項目三熟知新能源汽車核心技術(shù)PART03任務(wù)一了解新能源汽車儲能裝置一、動力蓄電池（一）動力蓄電池的市場任務(wù)一了解新能源汽車儲能裝置1.動力蓄電池在廠內(nèi)車輛的應(yīng)用廠區(qū)或生產(chǎn)現(xiàn)場內(nèi)電動舉升式叉車為主的電動車輛被廣泛應(yīng)用于工廠的貨物舉升、移動和碼放。電動叉車主要應(yīng)用的動力蓄電池主要以鉛酸動力蓄電池為主。2.動力蓄電池在電機車上的應(yīng)用隨著鐵路運輸?shù)陌l(fā)展，現(xiàn)階段各國應(yīng)用的軌道運輸工具已經(jīng)以電力機車為主，國外以及我國的高速列車均為電力拖動車輛，電力機車一般配備750V或900V動力蓄電池。以動力蓄電池為動力源的電力機車多年來也廣泛應(yīng)用于采礦中的礦石運輸。任務(wù)一了解新能源汽車儲能裝置3.動力蓄電池在娛樂及運動場地車輛的應(yīng)用作為娛樂及運動場地車輛的典型應(yīng)用，高爾夫球車主要用于高爾夫球場運送設(shè)備以及為球員服務(wù)。由于電動車輛具有無污染、低噪聲等優(yōu)點，在環(huán)境要求高的旅游景點也被廣泛運用。4.動力蓄電池在殘疾人或醫(yī)療服務(wù)用車上的應(yīng)用由于動力蓄電池驅(qū)動的車輛具有起步平穩(wěn)、低噪聲等優(yōu)點，在醫(yī)療機構(gòu)中應(yīng)用電動車輛運輸藥品、作為重癥監(jiān)護車輛以及用于救護車。任務(wù)一了解新能源汽車儲能裝置5.動力蓄電池在機場地面保障車輛上的應(yīng)用20世紀80年代初，機場開始擴大由動力蓄電池驅(qū)動的車輛在機場貨物運輸及人員輸送方面的應(yīng)用。6.動力蓄電池在電動滑板車、摩托車和自行車上的應(yīng)用英國人和法國人共同研制的電動三輪車，這是鉛酸蓄電池在私人道路車輛上的第一次應(yīng)用。任務(wù)一了解新能源汽車儲能裝置7.動力蓄電池在電動汽車上的應(yīng)用隨著節(jié)能環(huán)保受到社會各界的重視，交通領(lǐng)域節(jié)能減排、低碳出行的重任再次落到了電動汽車的身上，各國陸續(xù)推出電動汽車。如日本、德國、美國等。中國通過長期的研究，分別完成了純電動汽車、混合動力汽車、燃料電池汽車的開發(fā)和生產(chǎn)，部分產(chǎn)品已經(jīng)大批量供應(yīng)城市需求。如比亞迪·秦、榮威E50、榮威E550等。任務(wù)一了解新能源汽車儲能裝置（二）動力蓄電池基本概念及分類1.動力蓄電池概念電池應(yīng)用的過程是電能輸入轉(zhuǎn)化為化學(xué)能存儲，再以電能形式輸出的能量轉(zhuǎn)換過程。不論其正負極材料如何變化，其基本的電化學(xué)原理相同。雖然不同的電池具有不同的電化學(xué)特性和應(yīng)用特征，但基本概念上是相通的。任務(wù)一了解新能源汽車儲能裝置2.動力蓄電池分類（1）按電解液種類分類。①堿性電池。堿性電池的電解質(zhì)主要是以氫氧化鉀水溶液為主，如堿性鋅錳電池、鎘鎳電池、氫鎳電池等。②酸性電池。酸性電池主要是以硫酸水溶液為介質(zhì)，如鉛酸動力蓄電池。③中性電池。中性電池是以鹽溶液為介質(zhì)，如鋅錳干電池、海水激活電池等。④有機電解液電池。有機電解液電池主要是以有機溶液為介質(zhì)，如鋰離子電池等。任務(wù)一了解新能源汽車儲能裝置2.動力蓄電池分類（2）按工作性質(zhì)和儲存方式分類。①一次電池。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。