新能源汽車動力電池系統(tǒng)章節(jié)安排及考核方式序號章節(jié)主講人第一章概述第二章動力電池化學(xué)原理第三章動力電池結(jié)構(gòu)第四章動力電池管理系統(tǒng)第五章動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)第六章動力電池?zé)崾Э氐谄哒聞恿﹄姵責(zé)崃黧w傳熱仿真分析序號考核方式或途徑考核要求考核權(quán)重1課堂表現(xiàn)按時到課，回答問題正確10%2平時作業(yè)按時按次按質(zhì)交作業(yè)15%3課程考試閉卷75%總評成績100%第一章電動汽車與新能源汽車概述0102目錄Contents電動汽車的類型與特點(diǎn)03動力電池概述傳動系統(tǒng)布置形式PART1電動汽車與新能源汽車概述新能源汽車背景01傳統(tǒng)汽車的三大危機(jī)全球汽車保有量激增，石油資源按現(xiàn)消耗速度將在2050年前后枯竭，城市空氣污染50%以上源于汽車尾氣，溫室氣體排放加劇氣候變暖。02中國的汽車污染現(xiàn)狀中國2021年移動源年報顯示，汽車產(chǎn)生CO、HC、NOx、PM超90%，柴油車NOx占比超80%，汽油車CO占比超80%，環(huán)境壓力巨大。03電動汽車的崛起環(huán)境、能源與經(jīng)濟(jì)的不可持續(xù)三角迫使交通能源轉(zhuǎn)型，電動汽車成為國際共識的突破口，其零排放、高效能優(yōu)勢被政策與市場雙輪驅(qū)動，站上歷史舞臺。新能源汽車發(fā)展歷史電動汽車的早期探索1881年第一輛鉛酸電池三輪車已馳騁巴黎，1899年更創(chuàng)速度紀(jì)錄；20世紀(jì)初紐約電動出租車憑借再生制動技術(shù)風(fēng)靡一時，卻因續(xù)航短、充電慢被內(nèi)燃機(jī)取代。電動汽車的復(fù)興1970年代石油危機(jī)使人們重新關(guān)注電動汽車。美國、日本等國開始研發(fā)以鉛酸、鎳氫電池為動力的電動車。1996年通用公司推出EV1電動汽車，成為現(xiàn)代電動汽車復(fù)興的標(biāo)志性產(chǎn)品。第一輛電動汽車通用EV1電動汽車新能源汽車發(fā)展歷史電動汽車的崛起進(jìn)入二十一世紀(jì)，鋰離子電池技術(shù)進(jìn)步推動電動汽車商業(yè)化。2008年特斯拉Roadster問世，續(xù)航超350公里。此后，日產(chǎn)Leaf、比亞迪秦、寶馬i3等車型相繼推出，電動汽車進(jìn)入快速發(fā)展階段。政策推動為了促進(jìn)電動汽車的發(fā)展，

許多國家和地區(qū)相繼出臺了相關(guān)政策，

推動全世界各大汽車公司對電動汽車技術(shù)開展了積極的研究。電動汽車的開發(fā)在中國、日本、美國、德國等國家得到了進(jìn)一步的重視。同時，現(xiàn)代高新技術(shù)的發(fā)展、

