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(lián)特征 三、小電池并聯(lián)與大電池的安全性比較 四、不同結(jié)構(gòu)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(shè)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(diǎn),2 大容量電池和小容量電池并聯(lián)特征,優(yōu)點(diǎn) 組合方便 指標(biāo)占優(yōu)勢（體積比能量、質(zhì)量比能量等） 組合方便，僅需考慮串聯(lián)組合 缺點(diǎn) 工藝復(fù)雜，合格率低 內(nèi)部電流密度、溫度的分布均勻性 部分結(jié)構(gòu)電池（如軟包裝等，引流能力受限）,小容量電池的特點(diǎn),2 大容量電池和小容量電池并聯(lián)特

2、征,優(yōu)點(diǎn) 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(shù)高 缺點(diǎn) 大容量電池需并聯(lián)應(yīng)用 串并聯(lián)組合設(shè)計復(fù)雜，組合成本高 串并聯(lián)組合體積大，影響部分應(yīng)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(biāo)。 電動汽車電池的使用特點(diǎn)： 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(yán)重的后果，它意味著

3、大陸年產(chǎn)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(chǎn)、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(lián)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(zhì)上就存在不安全因素。 不同的電化學(xué)體系，不同的容量，使用工藝參數(shù)，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(guān)：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(lián)與大電池的安全性比較,安全性本質(zhì)：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(lián)與大電池的安全性比較,20Ah鋰離子電池僅存儲的電能相當(dāng)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(zhì)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(lián)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(jié)論,1、電池容量越高，貯存能量越多，安全性越差 2、保護(hù)措施 外置保護(hù)電路 內(nèi)裝置PTC（但會增加電池內(nèi)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(hù)不能解決電池內(nèi)部問題 電池設(shè)計 質(zhì)量控制 PACK設(shè)計,3 小電池并聯(lián)與大電池的安全性比較,安全性比較,小容量電池 容易實(shí)現(xiàn)過充過放保護(hù)措施(單體電池保護(hù)設(shè)計） 電池容量低，出現(xiàn)問題能量釋放少，對周圍電池影響小 大容量電池 保護(hù)措施少 內(nèi)部問題釋放能量大，連鎖反應(yīng)引起周圍電池故障，安全失控,3 小電池并聯(lián)與大電池的安全性比較,結(jié)構(gòu)特點(diǎn)比較,4 不同結(jié)構(gòu)的電池特性,電池結(jié)構(gòu),4 不同結(jié)構(gòu)的電池特性,軟包裝,圓柱,方形,

6、電池結(jié)構(gòu),4 不同結(jié)構(gòu)的電池特性,代表性廠家,4 不同結(jié)構(gòu)的電池特性,圓柱形產(chǎn)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(nèi)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(lián)組合設(shè)計注意點(diǎn),5 電池組合形式,如何降低電池組合的內(nèi)阻 串聯(lián)容量的一致性 并聯(lián)內(nèi)阻的均勻性 單體電池電流的均勻性,動

7、力電源系統(tǒng)設(shè)計目的,6 純電動汽車用動力電源系統(tǒng)的 設(shè)計,根據(jù)整車的設(shè)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(shè)計,在允許的尺寸、重量范圍內(nèi)進(jìn)行結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)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(chǎn)品的技術(shù)性能 克服和解決環(huán)境污染問題,設(shè)計流程,6 純電動汽車用動力電源系統(tǒng)的 設(shè)計,確定的參數(shù)與解決的問題,6 純電動汽車用動力電源系統(tǒng)的 設(shè)計,（1）電氣特性： 標(biāo)稱電壓及運(yùn)行電壓范圍 標(biāo)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(shù)與解決的問題,6 純電動汽車用動力電源系統(tǒng)的 設(shè)計,（4）物理特性 電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成與尺寸 電源系統(tǒng)質(zhì)量 其他機(jī)械性能、防護(hù)性能等要求 （5）BMS要求 BMS具備的管理與保護(hù)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(shè)計要求 電氣控制要求及通訊協(xié)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(zhì)的空間走向、相關(guān)管路 電氣接口：包括整車線束定義及技術(shù)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(nèi)部通訊、與充電機(jī)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(shè)計,對整車的了解越詳細(xì)，設(shè)計的電源系統(tǒng)越完善。不僅僅是電機(jī)、整車控制策略等會影響到電源系統(tǒng)的設(shè)計，整車的質(zhì)量、尺寸、空間、運(yùn)行工況等均需進(jìn)行詳細(xì)了解。填寫產(chǎn)品信息輸入表。 1）整車