②二次電池。二次電池即可充電電池，如鉛酸蓄電池、鎘鎳蓄電池、鋰離子蓄電池等。③燃料電池。燃料電池中，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。④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電池。任務(wù)一了解新能源汽車儲能裝置2.動力蓄電池分類（3）按電池所用正、負極材料分類。①鋅系列電池，如鋅錳電池、鋅銀電池等。②鎳系列電池，如鎳鎘電池、鎳氫電池等。③鉛系列電池，如鉛酸電池。④鋰系列電池，如鋰離子電池、鋰聚合物電池和鋰硫電池。⑤二氧化錳系列電池，如鋅錳電池、堿錳電池等。⑥空氣（氧氣）系列電池，如鋅空氣電池、鋁空氣電池等。任務(wù)一了解新能源汽車儲能裝置（三）動力蓄電池的基本原理為了理解電池是怎樣把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的，以經(jīng)典的丹尼爾原理電池單體化學(xué)反應(yīng)為例進行介紹。將Zn（鋅）置于ZnSO4（硫酸鋅）溶液中，將Cu（銅）置于CuSO4（硫酸銅）溶液中，并用鹽橋或離子膜等方法將兩電解質(zhì)溶液連接。鋅單質(zhì)和溶液中的鋅離子是相互轉(zhuǎn)化的，當單獨放置的時候，兩者的轉(zhuǎn)化處于平衡狀態(tài)，沒有對外的物質(zhì)變化的效果，當將鋅溶液和銅溶液相連的時候，鋅的化學(xué)性質(zhì)比銅的化學(xué)性質(zhì)更活潑，在與電解質(zhì)作用的時候，先與電解質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)，被氧化為Zn2+，從而鋅一直失去電子，銅一直得到電子，。任務(wù)一了解新能源汽車儲能裝置任務(wù)一了解新能源汽車儲能裝置（四）電池的基本組成要實現(xiàn)化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的過程，必須滿足如下條件：（1）必須把化學(xué)反應(yīng)中失去電子的氧化過程（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，這與一般的氧化還原反應(yīng)存在區(qū)別。（2）兩電極間必須具有離子導(dǎo)電性的物質(zhì)。（3）化學(xué)變化過程中電子的傳遞必須經(jīng)過外線路。任務(wù)一了解新能源汽車儲能裝置為了滿足構(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。除了上述主要組成部分外，電池還常常需要導(dǎo)電柵、匯流體、端子、安全閥等零件。任務(wù)一了解新能源汽車儲能裝置電池本身可以制成各種形狀和結(jié)構(gòu)，如圓柱形、扣式、扁平和方形。任務(wù)一了解新能源汽車儲能裝置（五）電池的充電方法1.充電方法①盡快使電池恢復(fù)額定容量，即在恢復(fù)電池容量的前提下，充電時間越短越好；②消除電池在放電使用過程中引起的不良后果，即修復(fù)由于深放電、極化等導(dǎo)致的電池性能被破壞；③對電池補充充電，克服電池自放電引起的不良影響。任務(wù)一了解新能源汽車儲能裝置1.充電方法（1）常規(guī)充電方法。①恒流充電法。②恒壓充電法。③階段充電法。任務(wù)一了解新能源汽車儲能裝置1.充電方法（2）快速充電方法。①脈沖式充電法。