新材料的誕生以及電子、

電機(jī)、計算機(jī)、

通信技術(shù)的廣泛推廣和應(yīng)用，

都極大地促進(jìn)了電動汽車的發(fā)展。特斯拉Roadster《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2035年)》新能源汽車發(fā)展歷史電動汽車的未來總體來說，電動汽車的發(fā)展經(jīng)歷了曲折和起伏，但隨著技術(shù)進(jìn)步和政策推動，其前景十分廣闊。未來的電動汽車將更加智能化和自動化，配備先進(jìn)的電池與充電技術(shù)，實現(xiàn)更長的續(xù)駛里程和更短的充電時間。電動汽車的車型也將更加多樣化，包括轎車、SUV、貨車和特種車輛等。自動駕駛汽車電動汽車的普及還將帶動新能源基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，如充電站和換電站的完善，提升使用便利性。作為重要的能源載體，電動汽車還將參與電網(wǎng)的有機(jī)調(diào)度，提升電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和運(yùn)行效率，并促進(jìn)可再生能源的利用。隨著技術(shù)革新與政策支持，電動汽車將成為未來主流交通工具之一，也是人類追求綠色生活方式的重要象征。V2G雙向充放電技術(shù)什么是新能源汽車其中電動汽車作為新能源汽車的重要組成部分，是解決環(huán)境污染和能源問題的有效手段。新能源汽車——指的是采用非常規(guī)車用燃料的汽車，利用電能、天然氣或氫氣作為動力來源，實現(xiàn)低排放或零排放。純電動汽車采用蓄電池作為儲能動力源的汽車燃料電池電動汽車混合動力電動汽車是利用氫氣和空氣中的氧在催化劑的作用下在燃料電池中經(jīng)電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的電能作為主要動力源驅(qū)動的汽車新能源汽車采用傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)（柴油機(jī)或汽油）和電動機(jī)作為動力源純電動汽車（BEV）蓄電池通過功率變換裝置向電動機(jī)提供電能并驅(qū)動其運(yùn)轉(zhuǎn)，電動機(jī)經(jīng)傳動裝置帶動車輪旋轉(zhuǎn)從而推動汽車運(yùn)動。純電動汽車主要由蓄電池、電池管理系統(tǒng)、驅(qū)動電機(jī)和傳動系統(tǒng)、車身、底盤以及安全保護(hù)系統(tǒng)等構(gòu)成。蓄電池主要包括鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鎳鎘電池、鈉硫電池、鋰離子電池及鋅空氣電池等。特斯拉ModelS混合動力汽車（HV）通常所說的混合動力電動汽車（HybridElectricVehicle，HEV），一般是指油電混合動力汽車，即采用傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)（柴油機(jī)或汽油機(jī)）和電動機(jī)作為動力源，也有的發(fā)動機(jī)經(jīng)過改造使用其他替代燃料，如壓縮天然氣、丙烷和乙醇燃料等。隨著世界各國環(huán)境保護(hù)措施越來越嚴(yán)格，混合動力車輛由于其節(jié)能、低排放等特點(diǎn)成為替代純?nèi)加推嚨囊粋€趨勢，并已經(jīng)遍布全球?；旌蟿恿ζ囀褂玫碾婒?qū)動系統(tǒng)中包括高效強(qiáng)化的電動機(jī)、發(fā)電機(jī)和蓄電池。蓄電池有鉛酸蓄電池、鎳錳氫電池和鋰離子電池，將來發(fā)動機(jī)還可能被氫燃料電池所替代。比亞迪漢DM-i混合動力電車燃料電池電動汽車（FCEV）燃料電池通過化學(xué)反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，電化學(xué)反應(yīng)所需的還原劑一般采用氫氣，氧化劑則采用氧氣，因此最早開發(fā)的燃料電池電動汽車多是直接采用氫燃料，氫氣的儲存可采用液化氫、壓縮氫氣或金屬氫化物儲氫等形式。燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率可達(dá)60%～80%，為內(nèi)燃機(jī)的2～3倍，所以燃料電池電動汽車的能量轉(zhuǎn)換效率高；燃料電池的燃料是氫和氧，生成物是清潔的水，因而燃料電池電動汽車不污染環(huán)境，可實現(xiàn)零排放；燃料電池電動汽車的氫燃料來源廣泛，可以從可再生能源獲得，不依賴石油燃料。因此，從環(huán)保的角度來看，燃料電池電動汽車是一種最為理想的車輛。MIRAI氫燃料電池電動汽車國外電動車發(fā)展現(xiàn)狀美國早期在技術(shù)和研發(fā)上處于前沿，并通過一系列法案（如《替代機(jī)動車燃料法》、《清潔空氣修正法案》、《能源政策法案》等）和政策長期支持新能源汽車發(fā)展。關(guān)注重心從燃料電池汽車向插電式混合動力汽車傾斜。市場上有多種熱銷車型，2023年新能源汽車銷量超過140萬輛，累計銷量約470萬輛。國外電動車發(fā)展現(xiàn)狀日本由于資源匱乏，特別注重節(jié)能和環(huán)保。技術(shù)路線并非以純電動汽車為核心，而是長期致力于混合動力汽車（HEV）

