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Battery/fuel-cell EV design packages 105
电池/燃料电池电动车设计包
介绍
快速发展的电动汽车设计技术阻碍了最终通用组件的描述，因为形成电动汽车市场的实质性力量往往会导致主要厂商突然发生重大变化，并且存在多种不同的电动汽车组合。对于乘用车来说，转换后的标准IC发动机驱动车似乎正在让位于更为专门设计的燃料电池或混合动力驱动的包装。虽然批量生产商可能倾向于保留标准平台和车身外壳，但似乎更多的专业生产商会尝试并填补特定细分市场（如紧凑型城市车）的空白。因此，从更广阔的市场角度和更广泛的交通运输系统来看电动汽车是非常重要的。
由于电驱动历史悠久，已经尝试了大量不同的配置，尽管大多数仅用于特定的概念设计。正如许多成熟的汽车工程师，在IC引擎时代提出的，现在面临燃料电池驱动的生产车辆的真正可能性，电动牵引的基本原理和过去的电动汽车制造商获得的经验现在对那些正在考虑转移到该部门。因此提供了对唯一电力驱动系统和相关能量存储系统中当前#39;游戏状态#39;的评论，而混合驱动和燃料电池应用将在下一章中考虑。
5.2电池
根据电池制造商埃克塞德的说法，不同供应商开发不同电池系统的状态可以为主要电池竞争者提供可预见的时间利用率，相对于该公司的特定领域铅酸来说 - 如图5.1a所示。
5.2.1 先进的铅酸
铅酸电池由于其相对较低的成本和可用于充电，维修和回收处理的现有基础设施而具有吸引力。由于爱达荷大学的研究人员，已经设计了一些特殊的高能量版本，如（b）所示。该电池模块具有三个电池单元，每个电池单元具有由微孔玻璃垫隔开的一叠双面板。通过使用带双集流片的窄板和1：4的高宽比，可获得较高的比功率。因此，通过缩短导体长度来减少电网电阻，并且通过比传统薄板更薄的板来提高比能量。它们在适合电动车使用的排放率下具有较高的活动质量利用率。在操作中比能量的温度为35.4瓦时/千克，比功率为200瓦/千克。在测试中进行了超过600次放电循环，性能没有任何严重恶化。 （c）中的表格列出了电池的主要参数。美国公司Unique Mobility Inc.将先进的铅酸电池与其他提议的系统进行了比较。在进行克莱斯勒面包车高级电动车转换试验时，公司获得了（d）所示的比较结果。图表还显示了随着比功率输出增加，电池的比能量降低的程度。 Trojan和Chloride 3ET205是商用的湿酸电池。
紧凑
)
短期
改进的铅酸
中期
长期
镍 - 金属氢化物
钠 - 氯化镍
锂离子（聚合物
电解质）
锂离子电池
燃料电池池
压力释放值
电池分区
(f)
120
氯化物beta; (No/5)
3 HR
MOLI DELTA
EAGLE PICHER NF–22
1 HR
先进
TROJAN CHLORIDE 3ET205 SONNENSHEIN DF 80
JCI 12V100
特定能量（wh/kg）
100
(b) 侧肩带80
耳
60
35 瓦时/千克 2hr 速率
200 瓦/千克 20%充电状态
600 圈 80% DOD
充电/放电效率 85%
电池电压 240标称
重量 600公斤
小区数量 40
电池电压 6伏
细胞重量 15公斤
单元尺寸 10x7x6 英寸
(c)
(d)
0
40
20
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
比功率 (W/kg)
平均 公称
模型 模块 C/3 汽车 能量 计算电动车能量密度
电池 重量 电压 AMP 容量 密度 C-循环 D-循环 35 英里 55英里
|
型号 |
(lb) |
伏 |
小时 |
千瓦时 |
瓦时/千克 |
瓦时/千克 |
瓦时/千克 |
瓦时/千克 |
瓦时/千克 |
|
GC 12 V 100 |
68.0 |
11.1 |
72 |
16.0 |
25.9 |
22.1 |
18.0 |
24.9 |
17.0 |
|
DF8D |
141.1 |
11.4 |
150 |
16.5 |
26.7 |
23.7 |
19.7 |
26.5 |
18.6 |
|
MET205 |
70.5 |
6.0 |
187 |