②ReflexTM快速充電法。任務(wù)一了解新能源汽車儲能裝置③變電流間歇充電法。

④變電壓間歇充電法。任務(wù)一了解新能源汽車儲能裝置⑤變電壓、變電流波浪式間歇正負零脈沖快速充電法。任務(wù)一了解新能源汽車儲能裝置二、超級電容器（一）超級電容器的發(fā)展現(xiàn)狀任務(wù)一了解新能源汽車儲能裝置任務(wù)一了解新能源汽車儲能裝置（二）超級電容器的優(yōu)點1.功率密度高2.充放電循環(huán)壽命長3.充電時間短4.特殊的功率密度和適度能量密度5.儲存壽命長6.工作溫度范圍寬任務(wù)一了解新能源汽車儲能裝置（三）其他類型的超級電容器介紹1.炭電極雙電層超級電容炭電極雙電層超級電容器主要使用多孔碳材料作為電極，比如活性炭或白炭黑的碳布、碳粉和碳纖維等。炭電極的主要優(yōu)點在于材料來源廣泛、成本低、加工技術(shù)成熟，活性物質(zhì)表面積大。缺點是隨著活性面積的增大，電極的穩(wěn)定性和導(dǎo)通性有所降低。這種超級電容器就是在本節(jié)前面所描述的超級電容器類型。任務(wù)一了解新能源汽車儲能裝置2.金屬氧化物電極超級電容器以金屬氧化物為電極材料的超級電容器利用法拉第效應(yīng)來存儲能量，這種電容器使用RuO2、IrO2等金屬氧化物作為電極，充放電時，在電極上會發(fā)生一系列氧化還原反應(yīng)。在充電時，電解液中的離子在外加電場的作用下，到達電極/溶液界面，而后通過界面的電化學(xué)反應(yīng)進入電極表面活性氧化物的體相中；若電極材料是具有較大比表面積的氧化物，就會有相當多的這樣的電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，大量的電荷就會被存儲在電極中。任務(wù)一了解新能源汽車儲能裝置放電時這些進入氧化物中的離子又會重新回到電解液中，同時所存儲的電荷通過外電路釋放出來。在電極的比表面積相同的情況下，金屬氧化物超級電容器的電容是由無數(shù)微等效電容電路的網(wǎng)絡(luò)形式形成的，其容量直接與電極中的法拉第電量有關(guān)，所以這種電容器的比電容是雙電層電容器的10～100倍，目前對這種電容器的研究工作已經(jīng)得到了各家研究機構(gòu)的重視。任務(wù)一了解新能源汽車儲能裝置3.有機聚合物材料電極超級電容器這種超級電容器以有機聚合物材料作為電極材料，經(jīng)過雜化處理，利用法拉第效應(yīng)來存儲能量。其作用機理是：通過在電極上的聚合物膜中發(fā)生快速可逆的n型或p型摻雜和去摻雜氧化還原反應(yīng)，使聚合物達到很高的儲存電荷密度，從而產(chǎn)生很高的法拉第準電容來儲存能量。它較高的工作電位源于聚合物的導(dǎo)帶和價帶之間較寬的能隙。任務(wù)一了解新能源汽車儲能裝置三、飛輪儲能器（一）飛輪儲能器基本結(jié)構(gòu)飛輪儲能系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、電機、輸入/輸出電路和真空室四部分組成。任務(wù)一了解新能源汽車儲能裝置1.轉(zhuǎn)子系統(tǒng)（1）飛輪本體。（2）支撐。2.電機從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及降低功耗的角度出發(fā)，國外研究單位一般均采用永磁同步電機。電機功耗還取決于電樞電阻、渦流電流和磁滯損耗，因此，無鐵定子獲得了廣泛應(yīng)用，轉(zhuǎn)子選用釹鐵硼永磁鐵。任務(wù)一了解新能源汽車儲能裝置3.輸入/輸出電路輸入/輸出電路是儲能飛輪系統(tǒng)的控制元件。它控制電機，實現(xiàn)電能與機械能的相互轉(zhuǎn)換。4.真空室真空室的作用主要有兩點：一是提供真空環(huán)境，以降低風(fēng)阻損失；二是屏蔽事故。真空度是影響系統(tǒng)效率的一個決定因素。目前國際上真空度一般可達10-5Pa量級。任務(wù)一了解新能源汽車儲能裝置（二）飛輪儲能器的優(yōu)點（1）能量密度高：能量密度可達100～200W·h/kg，功率密度可達5000～10000W/kg。（2）能量轉(zhuǎn)換效率高：工作效率高達90%。（3）體積小、質(zhì)量小：飛輪直徑約為20cm，總重在15kg左右。（4）工作溫度范圍寬：對環(huán)境溫度沒有嚴格要求。（5）使用壽命長：不受重復(fù)深度放電影響，能夠循環(huán)幾百萬次運行，預(yù)期壽命20年以上。（6）低損耗、低維護：磁懸浮軸承和真空環(huán)境使機械損耗可以忽略，系統(tǒng)維護周期長。任務(wù)一了解新能源汽車儲能裝置（三）飛輪儲能器的應(yīng)用在電動汽車領(lǐng)域，飛輪儲能器非常適合應(yīng)用于混合動力車輛中。車輛在正常行駛和制動時，給飛輪電池充電，飛輪電池則在加速或爬坡時，給車輛提供動力，保證車輛運行在一種平穩(wěn)、最優(yōu)的狀態(tài)下，可減少燃料消耗，降低空氣和噪聲污染，延長內(nèi)燃機的維護周期，延長內(nèi)燃機的壽命。美國德克薩斯大學(xué)已研制出一種汽車用飛輪電池。電池在車輛需要時，可提供150kW的功率，能加速滿載車輛到100km/h。德國西門子公司也已研制出長1.5m、寬0.75m的飛輪電池，可提供3MW的功率。授之以技模塊一

