【文章內容簡介】 到最少，但作為一種快速充電方法使用，受到一定的限制。(3) 恒壓充電法充電電源的電壓在全部充電時間里保持恒定的數(shù)值，隨著蓄電池端電壓的逐漸升高，電流逐漸減少。 (4) 恒壓限流充電法為了克服恒壓充電法中初期電流過大，而使充電設備不能承受的缺點，常采用恒壓限流充電法來代替恒壓充電法。在充電第一階段，用恒定的電流充電；在蓄電池電壓達到一定電壓后，維持此電壓恒定不變，轉為第二階段的恒壓充電過程；當充電電流下降到一定值后，繼續(xù)維持恒壓充電大約一小時即可停止充電。2．蓄電池快速充電法(1) 蓄電池快速充電的原理蓄電池的化學反應原理是制定快速充電方法的依據(jù)?？焖俪潆娨敕皆O法加快蓄電池的化學反應速度(提高充電電壓或電流等)，使之充電速度得到最大的提高；快速充電又要保證負極的吸收能力，使負極的吸收能力能夠跟得上正極氧氣產(chǎn)生的速度，同時要盡可能的消除蓄電池的極化現(xiàn)象。這一原理也表明，蓄電池的快速充電的速度是有上限的，不可能無限制的提高蓄電池的充電速度。(2) 幾種快速充電方法1) 脈沖式充電法脈沖充電法首先是用脈沖電流對蓄電池充電，然后停充一段時間，如此循環(huán)。 2) 變電流間歇充電法變電流間歇充電法是建立在恒流充電和脈沖充電基礎上。其特點是將恒流充電段改為限壓變電流間歇充電段。充電前期的各段采用變電流間歇充電的方法，保證加大充電電流，獲得絕大部分充電量。充電后期采用定電壓充電段，獲得過充電量，將蓄電池恢復至完全充電態(tài)。3) 變電壓間歇充電法變電壓間歇充電法如圖所示。與變電流間歇充電方法不同之處在于第一階段的不是間歇恒流，而是間歇恒壓。 蓄電池的性能測試 2（1）蓄電池充電性能測試蓄電池充電性能主要是指充電效率、充電最高電壓和耐過充能力等。①充電效率是指電池在充電時充入電池的電能與所消耗的總電能之比，以百分數(shù)表示。充電電流的大小、充電方法、充電時的溫度直接影響到充電效率。充電效率高表示電池接受充電的能力強，一般充電初期充電效率較高，接近100%，充電后期由于電極極化增加，充電效率下降，電極上伴隨有大量的氣體析出。②充電最高電壓是指在充電過程中電池所能達到的最高電壓。充電電壓越低，說明電池在充電過程中的極化就越小，電池的充電效率就越高，電池的使用壽命就有可能更長。蓄電池應具有良好的耐過充能力，即使電池處于極端充電條件下，也能擁有較為優(yōu)良的使用性能。（2）蓄電池放電性能測試電池的放電性能受放電時間、電流、環(huán)境溫度、終止電壓等因素影響，電池的放電方法有恒流放電、恒阻放電、恒壓放電、恒壓恒流放電、連續(xù)放電和間歇放電等，其中恒流放電是最常見的放電方法。放電電流的大小直接影響到電池的放電性能，在標注電池的放電性能時，應標明放電電流的大小。電池的工作電壓是衡量電池放電性能的一個重要指標，放電曲線反映了整個放電過程中工作電壓的變化過程，是一個變化的值，因此，一般以中點電壓來表示工作電壓的大小。中點電壓是指額定放電時間中點時刻電池的工作電壓，主要用來衡量大電流放電系列電池高倍率放電的能力。蓄電池的充放電性能可用電池充放電性能測試儀來測試。電池容量的測試方法與電池放電性能的測試方法基本相同，有恒流放電、恒阻放電、恒壓放電、恒壓恒流放電、連續(xù)放電和間歇放電等。根據(jù)放電的時間和電流的大小可以計算電池的容量。對于恒流放電，電池容量等于放電電流和放電時間的乘積。恒流放電的電池容量不僅與放電電流有很大關系，而且與放電溫度、充電制度、擱置時間等也有關系。電池容量可以用專用的蓄電池容量檢測儀測試。