动力电池（精选12篇）
动力电池 篇1
6月30日,动力电池战略发展研讨会暨国家动力电池创新中心成立大会在北京举行。工信部副部长怀进鹏主持会议并宣读了中共中央政治局委员、国务院副总理、国家制造强国建设领导小组组长马凯的重要批示。工信部部长苗圩出席大会并讲话。
苗圩指出,今年的《政府工作报告》提出“建设若干国家级制造业创新平台”,制造业创新中心建设工程是《中国制造2025》的五大工程之一,国家动力电池创新中心的成立是国家制造业创新中心建设的重要标志。苗圩指出,国家动力电池创新中心面向行业共性需求,通过协同技术、装备、人才、资金等各类资源,打通前沿技术和共性技术研发供给、转移扩散和首次商业化的链条,从而为我国实现动力电池技术突破,提升动力电池产业竞争力,支撑新能源汽车产业发展提供战略支撑。同时,希望通过探索形成有效的发展模式和路径,为其他创新中心的建设提供示范和借鉴。
苗圩强调,制造业创新中心要解决的是面向行业的共性技术而不是单个企业可以解决的关键技术。通过制造业创新中心建设,要弥补实验室产品与产业化之间的缺失环节,解决行业共性技术供给不足问题;要不断完善制造业创新生态系统,形成高水平有特色的制造业协同创新网络和平台,塑造我国制造业国际竞争新优势。
对于下一步制造业创新中心的建设,苗圩部长提出要加快制造业创新中心试点建设,注重探索创新中心内部组织机制、运营管理模式等,总结经验,逐步推广,同时要引导推进省级制造业创新中心建设。
动力电池 篇2
新能源电动汽车最主要的部件是动力电池、电动机和能量转换控制系统，而动力电池要实现快速充电、安全等高性能，是技术门槛最高、也是利润最集中的部分。
新能源汽车对电池要求很高，必须具有高比能量、高比功率、快速充电和深度放电的性能，而且要求成本尽量低、使用寿尽量长。传统的铅酸电池、镍镉电池和镍氢电池本身技术比较成熟，但它们用在汽车上作为动力电池则存在较大的问题。目前，越来越多的汽车厂家选择采用锂电池作为新能源汽车的动力电池。
锂电池具有以下优点：体积小、质量轻、工作电压高（是镍镉电池、氢镍电池的3倍）、比能量大（可达165WH/㎏，是氢镍电池的3倍）、循环寿长、自放电率低、无记忆效应、无污染、安全性好等优点。
动力锂电池发展现状
新能源汽车未来逐渐替代传统汽油车已成为各国发展汽车产业的共识，作为核心部件的动力电池则更被企业和投资者看好。动力电池是新能源汽车发展的关键：混合动力汽车是目前最佳的过渡产品，但纯动力电池汽车是未来发展方向，核心技术在电池技术上的突破。
中国的新能源汽车电池产业起步虽晚于欧美日，但发展非常快，在锂电池的研发上也投入了大量财力、物力。国家863计划设立了电动汽车重大专项，中科院物理研究所、北京有色金属研究院、中国电子科技集团公司第十八研究所等单位参加了该项目，分别开发了EV和HEV用两类动力电池，其中一些单位已采用了安全的锰体系正极活性材料。“十一五”、863电动汽车重大专项又对HEV、PHEV（外接充电式混合动力汽车）、FCV（燃料电池车）用动力锂离子电池关键材料和电池的研发给予大力支持。
动力锂电池发展遇到的问题
目前阻碍动力锂离子电池发展的瓶颈是：安全性能和汽车动力电池的管理系统。
安全性能方面，由于锂离子动力电池具有能量密度大、工作温度高、工作环境恶劣等方面的原因，加上以人为本的安全理念，因此，用户对电池的安全性提出了非常高的要求。汽车动力电池的管理系统方面，由于汽车动力电池的工作电压是12V或24V，而单个动力锂离子电池的工作电压是3.7V，因此必须由多个电池串联而提高电压，但由于电池难以做到完全均一的充放电，因此导致串联的多个电池组内的单个电池会出现充放电不平衡的状况，电池会出现充电不足和过放电现象，而这种状况会导致电池性能的急剧恶化，最终导致整组电池无法正常工作，甚至报废，从而大大影响电池的使用寿命和可靠性能。
动力锂离子电池要得到很好的应用，技术上需要从材料、电池、管理系统、机械加工等多方面同时考虑。因此，需要锂电子生厂商及下游企业通力合作，以电池为核心，对材料、管理系统等提出要求，形成一个产业群，更有利于技术的进步和系统成本的降低。
动力锂电池材料分析
锂电池材料可分为电极（正极/负极）材料、隔膜和电解液。正极材料是锂电池的核
