铅酸电池继续放电，极板外的 电解液的整体浓度也逐渐降低， 又由于电解液和活性物质被消 耗，其作用面积也不断地减小， 结果是铅酸电池的端电压也随 着下降。
铅酸电池的放电曲线
6.1动力电池、超级电容及其管理技术
（3）铅酸电池的充放电特性
2） 铅酸电池的充电特性
在铅酸电池充电开始后，活性物质表面的PbSO4 转换为Pb 并生成 H2SO4 电压迅速地上升。达到B点以后电池的端电压上升也比较缓慢。当充电量 90%左右，反应的极化增加，电池的端电压再次上升。电池的端电压达到 D点，电池的两极开始大量析出气体。
充电时的总反应为
（6−1）
2PbSO4 +2H2O Pb PbO2 +2H2SO4 （6−2）
放电时总的反应为
Pb PbO2 +2H2SO4 =2PbSO4 +2H2O （6−3）
6.1动力电池、超级电容及其管理技术
（3）铅酸电池的充放电特性
1） 铅酸电池的放电特性
随着放电过程的进行，活性物质表面的电解液密度继续下降。结果导致 铅酸电池的端电压下降。 铅酸电池继续放电，极板外的电解液向活性物质表面扩散，活性物质表面 的电解液的浓度变化缓慢，铅酸电池的端电压也随即保持稳定
金属氧化物电极超级电容器充放电曲线
6.1动力电池、超级电容及其管理技术
高分子聚合物材料在循环充放电过程中，会发生体积膨胀和老化，在长 期工作时会出现性能恶化、稳定性较差和寿命较短的缺点。导电高分子 聚合物电极超级电容器充放电单体电压变化如图所示
锂离子电池的工作原理
6.1动力电池、超级电容及其管理技术
（2）锂离子电池的工作原理
以 LiCoO2 为正极材料，石墨为负极材料的锂离子电池，正、负极
的电化学反应为
LiCoO2 6C Li1xCoO2 Li x C6
（6−8）
总反应为
C xLi+ +xe- LixC6
LiCoO2 6C Li1xCoO2 Li x C6
＞300
＞500
工作温度/℃
0～70
0～45
0～45
−20～60
安全性能
优越
较差
较优越
较优越
倍率放电
较好
较好
较好
较好
6.1动力电池、超级电容及其管理技术
（1）锂离子电池的分类与结构
2） 锂离子电池的结构
锂离子电池由正极、负极、隔板、电解液和安 全阀等组成。锂离子电池外形形状有方形和圆 柱形两种。
负极活性物质是由碳材料与黏合剂的混合物再 加上有机溶剂调和制成糊状，并涂覆在铜基上， 呈薄层状分布。
（1）锂离子电池的分类与结构
1）锂离子电池的分类
四种不同正极材料的锂离子电池性能对比
项目
磷酸铁锂 钴酸锂
锰酸锂 三元聚合物
克容量/（mA·h /g）160～170 140～160 110～120 130～220
放电平台/V 循环寿命（次）
3.2～3.3 3.6～3.7 3.6～3.7 3.7
＞2000 ＞500
环境温度对电池的放电容量有较 大影响。采用0.2C放电速率时， 若环境温度为25℃，则可放出 额定容量；
若环境温度为−10℃，则电池容 量下降约5%；若环境温度为 −20℃，则电池容量下降约 10%。
环境温度与电池容量的关系
6.1动力电池、超级电容及其管理技术
6.1.1.4 动力电池管理系统
动力电池管理系统具有保障安全、延长寿命、估算剩余电量等重要功能， 是动力和储能电池组中不可或缺的重要部件。
按超级电容器的电极材料分有碳电 极双层超级电容器、金属氧化物电 极超级电容器、高分子聚合物电极 超级电容器、碳镍体电极超级电容 器等。 双层超级电容的结构如图所示
双层超级电容的结构
6.1动力电池、超级电容及其管理技术
6.1.2.2 超级电容器的工作原理
（1）碳电极双电层超级电容器
碳电极双电层超级电容器采用多孔碳制成的碳纤维或碳布为电极，用 碳纤维或碳布为电极的活性面积层。
新能源汽车概论
电动汽车核心技术
6.1动力电池、超级电容及其管理技术 6.2 新能源汽车概述 6.3整车综合能量管理技术
6.1动力电池、超级电容及其管理技术
6.1.1 动力电池及其管理技术
电池是电动汽车的动力源，是能量的存储装置，也是目前制约电动汽 车发展的关键因素。要使电动汽车能与燃油汽车相竞争，关键是开发 出比能量高、比功率大、使用寿命长、成本低的电池。
8C 率放电，端电压降至 1.1 v时，则认为放电已完。
6.1动力电池、超级电容及其管理技术
（3）镍氢电池的充放电特性
1） 镍氢电池的充电特性
在充电起始阶段，电池端电压迅速上升，随着时间的延长，电池电压上 升减缓，如图中曲线1所示。电池在高温情况下充电，虽然充电时间较 长，但充电效率下降，导致放电容量减少。