電池壽命是衡量電池性能的一個重要參數(shù)。在一定的充放電制度下，電池容量降至某一規(guī)定值之前，電池所能承受的循環(huán)次數(shù)，稱為蓄電池的循環(huán)壽命。影響蓄電池循環(huán)壽命的因素有電極材料、電解液、隔膜、制造工藝、充放電制度、環(huán)境溫度等，在進行壽命測試時，要嚴格控制測試條件。通常是在一定的充放電條件下進行循環(huán)，然后檢測電池容量的衰減，當蓄電池容量小于額定容量的80%（不同的電池有不同的規(guī)定，鋰離子電池是80%）終止實驗，此時的循環(huán)次數(shù)就是電池的循環(huán)壽命。對于不同類型的蓄電池，循環(huán)壽命的測試規(guī)定是不同的，具體可參考相應國家標準或國際電工委員會（IEC）制訂的標準。電池的壽命可以用專用的蓄電池循環(huán)壽命檢測設備來測試。、內壓的測試電池的內阻是指電池在工作時，電流流過電池內部所受到的阻力，一般分為交流內阻和直流內阻，由于充電電池內阻很小，測直流內阻時由于電極容易極化，產(chǎn)生極化內阻，故無法測出其真實值；而測其交流內阻可免除極化內阻的影響，得出真實的內阻值。交流內阻測試方法是利用電池等效于一個有源電阻的特點，給電池一個1000Hz、50mA的恒定電流，對其電壓采樣整流濾波等一系列處理從而精確地測量其阻值。可用專門的內阻儀來測試。電池的內壓是由于充放電過程中產(chǎn)生的氣體所形成的壓力，主要受電池材料、制造工藝、結構、使用方法等因素影響。一般電池內壓均維持在正常水平，在過充或過放情況下，電池內壓有可能會升高。電動汽車動力電池可能會在不同的環(huán)境溫度下使用，高溫或低溫對電池的充電或放電性能都有影響，應分別對各溫度下電池充放電性能進行測試。在QC/T7432006《電動汽車用鋰離子蓄電池》中規(guī)定，要對電池在20℃的低溫、20℃常溫和55℃的高溫進行放電性能的測試。要求按規(guī)定的方法測試時，在20℃時，其容量應不低于額定值的70%；在55℃時，其容量應不低于額定值的95%；在20℃高倍率放電時，對于能量型蓄電池，其容量應不低于額定值的90%；對于功率型蓄電池，其容量應不低于額定值的80%。高低溫測試所需的儀器和充放電性能測試基本是一致的，只是在恒溫箱中測定不同溫度下的電池性能。電池的儲存性能是指電池開路時，在一定的溫度、濕度等條件下儲存時容量下降率的大小，是衡量電池綜合性能穩(wěn)定程度的一個重要參數(shù)。電池經(jīng)過一定時間儲存后，允許電池的容量及內阻有一定程度的變化。經(jīng)過了一段時間的儲存，可以讓內部各成分的電化學性能穩(wěn)定下來，可以了解該電池的自放電性能的大小，以便保證電池的品質。自放電又稱荷電保持能力，它是指在開路狀態(tài)下，電池儲存的電量在一定環(huán)境條件下的保持能力。一般而言，自放電主要受制造工藝、材料、儲存條件的影響。自放電是衡量電池性能的主要參數(shù)之一。一般而言，電池儲存溫度越低，自放電率也越低，但也應注意溫度過低或過高均有可能造成電池損壞無法使用。電池充滿電開路擱置一段時間后，一定程度的自放電屬于正?，F(xiàn)象。電池的安全性測試項目非常多，不同類型的電池，安全性能測試項目也不同，可根據(jù)相關標準選擇測試。