的研發(fā)，技術(shù)水平世界領(lǐng)先（例如豐田的混動車型全球銷量已突破1600萬輛）。在純電動汽車方面落后于其他主要市場，但政府正通過補(bǔ)貼等方式推動需求增長。國外電動車發(fā)展現(xiàn)狀歐洲發(fā)展相對較晚，但通過制定嚴(yán)格的碳排放法規(guī)和燃油車禁售時間表（如挪威2025年，英、法2040年）來強(qiáng)力推動。車企（如大眾、戴姆勒、標(biāo)致雪鐵龍）受“柴油門”事件等影響，從2015-2016年開始才全面轉(zhuǎn)向電動化。年來發(fā)展迅速，本土品牌（如大眾、雷諾、標(biāo)致）在新能源汽車市場中表現(xiàn)出色。國內(nèi)汽車發(fā)展?fàn)顩r01發(fā)展歷程我國的電動汽車研發(fā)始于1996年，通過“九五”、“十五”科技攻關(guān)以及奧運(yùn)會、世博會、“十城千輛”等示范項目，建立了完整的自主知識產(chǎn)權(quán)產(chǎn)業(yè)鏈。02里程碑事件2008年，比亞迪推出全球首款插電式混合動力車型F3DM。2013年，比亞迪秦

上市，加速了市場普及。蔚來等造車新勢力推出ES6等高端純電車型，獲得市場認(rèn)可。03市場現(xiàn)狀中國汽車產(chǎn)銷總量全球第一，2023年突破3000萬輛。新能源汽車銷量爆發(fā)式增長，2023年中國品牌乘用車中新能源產(chǎn)品市占率高達(dá)49.9%，意味著每賣出兩輛中國品牌乘用車，就有一輛是新能源汽車。全球電動汽車發(fā)展?fàn)顩r01形成了

