電能，通常用瓦·時（W·h）表示，它等于電池的放電容量和電池平均工作電壓的乘積。衡量電池能量的標準有兩個，即理論能量和實際能量。（2）比能量。比能量即電池的能量密度，是指單位質量或單位體積的電池所能輸出的能量，相應地稱為質量能量密度（W·h/kg）或體積能量密度（W·h/L）。能量密度也分為理論能量密度和實際能量密度。任務2電動汽車動力電池基礎知識5.電能效率電能效率是指電池的能量輸出效率，是電池放電時輸出的能量與充電時輸入的能量之比，影響能量效率的因素是電池的內阻，它使電池充電電壓增加，放電電壓下降，造成電池能量的損耗。電池及電池組的內阻越小，無用的熱耗就越小，輸出效率就越大。任務2電動汽車動力電池基礎知識6.功率和比功率電池的功率是指在一定的放電條件下，電池在單位時間內所輸出的能量。單位是瓦或千瓦。電池的單位質量或單位體積的功率稱為電池的比功率，它的單位是瓦/千克或瓦/升。如果一個電池的比功率較大，則表明在單位時間內，單位質量或單位體積中給出的能量較多，即表示此電池能用較大的電流放電。任務2電動汽車動力電池基礎知識7.荷電狀態荷電狀態，又稱剩余電量，是指電池當前還有多少電量。常取其與額定容量或實際容量的比值，稱荷電程度，是最不易獲得的參數，指示的荷電程度總是非線性變化的。任務2電動汽車動力電池基礎知識8.儲存性能和自放電電池的儲存性能是指電池在開路時，一定條件下（如濕度、溫度等）儲存一定時間后主要性能參數的變化，包括容量的下降、外觀情況有無變化或滲液現象。對于所有的化學電池，即使在與外部電路沒有接觸的條件下開路設置，經過干儲存（不帶電解液）或濕儲存（帶電解液）一定時間后，其容量會自行降低，這個現象稱自放電，也稱為荷電保持能力。任務2電動汽車動力電池基礎知識9.壽命（1）儲存壽命。儲存壽命指從電池制成到開始使用之間允許存放的最長時間，以年為單位。包括儲存期和使用期在內的總期限稱電池的有效期。（2）使用壽命與循環壽命。使用壽命是指電池實際使用的時間長短。充放電循環壽命，是衡量二次電池性能的一個重要參數。經受一次充電和放電，稱為一次循環。在一定的充放電制度下，電池容量降至某一規定值之前，電池能耐受的充放電次數，稱為二次電池的充放電循環壽命。任務2電動汽車動力電池基礎知識10.不一致性