心，目前以钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰锂和磷酸铁锂为主。负极材料则以石墨、固体碳粒为主；在正负极中间则是电池电解液和隔膜。
3.1 正极材料
此前，锂电池成本之所以高于镍氢电池，主要原因就在于其正极材料使用的是以贵金属钴为原料的钴酸锂，锰酸锂和磷酸铁锂由于成本优势更为明显；不过，与锰酸锂相比，磷酸铁锂的容量密度更高，前者为100-115mAH/g，后者为130-140mAH/g;充放电寿命更长，前者为500次以上，后者可达1500次以上；工作温度区间更大，前者为0至50℃，后者则为-40至70℃。因此，在锂离子电池中，磷酸铁锂电池最被看好。
在锂电池产业链目前的产能比较中，由于进入壁垒较高，锂电池正极材料的产能是最小的，这是整个产业链中最看好的一个环节。
3.2 负极材料
与正极材料相比，负极材料占锂电池成本比重较低，而且国内已经实现产业化，负极材料以石墨、固体碳粒为主。目前国内从事锂电池负极材料生产的前三甲企业是中国国安、杉杉股份、长沙海容，目前负极材料基本能够满足国内市场的需求，但随着新能源汽车的逐渐普及，未来这一块的市场需求将出现巨大缺口。
3.3 电解液
国内电池生产商电解液配套也已基本实现国产化。电解液主要原材料为六氟磷酸锂，占电解液成本的50%左右，其生产成本为10万元/吨，售价为40万元/吨，毛利率高达75%，但是，目前市场基本上被关东电化学工业、SUTERAKEMIFA、森田化学等几家日本企业垄断。因此，亟待解决锂电池电解液最为关键的电解质成分六氟磷酸锂（LiPF6）的大规模生产问题。只有此项关键技术取得突破，中国的汽车动力锂电池产业链才能接近完善。
现在全球锂电池电解液市场供求基本平衡，锂电池对电解液要求比较高，但用量却很少。比如一块手机电池只用3克，比重很小，2000吨电解液可供生产6亿块手机电池。汽车动力电池可就不一样了，一辆车就要40公斤。电动车一旦兴起，将带来电解液的爆发性增长。
3.4 隔膜
随着新能源汽车的逐渐推广，未来对动力锂电池材料的需求将得到引爆。隔膜系锂电材料中技术壁垒最高的一种高附加值材料，毛利率通常达到70%以上，占了锂电池成本的20-30%。按照计算，一辆汽车就可以用到一千到两千平方米的隔膜。目前隔膜市场供应量严重不足，大部分依赖进口，市场主要被日本旭化成工业、东燃化学，及美国Celgard把持。隔膜具有典型的“高技术、高资本”特点，而且项目周期很长，投资风险较大，国内企业的投资热情并不高。
动力锂电池发展前景
据《2008-2010年中国新能源汽车产业分析及投资咨询报告》显示，结合中国的能源资源状况和国际汽车技术的发展趋势，预计到2012年，新能源汽车年产量将达到100万
辆，而预计到2025年后，中国普通汽油车占乘用车的保有量将仅占50%左右，而先进柴油车、燃气汽车、生物燃料汽车等新能源汽车将迅猛发展。
未来新能源汽车替代传统汽车趋势将成为必然，动力锂电池作为新能源汽车的“心脏”，将催生庞大的产业经济效应，对电池原材料供应商和厂商来说都是巨大的商业蛋糕。
动力电池应缓行 篇3
从2014年开始，我国政府出台了一系列优惠政策，从此，中国新能源汽车产业开始进入了高速发展时期。与此同时，电池投资的高速增长带动了电池产业的增速发展，但依然出现了供不应求的情况。那么，出现这种电池跟不上的原因在哪里？我国电池的技术路线又是怎样的？在电池技术方面，我国跟国外相比又处于一个什么水平？合理的电池续航里程到底是个什么范围？
针对这一系列问题，《汽车观察》记者在中国电动汽车百人会论坛（2016）新闻发布会现场对清华大学教授、中国电动汽车百人会执行副理事长欧阳明高进行了专访。
电池技术路线合理
针对目前中国新能源汽车发展存在着一些不平衡、不协调的问题，欧阳明高指出，新能源汽车整个产业链所谓的不协调是指整车跑的快，电池供不上。
关于核心动力电池，欧阳明高认为动力电池技术路线还是比较合理的。从不同车型搭载电池种类看，客车领域搭载电池以磷酸铁锂为主，占比达88%，三元锂电池仅占12%；乘用车领域，搭载三元电池占比达69% ，磷酸铁锂电池占比29%，锰酸锂电池占比只有2%。从电池消耗量看，客车部分电池消耗超过了60%（纯电动客车占比约54%），占比偏大，而且客车的电池质量很不一致，全国客车厂多如牛毛，而且地方保护比较严重，欧阳明高认为这应该也是推广过程中需要特别注意的。