中國、歐洲、美國

三足鼎立的全球前三市場。02關(guān)鍵數(shù)據(jù)（2022年）全球電動汽車銷量首次突破1000萬輛（乘用車），滲透率達(dá)到14%。中國是全球最大的市場，銷量約占全球的60%，已提前完成2025年目標(biāo)。03車型多樣化電動化不僅限于乘用車，電動公交車、電動兩輪車、電動貨車等也在快速發(fā)展，中國在這些領(lǐng)域同樣占據(jù)全球主導(dǎo)地位。市場格局電動汽車發(fā)展前景01發(fā)展電動汽車是解決能源安全、碳排放與環(huán)境污染問題的國家重大科技戰(zhàn)略，是推動中國從汽車大國向汽車強(qiáng)國轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵。02技術(shù)趨勢國際產(chǎn)業(yè)界共識是，2020年后純電驅(qū)動技術(shù)將逐步占據(jù)主導(dǎo)地位。03中國發(fā)展趨勢驅(qū)動電氣化：包括能源體（高能量密度電池、燃料電池）和執(zhí)行部件（驅(qū)動電機(jī)）的電氣化。技術(shù)系統(tǒng)化：如比亞迪的“三合一”電驅(qū)總成，強(qiáng)調(diào)集成化、模塊化設(shè)計。智能網(wǎng)聯(lián)化：以電動汽車為載體，發(fā)展智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)。市場國際化：鼓勵中國電動汽車品牌“走出去”，參與國際競爭。戰(zhàn)略意義PART2電動汽車的類型與特點(diǎn)純電動汽車的類型（按電驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局分類）電機(jī)中央驅(qū)動此種結(jié)構(gòu)與發(fā)動機(jī)前置前驅(qū)的傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車動力傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相似，是在其基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，主要用于大型重載車輛。電驅(qū)動系統(tǒng)的傳動裝置由差速器、變速器、離合器和電機(jī)組成。離合器的功能與傳統(tǒng)汽車相同，用于切斷或接通動力傳遞，以實現(xiàn)平穩(wěn)換擋；變速器則由一套具有不同速比的齒輪機(jī)構(gòu)組成，使駕駛?cè)四芨鶕?jù)需要選擇不同變速比，將電機(jī)動力傳給驅(qū)動輪——在低檔位時，驅(qū)動輪獲得低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩，高檔位時則獲得高轉(zhuǎn)速小轉(zhuǎn)矩；此外，差速器的作用是在車輛轉(zhuǎn)彎時，使內(nèi)、外車輪以不同轉(zhuǎn)速行駛，從而保證車輛的穩(wěn)定運(yùn)行。純電動汽車的類型（按電驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局分類）電機(jī)-驅(qū)動橋組合驅(qū)動核心特點(diǎn)：利用電機(jī)大起動轉(zhuǎn)矩和寬調(diào)速的優(yōu)勢，省去了離合器，采用固定速比減速器，從而簡化結(jié)構(gòu)、減輕車重并增大車內(nèi)空間。系統(tǒng)構(gòu)成：主要由電機(jī)、固定速比減速器和差速器組成。兩種布置形式：分體式（圖b）：各部件之間通過中間傳動裝置連接。集成式（圖c）：將電機(jī)、減速器和差速器集成為一體，直接通過半軸連接驅(qū)動輪，進(jìn)一步省去了中間部件，結(jié)構(gòu)更緊湊。這種集成形式在小型純電動汽車上應(yīng)用普遍。純電動汽車的類型（按電驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局分類）雙電機(jī)驅(qū)動核心原理：兩個驅(qū)動輪由各自的電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動，通過電機(jī)控制器獨(dú)立調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)電子差速，因此無需機(jī)械差速器。布置形式：基本雙電機(jī)驅(qū)動（圖d）輪邊電機(jī)驅(qū)動（圖e）：是雙電機(jī)驅(qū)動的進(jìn)階形式，將電機(jī)直接安裝在車輪內(nèi)部，從而極大地縮短了動力傳遞路徑?？蛇x部件：可在電機(jī)與驅(qū)動輪之間加裝行星齒輪變速器（固定速比），其作用是提供大的減速比，并能實現(xiàn)動力輸入與輸出軸的同軸布置。純電動汽車的類型（按電驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局分類）雙電機(jī)驅(qū)動核心結(jié)構(gòu)：采用輪轂電機(jī)，具體是一種低速外轉(zhuǎn)子電機(jī)。其外轉(zhuǎn)子直接安裝在車輪的輪緣上，與車輪集成。最大特點(diǎn)：徹底省去了減速器、差速器等所有傳統(tǒng)的機(jī)械傳動裝置，實現(xiàn)了動力系統(tǒng)的極大簡化。轉(zhuǎn)速關(guān)系：電機(jī)的轉(zhuǎn)速與車輪的轉(zhuǎn)速完全相同（等速），動力傳遞路徑最短，效率高。純電動汽車的類型（按蓄電池分類）主要類型：目前主要采用鉛酸蓄電池、鎳氫蓄電池和鋰離子蓄電池。性能與成本對比：鉛酸蓄電池：技術(shù)成熟、價格便宜，但存在性能、壽命較差和

重金屬污染的問題。鎳氫與鋰離子電池：性能優(yōu)于鉛酸電池，但當(dāng)前價格較貴；預(yù)

計隨著技術(shù)成熟和規(guī)模擴(kuò)大，其性價比將顯著提高。核心重要性：蓄電池作為純電動汽車的唯一能源，其性能指標(biāo)在很大程度上決定了整車的性能。鋰離子蓄電池鉛酸蓄電池鎳氫蓄電池純電動汽車的類型（按電機(jī)分類）電機(jī)類型優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)應(yīng)用現(xiàn)狀/前景直流電機(jī)技術(shù)成熟、控制簡單、成本低；起動轉(zhuǎn)矩和制動轉(zhuǎn)矩大；調(diào)速范圍廣且平滑。笨重、體積大；可靠性差、需維護(hù)；效率低；高速運(yùn)行產(chǎn)生火花干擾電子器件。因缺點(diǎn)明顯，使用推廣受限。交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單堅固、成本低；免維護(hù)、可靠性高、壽命長；較直流電機(jī)效率高!體積小!重量輕；振動噪聲小、轉(zhuǎn)速高、響應(yīng)快?？刂破鹘Y(jié)構(gòu)復(fù)雜、易損壞。目前應(yīng)用較多的電機(jī)；隨著技術(shù)進(jìn)步，調(diào)速性能改善，已逐漸替代直流電機(jī)。永磁電機(jī)體積小、功率密度和效率高；調(diào)速范圍寬、響應(yīng)快。價格昂貴；高溫下易退磁；大功率機(jī)型小型化困難。非常適用于現(xiàn)代電動汽車；成本正逐漸降低，是最具前途的驅(qū)動電機(jī)之一。開關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、可靠；低速和起動轉(zhuǎn)矩大、起動電流??；效率高、調(diào)速范圍寬。轉(zhuǎn)矩脈動嚴(yán)重，導(dǎo)致振動和噪聲大；非線性；控制器復(fù)雜、價格高。在現(xiàn)代電動汽車上應(yīng)用很少。純電動汽車的類型（按用途分類）目前主要有純電動客車和純電動轎車、