小 結：概述本節(jié)作 業(yè)：課后習題課 題： 燃料電池教學目的：了解燃料電池的類型和特點；了解電動汽車對燃料電池的要求、 掌握質子交換膜燃料電池的結構原理和特點 熟悉氫的存儲和輸送方法教學重點：質子交換膜燃料電池的結構原理和特點、氫的存儲和輸送方法教學難點：質子交換膜燃料電池的結構原理和特點類 型：新授課教學方法：講練結合課 時：8引 入：燃料電池(Fuel Cell)是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學能直接轉化為電能的發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進燃料電池，電就被奇妙地生產(chǎn)出來。它從外表上看有177。極和電解質等，像一個蓄電池，但實質上它不能“儲電”而是一個“發(fā)電廠”。 2014年2月19日據(jù)物理學家組織網(wǎng)報道，美國科學家開發(fā)出一種直接以生物質為原料的低溫燃料電池。這種燃料電池只需借助太陽能或廢熱就能將稻草、鋸末、藻類甚至有機肥料轉化為電能，能量密度比基于纖維素的微生物燃料電池高出近100倍。相關論文已發(fā)表在《自然》雜志子刊《自然通訊》上。一、1．按燃料電池的運行機理分類根據(jù)燃料電池的運行機理的不同，可分為(1) 酸性燃料電池；(2) 堿性燃料電池。2．按電解質分類(1) 質子交換膜燃料電池(PEMFC)；(2) 堿性燃料電池(AFC)；(3) 磷酸燃料電池(PAFC)；(4) 熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)；(5) 固體氧化物燃料電池(SOFC)；(6) 直接甲醇燃料電池(DMFC)；(7) 再生型燃料電池(RFC)；(8) 鋅空燃料電池(ZAFC)；(9) 質子陶瓷燃料電池(PCFC)等。3．按燃料使用類型分類根據(jù)燃料電池的燃料使用類型不同，可分為(1) 直接型燃料電池；(2) 間接型燃料電池；(3) 再生型燃料電池。4．按燃料種類分類根據(jù)燃料電池使用燃料的種類，可分為(1) 氫燃料電池；(2) 甲醇燃料電池；(3) 乙醇燃料電池等。5．按工作溫度分類根據(jù)燃料電池工作溫度的不同，可分為(1) 低溫型(溫度低于200℃)；(2) 中溫型(溫度為200~750℃)；(3) 高溫型(溫度為750~1000℃)；(4) 超高溫型(溫度高于1000℃)。6．按燃料狀態(tài)分類根據(jù)燃料電池的燃料狀態(tài)不同，可分為(1) 液體型燃料電池；(2) 氣體型燃料電池。二、FCEV對燃料電池性能基本要求有以下幾方面：(1) 燃料電池的比能量不低于150~200Wh/kg，比功率不低于300~400W/kg，要求達到或超過美國先進電池聯(lián)合體所提出的電池性能和使用壽命的指標；(2) 可以在20℃的條件下起動和工作，有可靠的安全性和密封性，不會發(fā)生燃料氣體的結冰和燃料氣體的泄漏；(3) 各種結構件有足夠的強度和可靠性，可以在負荷變化情況下正常運轉，并能夠耐受FCEV行駛時的振動和沖擊；(4) FCEV除排放達到零污染的要求外，動力性能要求基本達到或接近內燃機汽車的動力性能的水平，性能穩(wěn)定可靠；(5) 各種輔助技術裝備的外形尺寸和輔助技術裝備的質量應盡可能地減小，以符合FCEV的裝車要求；(6) 燃料充添方便、迅速，燃料電池能夠方便地進行電極和催化劑的更換和修理；(7) 所配置的輔助電源，應能滿足提供起動電能和儲存制動反饋電能的要求。三、1．燃料電池的優(yōu)點(1) 節(jié)能、轉換效率高。燃料電池在額定功率下的效率可以達到60%，而在部分功率輸出條件下運轉效率可以達到70%，在過載功率輸出條件下運轉效率可以達到50~55%。