总的电池用量，目前全年突破100亿瓦时，到2020年会到600到1000亿瓦时。根据电池行业的报告，2015年电池投产大概1000亿瓦时，在建和拟建的电池工厂已达1800亿瓦时，基本满足到2020年的需求，今年供不应求，明年下半年基本平衡，后年总体将过剩。但是，高质量的电池永远是供不应求的，性能价格比好的电池永远是供不应求的。
供不应求是暂时的
既然目前新能源汽车的电池技术路线合理，为何产能跟不上？
在欧阳明高看来，中国电动汽车电池技术的产业基础总体较好，与国际相比，中国在电动汽车动力电池方面存在很多问题。一方面，中国先进材料和机理研究较差，电池结构设计技术先进性较低，另一方面，自动化程度较低，精工艺的开发能力也较弱。
“以前我们研究电动汽车，认为电池系统只要将单体组合即可，现在才明白电池系统是很复杂的技术。电池技术的复杂的还体现在它要进行安全性验证，这个过程需要时间。你不能随随便便就把开发出来的电池拿到车上去，这个电池厂很担心的，出事了算谁的，所以电池厂家就不敢扩大产能，即便要扩大产能也是要从小规模到大规模，这是有一个周期的。其实我们现在的周期已经偏短了，不能这么快的上，上的太快之后必然会引起一些质量参差不齐，甚至制造缺陷等。所以你可以想像，这么大规模对于电池行业来讲，简直就是历史上从来没遇到过或者全世界都没遇到过，它需要有跟上的时间。但是现在应该说电池产能跟的还是很快的，2015年电池行业的投资就接近1千亿，会新建1千亿瓦时的产能，在建和已有的产能会达到1800亿瓦时”欧阳明高指出。
另外，电池所需的高端材料供给尚不足，一致性、良品率、安全性、可靠性、产品性能不能完全满足市场要求，企业创新能力总体不强，优势产能不足。
同时，中国电动汽车动力电池还面临韩国等国外电池企业的挑战。
据欧阳明高推测，预计到2025年，锂离子电池将会接近性能极限，达到约350瓦时/公斤到400瓦时/公斤。美国能源部对锂离子电池发展现状和趋势判断，电池极限可达到300/公斤到350瓦时/公斤，到2020年至少可以达到约200瓦时/公斤。不过，目前技术攻关的重点是如何解决硅负极的相关问题，来提高电池寿命。
进入第一方阵
在电池技术方面，跟国际的相比，中国现在处于一个什么水平？
在欧阳明高看来，全世界电池水平数中、日、韩排名靠前，都是第一方阵，我国新能源汽车电池核心技术不比国外差，甚至在很多方面比国外要好。比如，连老牌的汽车强国德国的电池产业跟我国都是没法相提并论，现在德国基本上用我们中国的电池，包括宝马顶尖汽车厂都在用中国的电池。
“我们新能源汽车市场现在是世界第一，从技术水平看，我们核心技术是动力电池，动力电池我们现在的领先企业至少有比亚迪和宁德时代新能源这两家，他们应该说是世界领先水平的企业，现在能跟我国竞争的是韩国的LG和三星，但是目前宁德时代新能源也在给宝马供货。总的来看，所以从核心技术的角度，我相信你们可以再到电池厂去看一看，比如说比亚迪的新厂以及宁德时代新能源的研究院，他们有100多个博士，国外也在跟他们合作，能体会到这种民营的高科技企业的创新能力绝对是一流的。
此外，我国现在电池研究的队伍，在全球从人数来看还是最多的。
300公里将成为常态
对于我国来说，多少公里才是合理的电池续航里程？
欧阳明高认为，中国的电动车要适合中国的交通体系，中国的电动国民车应该是一种小型车，主要是在城区来用的车。如果要把它做成500公里续航里程完全没有这样的必要，同时这也对纯电动汽车提出了要求过分。所以，到2020年300公里左右续航里程的电动车会是一个常态。
对此，欧阳明高解释到：“就算是电池技术继续发展，500公里的电动车价格仍然是偏高的，2013年电动车续航里程是120公里，冬天降到80公里，现在新出来的电动车续航里程都是200公里以上，我相信在2020年会在300公里左右。但是一定要把它提到500公里，每增加100公里就要增加一些钱，这个钱的数量级至少是1万块以上，同时我们还要考虑舒适度。前几天有人做过一个测试，开特斯拉从北京出发到哈尔滨，结果开的还是觉得很紧张，走着走着就觉得怕没电了，空调少开一点，特斯拉可是80度电的豪华版价值七八十万的，而且特斯拉电池的比能量是比较高的，这就说明我们纯电动车都要求500公里，这个价格是很难下来的，不是做不到。”