純電動載貨車和純電動特種車輛四類中通某款純電動客車比亞迪C6純電動客車純電動車的特點(diǎn)無污染、噪聲小不產(chǎn)生內(nèi)燃機(jī)汽車排放的CO、HC、NOx等有害廢氣沒有內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的噪聲，電動機(jī)的運(yùn)行噪音也更小單一電能源僅采用電動機(jī)，因此具有噪聲低、無污染的優(yōu)點(diǎn)。電動機(jī)及傳動系統(tǒng)所占的空間更小、質(zhì)量更輕。電控系統(tǒng)較混合動力電動汽車大為簡化，從而可以降低成本!，補(bǔ)償蓄電池的部分價格。結(jié)構(gòu)簡單，維修方便相比內(nèi)燃機(jī)汽車，純電動汽車的運(yùn)轉(zhuǎn)和傳動部件更少，維修保養(yǎng)工作量小。當(dāng)采用交流感應(yīng)電動機(jī)或永磁電機(jī)時，可以實現(xiàn)無需保養(yǎng)維護(hù)。純電動汽車的操控更為容易。能量轉(zhuǎn)換效率高電動機(jī)效率高，能量利用率高。特別適合城市路況整體能源利用效率更高，更環(huán)保純電動車的特點(diǎn)平抑電網(wǎng)的峰谷差減少對石油資源的依賴，可將寶貴的石油資源用于更重要的領(lǐng)域。為電池充電的電能來源廣泛，可來自煤炭、天然氣、水力、核能、太陽能、風(fēng)能及潮汐等多種能源，不局限于化石燃料。在夜間利用電網(wǎng)的廉價“谷電”進(jìn)行充電，起到平抑電網(wǎng)的峰谷差的作用。能量轉(zhuǎn)換效率高蓄電池技術(shù)仍有瓶頸，續(xù)駛里程較短，低溫性能下降，且充電時間較長。但是純電動汽車也存在以下痛點(diǎn)：PART3動力電池概述動力電池發(fā)展歷史根據(jù)動力電池的使用特點(diǎn)、