(2) 排放基本達到零污染。屬于“超低污染”，氫氧燃料電池的反應產(chǎn)物只有清潔的水。(3) 無振動和噪聲、壽命長。在整個工作過程中，沒有噪聲和機械振動的產(chǎn)生，從而減少機械器件的磨損，延長了使用壽命。(4) 結構簡單、運行平穩(wěn)。2．燃料電池的缺點(1) 燃料種類單一。是燃料電池的唯一燃料。氫氣的產(chǎn)生、儲存、保管、運輸和灌裝或重整，都比較復雜，對安全性要求很高。(2) 要求高質量的密封。密封不良的燃料電池，氫氣會泄漏到燃料電池的外面，降低了氫的利用率并嚴重影響燃料電池發(fā)動機的效率，還會引起氫氣燃燒事故。由于要求嚴格的密封，使得燃料電池發(fā)動機的制造工藝很復雜，并給使用和維護帶來很多困難。(3) 價格高。制造成本高，電池價格昂貴。(4) 需要配備輔助電池系統(tǒng)。燃料電池可以持續(xù)發(fā)電，但不能充電和回收燃料電池汽車再生制動的反饋能量。通常在燃料電池汽車上還要增加輔助電池，來儲存燃料電池富裕的電能和在燃料電池汽車減速時接受再生制動時的能量。 四、燃料電池系統(tǒng)1燃料電池實際上不是“電池”，而是一個大的發(fā)電系統(tǒng)。對于質子交換膜燃料電池，需要有燃料供應系統(tǒng)、氧化劑系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、電力系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)、安全系統(tǒng)等組成。（1） 燃料供應系統(tǒng)（2） 氧化劑系統(tǒng)（3） 發(fā)電系統(tǒng)（4） 水管理系統(tǒng)（5） 熱管理系統(tǒng)（6） 電力系統(tǒng)（7） 控制系統(tǒng)（8） 安全系統(tǒng)氫的存儲與輸送是燃料電池應用的關鍵技術之一。目前有兩種方式，儲氫和重整制氫。 （1）儲氫①存儲技術：目前使用比較廣泛的儲氫技術有高壓儲氫、液態(tài)儲氫和儲氫材料儲氫。這三種技術在實際運用中的效果很大程度上受到材料性能的制約。儲氫材料儲氫技術更有優(yōu)勢，尤其是使用碳納米管儲氫時，效果更理想。 ②研究方向：隨著材料科學的發(fā)展，儲氫技術的發(fā)展主要集中開發(fā)密度更小、強度更高的材料，以提高儲氫罐內的壓力；開發(fā)絕熱性能更好的材料，以減少液氫的蒸發(fā)，提高使用時的安全性；開發(fā)高容量的儲氫材料，特別是碳納米管等的制造技術。 (2) 部分氧化重整。部分氧化重整將燃料與氧相結合制氫，并生成一氧化碳。部分氧化重整的產(chǎn)氫率比蒸汽重整的低，但它結構緊湊、成本低、起動時間短、動態(tài)響應速度快，對燃料的適應性也更強，因而更具潛力。但是，如果采用無催化系統(tǒng)，常有碳煙和其它副產(chǎn)物生成；而采用有催化劑系統(tǒng)，又常因催化劑表面的局部高溫而損傷催化劑，在反應過程中的穩(wěn)定性也是一大難題。部分氧化重整最好用純氧，但價格較高；雖然它也可使用燃料氣與空氣混合，但反應后需加凈化處理裝置，其成本亦很高。（3）重整制氫燃料電池使用的燃料—氫氣可以由重整器提供。重整器使用的原料可以是天然氣、汽油、柴油等各種烴類以及甲醇、酒精等各種醇類燃料。目前使用的重整技術主要有蒸汽重整、部分氧化和催化部分氧化重整、自動供熱重整以及等離子體重整等。不同的重整技術在結構、效率和對燃料的適應性等方面有不同的特點，并在不同的使用條件下發(fā)揮出它們各自的優(yōu)勢。蒸汽重整是目前使用最