总而言之，欧阳明高特别指出，电池产业的发展不是简单的投资问题，在研发方面的投入比重更为重要。对于电动汽车的动力系统，无论是增程插电式混合动力系统、纯电动力系统，还是燃料电池动力系统，都要综合考量与分析各个系统的核心技术以及优劣势，进行稳步增质、增量的发展。他特别强调，出于安全考虑，我国动力电池的发展，不宜一味图快，应该缓行。
电动汽车动力电池现状分析 篇4
一、安全性
对电动汽车来说, 动力电池的安全性是人们最为关心的一个话题。即使单一的电池起火案例也有可能影响社会公众舆论, 给产业发展带来不小的质疑和阻力。热失控是锂电池的一种主要起火原因。所谓热失控实际上是一个能量正反馈循环。电池在充放电使用中, 其内部各种电化学反应产生热量, 若散热不良, 热量的堆积将导致系统变热, 系统变热后会产生更多热量, 这又会使系统变得更热。热失控的原因有过充、过放、短路, 环境温度过高以及私自改装电池等。为避免热失控, 锂电池可加装高效可靠的冷却系统, 从而在热失控发生的初始阶段就介入阻止。此外, 精确的荷电状态监视和放电补偿装置也会提高电池的热稳定性。
二、使用寿命
电池的使用寿命一般通过充放电次数和使用年限两个指标描述。理论上来讲, 今天锂电池的充放电次数已经满足电动汽车的要求。然而, 由于环境温度过高等因素, 电池老化将加剧, 这使得使用年限这个指标在不同的使用环境下变得不确定。当前, 大多数厂商将电池使用年限设定在10年。为克服上述不确定性, 电池厂商会加大电池体积, 补偿电池老化, 以确保电池使用年限。显然, 这种做法增加了电池的体积、重量和成本。与之相反, 也有一些厂商选择安装体积更小、使用年限更短的电池, 每5~7年更换一次。这样做, 一方面随着电池技术不断进步, 可以及时给车主更换性能更好的电池;另一方面, 也催生了电池租赁与回收新的商业模式, 促进了绿色循环经济。
三、温度适应性
人们都希望能开着自己的汽车横穿南北, 不受地域、气候的限制。然而, 到目前为止, 动力电池的性能受环境温度的影响仍然很大, 开发一款能同时适应高温和严寒的电池显得十分困难。针对不同气候特点开发专用电池是一个很好的选择, 对于目前的技术来说, 不是难事。例如, 寒冷地区可重点研发电池加热和隔离装置, 炎热地区重点研发耐高温的电解液和材料。
四、能量密度
能量密度是指单位重量的电池所能容纳的能量, 是判断电池优劣的重要指标, 直接决定了电动汽车的续航里程。目前, 钴酸锂可达137m Ah/g, 锰酸锂和磷酸铁锂的实际值都在120m Ah/g左右, 镍钴锰三元则可达180m Ah/g。如何进一步提高能量密度是当前业内研究热点, 具体方法有提高正、负极活性占比, 提高正、负极材料的比容量等。总之, 提高锂电池的能量密度, 必须从改善工艺、提高现有材料性能以及开发新材料、新机理等方面入手, 寻找短、中、长期的解决方案。
五、充电时间
充电时间较长是另一个技术挑战和电动汽车普及的障碍。充电方式可分为慢充和快充两种。慢充使用交流电, 充电时间约为6~8小时;快充使用大功率直流充电, 30分钟可充至电池容量的80%, 超过80%后, 为保护电池, 充电电流强制变小, 需要较长时间才能充至100%。由于快充的瞬时电流过大, 会给电池带来一定的损伤。无论慢充还是快充的时间, 显然都无法与燃油汽车加油的便捷性相媲美。克服充电时间这个难题, 一方面依赖技术的突破, 另一方面, 也可以通过普及充电设施、灵活安排充电时间等措施来解决。
六、电池成本
电动汽车贵在电池, 如特斯拉Model S基础型配置的70k Wh电池, 在扣除美国政府补助后, 价格为7.12万美元, 其中电池就占了2.1万美元的成本, 可见纯电动汽车依然被电池成本所左右。
哪些因素决定了锂电池的成本呢?一是电池的关键性材料, 如正极材料 (主要为碳酸锂) 、负极材料 (主要为石墨) 、电解液 (六氟磷酸锂、溶剂和添加剂构成) 以及隔膜 (主要为聚烯烃类石化产品) ;二是其他附属材料, 如壳体盖板、粘结剂、溶剂、集电体铝箔, 集电体铜箔, 用于极耳的铝带、镍带等;三是制造过程成本, 如劳动力成本、生产线维护成本等;四是环保成本。