要求、應(yīng)用領(lǐng)域不同，國內(nèi)外動力電池的研發(fā)歷史大致如下：第一代動力電池以鉛酸蓄電池為代表，雖然價格低廉、技術(shù)成熟，但存在能量密度低和重金屬污染的問題。第二代動力電池以鋰離子電池為核心，憑借高能量密度和高單體電壓，成為當(dāng)前最具競爭力的主流動力電池。以MH-Ni電池為代表，性能優(yōu)于鉛酸電池，曾是混合動力的主流選擇，但成本較高且存在毒性污染（指已禁用的Cd-Ni電池）。第三代動力電池以燃料電池為方向，被視為最環(huán)保的終極解決方案，但仍面臨成本、氫儲運(yùn)和壽命等商業(yè)化難題。新一代動力電池動力電池類型動力電池按工作性質(zhì)和儲存方式分為以下四類：例如：1）鋅-錳干電池2）堿性鋅-錳電池3）鋅-汞電池4）鎘-汞電池5）鋅-銀電池6）堿性鋅-空氣電池7）鋰電池8）固體電解質(zhì)電池（銀-碘電池）1.一次電池：即“原電池”或“干電池”。不可充電，反應(yīng)不可逆。常見于一次性日常用品。動力電池類型動力電池按工作性質(zhì)和儲存方式分為以下四類：例如：1）鉛酸電池2）鎘-鎳電池3）氫-鎳電池4）金屬氫化物-鎳（MH-Ni）電池5）固體電解質(zhì)電池（鈉-硫電池）6）鋰離子電池2.二次電池：即“蓄電池”?？煞磸?fù)充放電，反應(yīng)可逆。是電動汽車、電子設(shè)備等領(lǐng)域最常用的電池類型。動力電池類型動力電池按工作性質(zhì)和儲存方式分為以下四類：例如：1）鋅-銀電池2）鎂-銀電池3）鉛-高氯酸電池3.儲備電池：即“激活電池”。正負(fù)極活性物質(zhì)在儲存期分離，使用前需激活。常用于需要長期儲存、瞬時使用的特殊場合。動力電池類型動力電池按工作性質(zhì)和儲存方式分為以下四類：例如：1）氫-氧燃料電池2）肼-空氣燃料電池燃料電池：即“連續(xù)電池”。需要持續(xù)注入燃料和氧化劑，將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。被視為清潔、高效的發(fā)電裝置。動力電池的性能比較目前可以作為車載動力的電源類型很多，主要有閥控式密封鉛酸蓄電池（VRLAB）、Cd-Ni電池、MH-Ni電池、Li-ion電池、聚合物L(fēng)i-ion電池、Zn-Ni電池、鋅-空氣電池、超級電容器、質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）、直接甲醇燃料電池（DMFC）等。表3.1各類動力電池的性能比較動力電池的性能比較目前可以作為車載動力的電源類型很多，主要有閥控式密封鉛酸蓄電池（VRLAB）、Cd-Ni電池、MH-Ni電池、Li-ion電池、聚合物L(fēng)i-ion電池、Zn-Ni電池、鋅-空氣電池、超級電容器、質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）、直接甲醇燃料電池（DMFC）等。圖3.1各類動力電池的體積比能量和質(zhì)量比能量比較動力電池的要求對于電動汽車（EV）優(yōu)點(diǎn)：

電動汽車完全由蓄電池驅(qū)動，具有零尾氣排放（無CO、NOx）、能量轉(zhuǎn)換效率高、結(jié)構(gòu)簡單、

運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)勢。核心挑戰(zhàn)：

純電動汽車的發(fā)展高度依賴車載動力電池的性能。電池特性：

車載動力電池的使用模式與汽車起動蓄電池不同，主要表現(xiàn)為中等電流長時間放電、

間歇性大電流放電（如加速、爬坡）、以及深循環(huán)使用。當(dāng)前瓶頸：

目前動力電池存在的價格高、低溫性能差、熱失控安全風(fēng)險等問題，是制約電動汽車

大規(guī)模發(fā)展和商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵因素。動力電池的要求對于混合動力電動汽車（HEV）工作方式與結(jié)構(gòu)：

采用串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)式動力裝置，擁有兩套動力和管理系統(tǒng)，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)難度高。核心優(yōu)勢：

能夠顯著降低燃油消耗和汽車排放，同時具備燃油經(jīng)濟(jì)性高、行駛性能優(yōu)越的特點(diǎn)，特別適合長途駕駛、寒冷地區(qū)或充電不便的場景。開發(fā)關(guān)鍵：

核心技術(shù)在于動力分配系統(tǒng)。電池工作特點(diǎn)（與純電動汽車的關(guān)鍵區(qū)別）：

動力電池主要在較窄的荷電狀態(tài)（SOC）區(qū)間內(nèi)進(jìn)行頻繁的淺循環(huán)充放電，在整個壽命周期內(nèi)，這種循環(huán)可達(dá)數(shù)萬次，而非純電動汽車的深循環(huán)模式。圖3.2動力電池的兩種工作狀態(tài)動力電池的要求根據(jù)以上EV、HEV中動力電池的工作狀態(tài)分析，要滿足EV、HEV的工作狀態(tài)，動力電池應(yīng)該有以下要求：1）高的功率密度。2）高的質(zhì)量比功率和質(zhì)量比能量，如圖3.3所示。3）工作溫度范圍寬。4）深循環(huán)使用。5）使用壽命長。6）安全可靠。7）價格比較低。圖3.3動力電池要求的質(zhì)量比能量和質(zhì)量比功率動力電池的基本原理核心理論公式