動力蓄電池的位置、外觀及作用一、鎳-氫動力蓄電池1.鎳-氫動力蓄電池的位置（1）鎳-氫動力蓄電池（普銳斯）其位置安裝在行李艙，如圖所示。授之以技2.鎳-氫電池特點與外觀認知（1）鎳-氫電池特點。①功率性能好。②低溫性能好，采用的為無機電解液體系，低溫性能相對比鋰系列電池要好。③循環(huán)壽命高、無污染、耐過充電過放電。④應(yīng)用等比較成熟，目前商業(yè)化的混合動力電動車如豐田的普銳斯、本田的Insight等使用的均為鎳-氫電池。⑤管理系統(tǒng)相對簡單。⑥具有較高的回收價值。授之以技（2）鎳-氫電池結(jié)構(gòu)。鎳-氫電池的基本單元是單體電池，每個單體電池都由正極板、負極板和裝在正極板和負極板之間的隔板組成，容器外形有圓形和方形兩種。授之以技3.鎳-氫電池作用（1）高功率型電池主要用于直流電動工具（如槍鉆、電錘、切割機）、遙控玩具、電動車、家用電器（如吸塵器、電動剃須刀、電動牙刷）等行業(yè)。（2）高容量型電池主要用于無繩電話、子母機、手提電腦、手機等通信行業(yè)。（3）高溫型。該電池主要作為車站、碼頭、賓館、商場、醫(yī)院等公共場合使用的消防應(yīng)急燈具內(nèi)的備用直流電源。授之以技二、鋰電池1.鋰電池的特點（1）能量密度高。

（2）輸出電壓高。（3）循環(huán)壽命長。

（4）安全性能好（5）自放電小。

（6）環(huán)保性能好。（7）充放電效率高。

（8）可實現(xiàn)快速充電。（9）工作溫度范圍寬。授之以技2.鋰電池在車上的位置榮威E50、比亞迪·秦電池均為鋰電池，其位置都位于汽車底部，如右圖所示。授之以技3.鋰電池的外觀鋰電池有方形和圓柱形兩種。4.鋰電池的作用是促進汽車行駛的重要媒介。授之以技模塊二

超級電容器位置、外觀、作用一、超級電容器位置超級電容器公交車，其電容器主要在汽車的側(cè)邊。授之以技二、燃料電池汽車前機艙認知與電池結(jié)構(gòu)相似，超級電容器單體主要由電極、電解質(zhì)、集電極、隔膜、連接線柱、外殼等組成。超級電容器的結(jié)構(gòu)形式大致分為兩種，其一是柱狀電容器，即把基片卷繞起來裝進圓形金屬外殼內(nèi)，這種電容器適用于低電壓大電流充放電的情況；另一種是疊層式的，即將電極基片疊起來，組裝在塑料或金屬殼內(nèi)，這種電容器用在高電壓小電流充放電的情況下比較合適。電極的材料、制造技術(shù)、電解質(zhì)組成和隔膜質(zhì)量對超級電容器的性能有較大影響。