七、电池回收
随着电动汽车数量快速攀升, 未来将会产生越来越多的报废电池组, 若不能很好解决回收问题, 将给环境带来巨大问题。这些退役电池制造精密, 除了化学活性下降之外, 其内部的化学成分不会改变, 虽然充放电性能不能满足汽车行驶, 但将其回收再利用, 作为储能设施是一个很好的解决方案。例如, 德国戴姆勒联合几家相关公司成立了合资公司, 采购戴姆勒公司旗下所有电动汽车退役的动力电池, 尝试建立世界最大的退役电池储能电站, 用于平衡德国的电网压力。安装在储能电站里的退役电池, 还能继续工作10年, 这将极大延长电池的使用寿命。
八、结语
作为电动汽车发展最为重要的支柱, 动力电池的发展广受关注。燃油汽车发展初期, 也面临着诸如发动机和燃油储存的问题, 随着技术进步, 那些问题都迎刃而解。所以, 有理由相信, 随着技术的进步, 动力电池存在的各种问题终会被解决。
参考文献
[1]王畅, 吴大勇.锂离子电池隔膜及技术进展[J].储能科学与技术, 2016, 2
[2]海川.动力电池创新加速[J].新经济导刊, 2016, 8
动力电池 篇5
2008年以来，中国锂电池动力市场发展迅猛。数据调查表明，2012年新能源汽车、电网储能、特种车、通信基站等领域的成品锂电池组市场规模为35亿元，比2011年的26亿元增长34.6%。其中新能源汽车的应用占比为57%，是动力锂电池最大的需求市场。
2012年动力锂电池产值前十名的企业都有大集团背景或者上市公司背景，如比亚迪、ATL、中聚电池等，都具有比较雄厚的资金实力和技术力量。这些大型集团不仅拥有上述优势，身后往往还有政府提供的强力支持，能更多地参与地方财政、土地、订单等资源的分配，从而造成了资源的过于集中，但一定程度上也提高了动力锂电池行业的进入门槛。
同时由于动力锂电池目前仍存在成本、寿命、安全，均衡技术等问题有待于攻克，研发和生产需要千万计的庞大的资金做支撑；而新入行的动力锂电池企业又容易产生设备的高额折旧和大量资金被存货占用的情况；加之废品率较高、成组率较低；所生产出来的大部分动力锂电池在产品一致性、循环寿命、能量密度方面均不容易满足纯电动汽车的使用需求。因此传统的锂电子企业对市场潜力巨大的动力锂电池市场望而止步，一批原本曾经轰轰烈烈想在纯电动汽车方面“大展拳脚”的企业，现在只能寄希望于低端的电动自行车市场来维持收入。
据悉，润广电池科技公司位于广东省东莞市，是一家集研发、生产、销售于一体的高科技锂电池制造商。润广电池以高科技技术研发为核心，以高质优价的闻名业界。自2008年起，润广电池自主投资数千万进行动力锂电池项目技术攻关，历经数年成功研制出行业一流的具有自主知识产权的安全、节能、环保的动力锂电池。润广动力电池安全技术作为电动车动力技术的重心，荣获了多项国家技术专利，得到了企业所在地政府的高度重视和大力支持。据润广电池科技董事长陈演中先生透露，润广电池科技作为一家专业的锂电池研发及销售的综合性企业，早已瞄准动力锂电池市场，很早就有进军动力锂电池市场的计划，因而这些年一直在苦心孤诣的埋头做技术的研发。与其他企业急切、高调的入市相比，润广这些年更多的是在做内功，因为动力锂电池毕竟是一个对技术要求极为苛刻的行业，一切不以核心
技术为导向的市场推广都只是在做短期行为。我们一直在等待一个最佳的入市时机，如今润广的动力锂电池的核心技术不仅已经取得了完整的突破，而且在一些样板示范工程方面也取得了各项标准的试验数据。同时，国内目前的动力锂电池市场在国家的大力号召及行业巨头比亚迪等的引导下，也引来了一个井喷期，因此我们选择此时，全面进军动力锂电池市场！
据了解，和众营销策划机构素有“中国实战营销策划第一机构”、“中国赢心策划第一机构”、“中国品牌招商策划第一机构”的客户美誉，曾携手众多行业品牌在他们的行业创造了奇迹和辉煌，打造了数个行业第一。和众营销策划机构以其所秉承“我们提供的不仅仅是方案，更是解决问题的答案”的实战服务理念闻名于所服务过的客户，先后为中国数百家企业提供了专业、系统的营销解决方案服务，成功帮助中国数百家企业实现了业绩的倍速增长和品牌传播。其中具代表性的企业就有：中国皮鞋第一品牌-奥康皮鞋、中国第一数码品牌—华旗资讯（爱国者）、中国第一礼品行业-北京怡莲礼业、西北建材第一品牌—西北大明宫建材城、中国3D行业第一品牌—富立信厚度等。
