鋰電單體和系統(tǒng)集成知識.ppt

1、,鋰電系統(tǒng)研究所 陳保貴,鋰電單體及系統(tǒng)集成知識,目錄,一、鋰電池單體性能 二、大容量電池與小容量電池并聯特征 三、小電池并聯與大電池的安全性比較 四、不同結構的電池特性 五、電池組合形式 六、純電動汽車用動力電源系統(tǒng)的設計,動力型圓柱電池規(guī)格表,1 鋰電池單體性能,容量型圓柱鋰電池規(guī)格表,1 鋰電池單體性能,大容量電池的特點,2 大容量電池和小容量電池并聯特征,優(yōu)點 組合方便 指標占優(yōu)勢（體積比能量、質量比能量等） 組合方便，僅需考慮串聯組合 缺點 工藝復雜，合格率低 內部電流密度、溫度的分布均勻性 部分結構電池（如軟包裝等，引流能力受限）,小容量電池的特點,2 大容量電池和小容量電池并聯特

2、征,優(yōu)點 電池表面積/體積大，散熱性能好 圓柱：比表面積/體積=2*(1/h+1/r),其中，h指高度，r指半徑； 方形電池時，比表面積/體積=2*（1/a+1/b+1/c），a、b、c分別指電池的長、寬、高） 安全系數高 缺點 大容量電池需并聯應用 串并聯組合設計復雜，組合成本高 串并聯組合體積大，影響部分應用,電動汽車對電池安全性的要求,安全性是電動汽車第一指標。 電動汽車電池的使用特點： 高速移動、劇烈震動、高溫工作、快速充放電，潛在著撞擊、刺傷、短路、跌落、浸水、火燒、甚至槍擊的可能性。 因此，電動汽車對動力電池的安全性要求極高，對百萬分之一的非安全概率都會造成極其嚴重的后果，它意味著

3、大陸年產100萬輛新能源汽車每年都要發(fā)生多起安全事故。 對鋰動力電池科研、生產、使用過程：召回制度、安全隱患對鋰電池企業(yè)是致命性的打擊。 安全、安全、再安全是鋰動力電池永久的話題。,3 小電池并聯與大電池的安全性比較,世界上沒有絕對安全的電池,電池是能量的載體，本質上就存在不安全因素。 不同的電化學體系，不同的容量，使用工藝參數，使用環(huán)境，使用程度，都對安全性有較大的影響。 所有的安全性均與溫度有關：控制溫度的重要性。 所有電池包括一次電池、各類二次電池，均存在安全性問題,3 小電池并聯與大電池的安全性比較,安全性本質：電池中的能量,以20Ah鋰離子電池為例: 20Ah （3.6V） 72Wh

4、 259.2KJ 1 克TNT 4.20KJ 20Ah鋰離子電池的能量 61.7克TNT能量,3 小電池并聯與大電池的安全性比較,20Ah鋰離子電池僅存儲的電能相當于61.7克TNT炸藥的能量。 以上計算還未計電解液燃燒所含能量，及正極活性物質分解的能量。,電解液的能量,鋰離子電池的電解液用量 6mL/AH 汽油的密度 0.71克/mL 1 克汽油 42KJ 1 克TNT 4.183KJ 1 Ah電池的電解液能量 178.9KJ 1 Ah電池的電解液能量 42.6克 TNT 20 Ah電池的電解液能量 832克 TNT,3 小電池并聯與大電池的安全性比較,注意：該能量不具備直接爆炸條件,安全性

5、結論,1、電池容量越高，貯存能量越多，安全性越差 2、保護措施 外置保護電路 內裝置PTC（但會增加電池內阻） 電解液添加阻燃劑（會影響電池性能） 3、熱管理的重要性 4、外部保護不能解決電池內部問題 電池設計 質量控制 PACK設計,3 小電池并聯與大電池的安全性比較,安全性比較,小容量電池 容易實現過充過放保護措施(單體電池保護設計） 電池容量低，出現問題能量釋放少，對周圍電池影響小 大容量電池 保護措施少 內部問題釋放能量大，連鎖反應引起周圍電池故障，安全失控,3 小電池并聯與大電池的安全性比較,結構特點比較,4 不同結構的電池特性,電池結構,4 不同結構的電池特性,軟包裝,圓柱,方形,

6、電池結構,4 不同結構的電池特性,代表性廠家,4 不同結構的電池特性,圓柱形產品：A123、Valance、力神、CENS、微宏、新太行等 方形電池：星恒、雷天、洛陽天空、力神、ATL、國軒等 軟包裝：中信國安、萬向、雙登、豐江、環(huán)宇等 相對來講，純電動汽車用軟包裝（方形外殼）和方形電池居多，混合電動車用圓柱和方形（金屬殼體）居多。,圓柱電池組合形式,5 電池組合形式,拼裝卡板,模塊內部組合示意圖,方形電池組合形式,5 電池組合形式,軟包裝電池組合形式,5 電池組合形式,串并聯組合設計注意點,5 電池組合形式,如何降低電池組合的內阻 串聯容量的一致性 并聯內阻的均勻性 單體電池電流的均勻性,動

7、力電源系統(tǒng)設計目的,6 純電動汽車用動力電源系統(tǒng)的 設計,根據整車的設計要求，為其提供具有最佳使用性能的動力電源系統(tǒng)。 安全性要求 電性能要求 電池選型與系統(tǒng)配置,要解決的問題,6 純電動汽車用動力電源系統(tǒng)的 設計,在允許的尺寸、重量范圍內進行結構和工藝設計，使其滿足整車系統(tǒng)的用電要求 尋找簡單可行的工藝 降低成本 在條件許可的情況下，提高產品的技術性能 克服和解決環(huán)境污染問題,設計流程,6 純電動汽車用動力電源系統(tǒng)的 設計,確定的參數與解決的問題,6 純電動汽車用動力電源系統(tǒng)的 設計,（1）電氣特性： 標稱電壓及運行電壓范圍 標稱容量及可用容量范圍 電源系統(tǒng)常規(guī)放電電流 電源系統(tǒng)充電要求 （

8、2）功率特性 電源系統(tǒng)最大輸出功率及持續(xù)時間 電源系統(tǒng)最大反饋功率及持續(xù)時間 （3）環(huán)境特性 電源系統(tǒng)使用溫度范圍 充電溫度范圍 貯存溫度范圍,確定的參數與解決的問題,6 純電動汽車用動力電源系統(tǒng)的 設計,（4）物理特性 電源系統(tǒng)的結構組成與尺寸 電源系統(tǒng)質量 其他機械性能、防護性能等要求 （5）BMS要求 BMS具備的管理與保護功能（最大程度避免電池過充過放） 電池的SOC、SOH判斷 通訊方式及收發(fā)器件設計要求 電氣控制要求及通訊協議 （6）整車接口要求 物理接口：包括電池安裝、固定方式、冷卻介質的空間走向、相關管路 電氣接口：包括整車線束定義及技術規(guī)范、連接件的型號及管腳定義 通訊接口：包括與整車的通訊、BMS內部通訊、與充電機通訊,需要了解的整車信息,6 純電動汽車用動力電源系統(tǒng)的 設計,對整車的了解越詳細，設計的電源系統(tǒng)越完善。不僅僅是電機、整車控制策略等會影響到電源系統(tǒng)的設計，整車的質量、尺寸、空間、運行工況等均需進行詳細了解。填寫產品信息輸入表。 1）整車