充电时正、负极的电化学反应为
Ni(OH)2 -e- +OH- NiOOH+H2O 2MH+2e- 2M+H2
（6−4） （6−5）
放电时正、负极的电化学反应为
NiOOH+H2O Ni(OH)2 +OH （6−6）
2M +H2 2MH+2e
（6−7）
v 当镍氢电池以标准电流放电时，平均工作电压为 1.2 。当电池以
隔板的功能是关闭或阻断通道的作用。 电解液是以混合溶剂为主体的有机电解液。
圆柱形锂离子电池结构
6.1动力电池、超级电容及其管理技术
（2）锂离子电池的工作原理
电池在充电时，锂离子从正极材料的晶格中脱出，通过电解质溶液和隔 膜，嵌入负极中；放电时，锂离子从负极脱出，通过电解质溶液和隔膜， 嵌入正极材料晶格中。在整个充放电过程中，锂离子往返于正负极之间。
接口
人机接口 通讯功能
BMS
热管理 电池管理系统功能示意图
温度控制
6.1动力电池、超级电容及其管理技术
(2) 电池管理系统关键技术
电池管理 系统关键 技术
电池荷电状态（SOC）估计 电池安全技术 电池热管理技术 电池均衡技术
6.1动力电池、超级电容及其管理技术
6.1.2 超级电容及其管理技术
6.1.2.1 超级电容的分类与结构
6.1动力电池、超级电容及其管理技术
（3）镍氢电池的充放电特性
2） 镍氢电池的放电特性
虽然常温下延长了 充电时间，但在低 温情况下，电池放 电容量将会下降。 如图 所示。
电池低温（−18℃）放电曲线
曲线 1—常温 0.5C 充电 9.24A·h 曲线 2—低温（−18℃）1C 放电至 0.9V
6.1动力电池、超级电容及其管理技术
6.1.1.3 锂离子电池
锂离子电池具有工作电压高、寿命长、体积与质量小、自放电率低、比 能量高等优点。
（1）锂离子电池的分类与结构
1） 锂离子电池的分类
适用于电动汽车的锂离子电池，按照锂离子电池正极材料的不同，主要 分为锰酸锂离子电池、磷酸铁锂离子电池、钴酸锂离子电池和三元聚合 物锂离子电池。
6.1动力电池、超级电容及其管理技术
铅酸电池的基本结构
6.1动力电池、超级电容及其管理技术
（2） 铅酸电池的工作原理
铅酸电池工作时，把化学能转换为电能的过程叫作放电。在使用后， 借助于直流电在电池内进行化学反应，把电能转变为化学能而储蓄起 来，这种蓄电过程称作充电。
铅酸电池是酸性电池，其化学反应式为
PbO+H2SO4 PbSO4 H2O
（4）碳镍体系电极超级电容器
碳镍体系电极超级电容器，只有一块碳电极，而另外一块为金属电极， 又称为混合电极型超级电容器。
在充电过程中，在正极氧化镍电极上发生氧化反应，氧化镍转变成 NiOOH，与碱性镍氢电池类似，负极上碳电极依然通过双电层效应来存 储能量。
在放电过程中，正极上 NiOOH 转变回氧化镍，负极上双电层结构逐渐 减弱直至消失。在整个充放电过程中，氧化镍电极都显示出良好的可逆 性。
(1) 电池管理系统的基本组成及功能
电机控制 器
电池管理系统由电池控制单 元、主/辅充电器、热管理系 统、SOC估计、电池警报装置、 模块传感装置、安全模块构 成
SOC显示
SOC状态信息
再生制动需要 的SOC信号最 大功率控制
安全装置 电池诊历断史数信据息
计算机
BSM主控模 开关信号
块 温度
电压和电流控制
（2）金属氧化物电极超级电容器
金属氧化物电极超级电容以氧化铱、氧化钌等作为电极活性物质，应 用“法拉第”效应原理储存电能
（3）导电高分子聚合物电极超级电容器
导电高分子聚合物电极超级电容器中的导电高分子聚合物，经过杂化 处理，应用“法拉第”准电容效应原理储存电能。
6.1动力电池、超级电容及其管理技术
镍氢电池正极是活性物质氢氧化镍， 负极是储氢合金，用氢氧化钾作为电 解质，在正负极之间有隔膜，共同组 成镍氢单体电池。
镍氢电池的结构
在金属铂的催化作用下，完成充电和 放电的可逆反应。
6.1动力电池、超级电容及其管理技术
（2）镍氢电池的工作原理
镍氢电池是将物质的化学反应产生的能量直接转化成电能的一种装置。
超过D点以后进行的电解过程，使电池的端电压又达到一个新的稳定值
铅酸电池充电还受到充电电 流条件的影响。 电流大，蓄电池端电压也高， 电流小，铅酸电池端电压也 较低。
铅酸电池的充电曲线
6.1动力电池、超级构
镍氢电池按照形状可以分为方形镍氢 电池和圆形镍氢电池，主要由正极、 负极、极板、隔板、电解液、安全阀、 绝缘膜、外壳等组成
实用化的车 用动力电池
铅酸电池 镍氢电池 锂离子电池
6.1动力电池、超级电容及其管理技术