此次和众营销策划携手润广电池科技进军锂动力电池市场，同样的引起了整个行业的关注，据悉，连比亚迪、ATL、中聚电池等动力锂电池的巨头都开始关注此事！
采访中，润广电池科技董事长陈演中谈到，“选择进军动力锂电池市场，就要直面前有巨头后有追兵的企业竞争态势，但是我们会选择一条完全与异于他人的道路，对细分市场进行全新的切入。这也是我们为什么要选择携手和众营销策划来共同完成这样一件对于润广来讲极有历史意义的事情。和众将为润广切入动力锂电池市场提供全程的市场调研、营销规划、产品上市及品牌推广、营销咨询的服务，毕竟我们一直专注的是技术的研发创新领域，而和众作为一家专业的营销策划机构，曾成功的服务过众多的知名品牌，对于此次战略携手，我们润广董事会也是考察了很久，才最终将这个重担交予他们。
谈到行业的发展现状时，陈演中充满豪情的说，“对于整个动力锂电池行业来讲，我觉得目前尚处在一个成长期，整个行业都应该联合起来，形成产业联盟，共同推广动力锂电池，取代传统的不利于环保的铅酸电池，这也是动力锂电池整个行业发展初期面临的一个阶段性课题！”
新营销策划时代，需要全新的创新营销智慧和品牌传播思维。和众营销策划与润广电池科技有限公司此次战略携手，不仅能更好的在未来助推润广电池科技跨越式发展，合力打造润广电池科技这艘动力锂电池行业的新航母，同时也将有力地促进整个动力锂电池行业的健
康可持续发展。
天能：“电池帝国”的动力之源 篇6
臧华忠：天能的起飞是从一个机遇开始。1999年，在电池领域，洋品牌占据主导地位，当时知名度还不高的天能电池通过“事件营销”打开了市场之门：恰逢第二届全国自行车里程大赛在桂林举行，组委会规定，如果电动车能跑60公里，就可以获得一等奖，70公里以上可获得特等奖，结果，统一装载天能电池的电动车甫一亮相，就技惊四座。参赛的电动车有18个跑出了70公里以上的佳绩，颁奖时主办方竟然遭遇奖牌不够发的“尴尬”。
于是，天能电池“一战成名”。当时，专家认为“电池的寿命与行驶里程鱼与熊掌不可兼得”，断言天能电池的使用寿命会低于当时的平均水平，为了更进一步、更充分地向专家、同行业人士证明天能电池不仅充一次电能跑80?90公里，寿命更能长达一年多。董事长张天任当机立断又打出了组合拳——比赛之后，所有的电池并没有按照惯例回收，而是提供给使用天能电池参赛的电动车品牌及中国电动自行车协会免费试用一年。
谁知，使用半年后，电池仍然像新电池一般动力强劲。这次，天能电池彻底打破了人们对电池的传统认知，天能电池不仅跑得远，而且寿命长。此后，订单就似雪片般从全国飞来，天能创新之路也一发不可收拾，不断刷新电池的三包标准——从最初的6个月到现在的12个月。在天能等领军企业的不断砥砺下，天能电池乃至国内电池工业发生了脱胎换骨的变化。今天，天能已经一跃成为年销售额突破300亿元的“电池帝国”。
CMMO：建立口碑之后，天能增长速度惊人，这种增长有着怎样的市场背景？
臧华忠：世纪之交，电动自行车市场开始萌芽、起步，不过，当时国家电动车政策并不明朗，不少电池厂家对于未来方向也举棋不定。对此，天能董事长张天任坚定认为，即使国家真的在城市“禁电”，电动自行车在城郊结合部和广大乡镇市场也有着巨大的需求。因此，张天任依靠企业家的远见、魄力与勇气决定——放弃公司现有其他产品业务，集中资源专做动力电池。几年后，当国外大企业发现这一巨大市场之时，以天能为代表的本土动力电池企业已经牢牢占领了国内市场。跨国公司和某些大型国企只能望“池”兴叹。
CMMO：天能在电池业务取得成功之后，恰逢电动自行车迎来井喷，当时是否考虑过开展相关多元化，进入整车制造领域？
臧华忠：在企业界和理论界，多元化和专业化讨论了几十年也未有定论。尽管专业化一度占据上风，但纵观世界500强榜单，既有多元化的拥趸，亦不乏专业化的坚守者。许多企业禁不住多元化的诱惑，陷入“一红就死”的命运。
某种意义上讲，战略不是做什么，而是不做什么。面对诱惑，壮士断臂更能体现企业家的高瞻远瞩和战略眼光。任正非高瞻远瞩，著名的《华为基本法》第一条就明确指出：为了使华为成为世界一流的设备供应商，我们将永不进入信息服务业。某种意义上说，拒绝诱惑，专注主业成就了今天的世界500强华为。