核心結(jié)論：電池的電動勢(E)越高，且其容量(C?)越大，電池儲存的能量就越高。綜合兩個公式可知，要制造高能電池，需要選擇電化當(dāng)量?。ㄒ蕴峁┐笕萘浚┖碗妱觿莞撸ㄒ蕴峁└唠妷海┑牟牧?。動力電池的基本原理高能電池的設(shè)計策略

動力電池的基本原理理想與現(xiàn)實的權(quán)衡（由表3.3分析可知）

表3.3一些高理論比能量的電池（酸性或中性溶液）第二章電動汽車與新能源汽車概述0102目錄Contents主流動力電池技術(shù)03新型動力電池技術(shù)原理與探索傳動系統(tǒng)布置形式04動力電池性能對比與未來發(fā)展方向

PART1動力電池基礎(chǔ)原理與核心術(shù)語動力電池工作原理01充放電過程中鋰離子遷移機(jī)制：

02電化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)：依靠鋰離子在正負(fù)極材料間的嵌入與脫出，同時通過得失電子的氧化還原反應(yīng)實現(xiàn)充放電，維持電池體系電中性核心術(shù)語與關(guān)鍵參數(shù)電壓類

核心術(shù)語與關(guān)鍵參數(shù)電壓類

圖1.1核心術(shù)語與關(guān)鍵參數(shù)電壓類標(biāo)稱電壓：標(biāo)識電池的近似電壓，用于區(qū)分電化學(xué)體系常見電池體系的單體標(biāo)稱電壓見表1.1表1.1常見電池體系的單體標(biāo)稱電壓核心術(shù)語與關(guān)鍵參數(shù)電壓類放電終止電壓：指電池放電時，電壓下降到不宜再繼續(xù)放電的最低工作電壓，也稱為放電截止電壓。

不同類型、放電條件的電池，對容量和壽命要求不同，所以規(guī)定的放電終止電壓

也不同。通常，低溫或大電流放電時，因電極極化大、活性物質(zhì)利用不充分、電壓下降快，終止電壓規(guī)定得低；小電流長時間放電時，由于電極極化小、活性物質(zhì)利用較充分、電壓下降慢，終止電壓規(guī)定得高。充電限制電壓：指按規(guī)定的充電制度，電池由恒流充電轉(zhuǎn)入恒壓充電時的最大電壓值，也稱為充電終止電壓。

不同電化學(xué)體系的電池充電限制電壓也不同，如鉛酸蓄電池的充電限制電壓一般為2.4V，磷酸鐵鋰電池的充電限制電壓一般為3.8V。核心術(shù)語與關(guān)鍵參數(shù)容量類

核心術(shù)語與關(guān)鍵參數(shù)容量類

核心術(shù)語與關(guān)鍵參數(shù)容量類

核心術(shù)語與關(guān)鍵參數(shù)電池能量

核心術(shù)語與關(guān)鍵參數(shù)電池能量

核心術(shù)語與關(guān)鍵參數(shù)電池能量

核心術(shù)語與關(guān)鍵參數(shù)電池能量同樣電池中必然包含不參與電池反應(yīng)的物質(zhì)，這導(dǎo)致電池的質(zhì)量效率總是小于1。這類物質(zhì)主要有以下幾類：過剩的活性物質(zhì)：設(shè)計電池時，正、負(fù)兩個電極的活性物質(zhì)無法恰好等量，總有一極的活性物質(zhì)過剩；這種過剩有時是必需的（如密封的鎳鎘蓄電池、鋅-氧化銀電池中，負(fù)極活性物質(zhì)需有25%~75%的過剩量，防止充電時負(fù)極產(chǎn)生氫氣）。電解質(zhì)溶液：部分電池的電解質(zhì)溶液不參與反應(yīng)，部分參與反應(yīng)的電解質(zhì)溶液也需要一定過剩量。電極添加劑：如導(dǎo)電物質(zhì)、膨脹劑、吸收電解質(zhì)溶液的纖維素等，部分添加劑質(zhì)量占電極總質(zhì)量比例較大。電池的外殼、電極的板柵、骨架等。核心術(shù)語與關(guān)鍵參數(shù)電池功率與功率密度