21.7 |
35.2 |
31.2 |
26.9 |
34.1 |
25.8 |
|
镍-铁 |
75.0 |
6.3 |
225 |
33.8 |
54.8 |
54.5 |
50.8 |
57.0 |
49.8 |
|
钠-硫 |
1102.0 |
220.0 |
250 |
67.9 |
110.0 |
115.6 |
111.6 |
118.4 |
110.6 |
|
铅-酸 |
141.1 |
11.4 |
225 |
24.7 |
40.1 |
42.9 |
38.7 |
45.9 |
37.5 |
(e)
图5.1铅酸电池：（a）发展时间跨度比较; （b）高能铅酸电池; （c）H-E电池的参数; （d）电池特性; （e）储能比较。
而SonnensheinDF80和JCI 12V100是凝胶电解质免维护装置，涉及能量密度损失。 Eagle投手电池是一种镍铁电池，其能量密度在3小时率时高达50 瓦时/千克。 和 单位是钠硫电池，其标称能量密度为110 瓦时/千克。 独特的移动性列出了电池的特性，如（e）所示。
埃克塞德的半双极技术具有很高的电气性能和形状灵活性。极低的内阻可实现较高的特定峰值功率，电极设计允许随时改变电流容量。电池的扁平形状有助于车辆安装。电池的组装方式允许减少对电池和轻型电网之间的内部连接的需求。 涂层板水平堆放在电池盒中。 能是3.9 Ah / kg和7.4 Ah / dm3，形状轮廓在（f）。
5.2.2 钠硫
对于福特Ecostar中使用的钠硫电池（图5.2），电池的阴极是浸入液体钠的液体钠，其中是beta;-氧化铝的集流体。 这被与外壳接触的硫阳极包围。电池在包含加热器的电池盒内，以将其维持在300-350°C的工作温度。 这是电力供应并包含在充电电路内。放电时，内部电阻会为电极产生足够的热量，但需要24小时才能达到冷态下的运行温度。
电解质（固体）
钠（液体） 硫（液体）
Na
(a)
e
电流
(c)
2,5
V 2,0
(b)
钠硫 铅酸
电池能量(kWh) 40 40 60 85
带1吨有效载荷的范围（英里） 52 70 105 150
安全 插入
电解质
最大有效载荷 1.0 1.9 1.8 1.7
电池重量(kg) 1250 330 424 580
可用功率(kW-2h rate) 19 19 27 39
1,5
腔室体积
1,0
min 4
3
overload duration
钠
硫磺与 碳毡
0,5 2
充电中
放电中
开环操作
0
(d)
100% 80 60 40 20 0
充电度
(e)
1
0
100 200 300
电池电流
A 400
图5.2钠硫电池：（a）电池组件; （b）预计表演; （c）ABB s-s电池; （d）能源能力; （e）过载能力。
在典型的电动车应用中，将100个电池串联连接以获得100V并给出300Ah，60kWh的电池。 在使用中，电池通常在每天放电后每晚充电以使其达到电压并保持电极熔化。 在（a）和（b）中显示了与铅酸相比的预期车辆性能的典型电池安装氯化物电池。 氯化物电池基于电泳过程，而用于Ecostar的Asea Brown Boveri公司的电池则采用等静压制造。
在（c）看到ABB电池; 在放电期间流经外部负载电阻器的电子电流对应于钠离子通过电解质从钠侧流向硫侧的流动。 根据所涉及的放电程度，电压为1.78至2.08 V. 容量为45Ah的电池的直径为35mm，长度为230mm。 其内部电阻为7毫欧姆，这种类型的384电池可以安装在0.25升容量的电池中。 ABB生产的一个例子有外部尺寸1.42times;0.485times;0.36米。 这些细胞占265千克总重量的55％。 通过连接96个并联的四个电池组，电池的开路电压为170-200A，容量为180Ah。
（d）表示作为（恒定）放电功率的函数的可从电池汲取的电能。在2小时内完全放电，能量含量为32千瓦时，相当于120瓦时/千克的密度。伴生放电效率为92％。至少1小时内可以以恒定功率完成放电，并且在不到四分之三小时内可以完成80％的放电。 （e）处的曲线图表明，电池可承受高达三分之二的空载电
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