与之类似，天能创立之后也面临过关乎生死的战略抉择。2003年之后，国内电动自行车市场实现了爆发式的增长，市场容量连年翻番，新进入者众多。当时的情况是，但凡新进入者，都能赚个盆满钵满，在此背景之下，拥有产业链优势的天能也曾推出电动自行车品牌——“畅通”。
经过一段时间的运作，董事长张天任在深思熟虑之后，力排众议，果断砍掉了这一当时具有“前景”的“现金牛”——电动自行车整车业务。今天看来，张天任董事长的战略眼光令人叹服。试想，如果当年天能实施多元化。那么，一方面，有限的资源被分散，天能在电池领域将很难发展到今天的高度。另一方面，如果天能自己既做供应商又做整车制造商，那么，其他整车厂与竞争对手势必会结成联盟，制衡天能的发展。
基于以上原因，天能果断做了“减法”，专注于动力电池主业，通过不断积淀，终成行业领军品牌。
CMMO：所谓“山高人为峰”，无论企业采用何种商业模式，人都是最终决定因素，天能有着怎样的人才观？
臧华忠：董事长张天任的人才观充满人本主义特征：“天能生产两种产品。一种是新能源电池，一种是人才。董事长张天任的人才观：坚持做好顶层和制度设计，让合适的人，在合适岗位发挥最大作用。在研发方面，天能更是延揽了国内外电池领域最优秀的人才。天能建有博士后工作站和国家级企业技术中心。公司在电池领域取得的专利更是公司占领人才高地的一个缩影。
CMMO：置身B2B与B2C并存模式的动力电池行业，天能高度重视品牌且建立了较高的品牌知名度，这出于怎样的考虑？
臧华忠：加盟天能之后，我对品牌有了新的理解，品牌意味着为特定消费群体提供附加价值，并拥有独特溢价的能力，它能够彰显使用者身份、态度、个性、荣耀、尊贵、自信、成就感、满足感、归属感，并愿意与身边的人分享这种独特体验，天能品牌力正不断趋近这一目标。2013年8月，天能动力被世界公认的权威市场研究机构益普索评为“中国电动车动力电池领导品牌”。
CMMO：文化通常是区分企业优秀与否的最核心标志，请您阐释一下天能的文化内核。
臧华忠：在天能，动力文化深入人心，具有产业特色的天能“动力文化”最核心的双引擎是专注与创新。
专注：从筚路蓝缕到不断创新，天能电池创立26年来心无旁骛地专注于电池的研发与创新，产品线涵盖电动车电池、储能电池、镍氢动力电池、锂离子动力电池、电动车用电子电器等领域，并成为中国航天事业合作伙伴，“蓝色天疆”标注了天能的新“高度”。
创新：审视世界范围内那些基业长青的公司，可能体量并不是最大的，但一定是善于变革和创新者。天能公司做大了，董事长张天任却更加“战战兢兢，如履薄冰”了。他坚信：“企业没有永远的成功，只有对成功永远的追逐。”张天任是一位善于自我批判与否定的企业家，这种精神正是推动以“天行健，能无限”为座右铭的天能国际不断从青涩走向成熟，从优秀走向卓越的“源动力”。
镍氢动力电池正极材料的研究 篇7
目前用于镍氢动力电池的正极材料产品比较混乱,品种较多,多为小型电池改进材料,既有覆钴型氢氧化镍,又有组分调整型氢氧化镍,甚至有外掺型普通氢氧化镍产品,产品规格不统一、性能参差不齐。对于其中并不适合作为镍氢动力电池的正极材料产品,镍氢电池制造商也只能靠增加氢氧化镍用量来实现电池的设定容量,造成电池安全隐患和资源浪费,导致国产镍氢动力电池的功率特性和温度特性离应用要求尚有较大距离。
为了确定适用于镍氢动力电池的正极材料氢氧化镍产品,对目前国内市场上商用氢氧化镍的产品及其改进型产品等进行收集,同时依据镍氢动力电池要求开发制备两种新产品——覆钴型球形氢氧化镍和多元素复合掺杂新型氢氧化镍。目前市场上的普通及改进型氢氧化镍主要是含锌掺Co系列产品,按化学组成分成Zn3Co1、Zn3Co1.5、Zn4Co0.7、Zn4Co1.5等系列;覆钴型产品则是在普通含锌系列产品基础上,表面包覆Co(OH)2产品和再经氧化而成的包覆CoOOH产品,以覆钴量来构成系列化产品;多元素复合掺杂新型氢氧化镍是北京有色金属研究总院的独有技术产品,其主要掺杂元素为钙、镁等,简称钙镁型氢氧化镍,因掺杂量及其配比而有所区别。针对动力型镍氢电池对正极材料的特殊要求,着重考察材料的高温大电流充放电特性,以高温大电流电化学性能为主要判定指标,同时参考其它性能参数,最终确定适用于镍氢动力电池的正极材料。