核心術(shù)語與關(guān)鍵參數(shù)電池功率與功率密度

核心術(shù)語與關(guān)鍵參數(shù)

核心術(shù)語與關(guān)鍵參數(shù)

核心術(shù)語與關(guān)鍵參數(shù)放電電流

放電電流指電池放電時電流的大小，直接影響電池各項性能指標(biāo)，因此談及電池容量或能量時，需說明放電電流大小或放電條件，放電率常用“時率”和“倍率”兩種形式表示：

核心術(shù)語與關(guān)鍵參數(shù)荷電狀態(tài)

荷電狀態(tài)（SOC）反映電池的剩余電量狀況，是電池使用過程中的重要參數(shù)，以百分比形式呈現(xiàn)，數(shù)值在0-100%之間。：

核心術(shù)語與關(guān)鍵參數(shù)自放電特性

自放電特性主要包括自放電和自放電率兩部分：

核心術(shù)語與關(guān)鍵參數(shù)電池壽命

電池壽命主要包括循環(huán)壽命和貯存壽命兩部分：

循環(huán)壽命定義：蓄電池經(jīng)歷一次充電和放電為一個循環(huán)（周期）；在一定放電制度下，電池容量降低至某一規(guī)定值前，所能耐受的循環(huán)次數(shù)，是衡量蓄電池性能的重要參數(shù)。影響因素：除正確使用與維護(hù)外，還包括①電極活性表面積在充放電中不斷減小，工作電流密度上升、極化增強(qiáng)；②電極上活性物質(zhì)脫落或轉(zhuǎn)移；③電極材料發(fā)生腐蝕；④循環(huán)中電極生成枝晶，造成電池內(nèi)部微短路；⑤隔膜老化、損壞；⑥活性物質(zhì)在充放電中發(fā)生不可逆晶形改變，活性降低。貯存壽命定義：電池自放電后，可用容量下降到某一規(guī)定容量所經(jīng)過的時間，也稱擱置壽命；電池長期擱置后容量變化的特性為貯存性能。貯存特點(diǎn)：電池貯存時內(nèi)部常存在自放電現(xiàn)象。干態(tài)貯存（無電解液）若密封不嚴(yán)，水分、空氣進(jìn)入會使正/負(fù)極活性物質(zhì)發(fā)生微電池腐蝕，自行氧化還原為熱能；濕態(tài)貯存（帶電解液）自放電更明顯，貯存壽命更短。因此，儲備電池常采用干態(tài)貯存（使用時加電解液激活），可長期保存。

PART2主流動力電池技術(shù)——三元電池與鐵鋰電池

三元電池材料結(jié)構(gòu)特性

三元電池化學(xué)機(jī)理

三元電池材料改性方法

鐵鋰電池（磷酸鐵鋰體系）材料結(jié)構(gòu)特性

鐵鋰電池（磷酸鐵鋰體系）化學(xué)機(jī)理

鐵鋰電池（磷酸鐵鋰體系）材料改性方法

PART3新型動力電池技術(shù)原理與探索

發(fā)展背景20世紀(jì)80年代研發(fā)，早期因能量密度低于鋰離子電池被忽視，近年因鈉資源豐富、成本低重新受關(guān)注。核心差異

鈉離子電池鈉離子電池技術(shù)概述技術(shù)優(yōu)勢鈉鹽電導(dǎo)率較高，可選用低濃度電解液，進(jìn)而降低生產(chǎn)成本。鈉資源豐富且價格低廉，原料成本優(yōu)于鋰離子電池。鈉離子電池?zé)o過放電特性，能夠放電至0V。鋰離子與鋁在低于0.1V（vs.Li?/Li）時會發(fā)生合金反應(yīng)，鈉離子不會（為電池結(jié)構(gòu)設(shè)計等提供優(yōu)勢，如鋁可作為集流體等）。充電

鈉離子電池工作原理