1 实验
1.1 实验方法
钙镁型氢氧化镍:以NiSO4、CoSO4·7H2O、MgSO4·7H2O、ZnSO4·H2O、Ca(NO3)2·4H2O为原料,按照一定的配比配成混合溶液,此溶液与一定浓度的氢氧化钠、氨水按照一定比例向反应釜中同时进料,反应釜温度控制在(50±2)℃,pH值在12～13之间。将生成料液用去离子水洗涤至pH值至中性,过滤,在80℃干燥得成品。
覆钴型氢氧化镍:通过化学共沉淀方法制备球形氢氧化镍,将其放置在反应釜中,连续加入其它反应溶液(硫酸钴、氢氧化钠、氨水)。控制硫酸钴的浓度和反应时间,在氢氧化镍表面沉积不同含量的Co(OH)2。
1.2 电性能测试
1.2.1 极片的制作
称取0.2g氢氧化镍+0.8g镍粉,混合研磨均匀后,在专用模具中以7MPa压力下压成Φ13mm的正极片,极片采用尺寸50mm×25mm、孔隙率大于95%的泡沫镍包裹,在7mol/L的KOH溶液中活化10h待测。
1.2.2 充放电实验
采用三电极体系,Hg/HgO作为参比电极,在武汉金诺电子有限公司LAND CT2001A电池测试系统上进行电化学性能测试。
1.2.3 结构表征
采用荷兰PANalytical公司的X射线衍射仪(X’ Pert PRO MPD)进行XRD测试,测试条件为Cu Kα辐射、石墨单色器、40kV管压、40mA管流。
2 结果与讨论
2.1 不同类型产品高温大电流性能的测试
动力型镍氢电池与普通镍氢电池的显著差异在于高温大电流特性。镍氢动力电池要求正极材料氢氧化镍具有高容量和优良的功率特性及高温性能。选取普通型、覆钴型及钙镁型3类氢氧化镍样品中具有代表性的产品,充分考虑车载电池和电动工具的实际使用工况,进行65℃、1C及65℃、10C高温大电流的电化学充放电性能测试,其放电曲线见图1,依据放电曲线统计的比容量归纳于表1。
温度[7,8]及充放电倍率[9]是影响氢氧化镍性能的重要因素。由图1放电曲线平台特性和表1统计数据可知,就高温大电流电化学性能而言,3种类型产品性能的优良次序为钙镁型Ni(OH)2>覆钴型Ni(OH)2 >普通型Ni(OH)2,根据该分析结果,普通型氢氧化镍的性能已不能达到镍氢动力电池对正极材料的要求,因而,适用于镍氢动力电池正极材料的氢氧化镍产品种类初步定为覆钴型氢氧化镍及钙镁型氢氧化镍。
2.2 覆钴型氢氧化镍的覆钴量确定
覆钴量对覆钴型氢氧化镍的性能有很大影响,影响到导电网络的形成与剥脱。为了确定覆钴型氢氧化镍的最优覆钴量,以Zn4Co1.5型氢氧化镍为核心粒子,制备不同覆钴量的系列氢氧化镍,并进行常温25℃及高温65℃的电化学性能检测,测试结果如图2-图4所示。
综合分析实验结果,可得出以下结论:
(1)覆Co氢氧化镍放电性能总体上优于未包覆Co氢氧化镍,循环稳定性也较高,显示出优良的高温大电流充放电性能。这是因为包覆Co能形成导电网络以提供足够的电子传输通道,使得活性物质的利用率提高[10,11,12,13,14,15,16]。
(2)覆Co量应控制在合理的范围内,才能有效改善氢氧化镍电极的循环可逆性,提高放电比容量。因为覆Co量达到一定量后导电网络的电子传输能力趋于饱和,加之频繁的大电流充放,使得电极内部热量累积,导致发生析氧反应,活性物质的利用率反而降低,放电容量下降。
(3)包覆2%～3.6% Co的氢氧化镍产品充放电性能最好,3C充放电时氢氧化镍活性物质利用率分别比未包覆前高出38%左右。
(4)强调包覆Co氢氧化镍的高温性能时最佳包覆Co量确定为3.5%左右。
2.3 钙镁型氢氧化镍掺杂量的确定
有研究[17]发现第二主族元素Ca、Mg等可以抑制γ-NiOOH的形成,从而减少电极膨胀。北京有色金属研究总院采用专利技术“管道式合成”新方法,利用钙、镁掺杂,改变掺杂量并调整掺杂元素的配比,制备出5种钙镁型新型氢氧化镍产品。5种产品的化学组成见表2, XRD结果见图5,电化学性能特别是高温大电流性能测试结果如图6-图8所示。
钙镁型氢氧化镍采用多元素协同掺杂,由于钙、镁与镍元素的性质差异明显,钙镁掺杂量及其配比影响到是否原子替代还是形成混晶,直接决定着其常温特别是高温大电流充放电性能。
综合分析上述实验测试的结果可知:
(1)在试验设定的掺杂量及其配比范围内,Ca、Mg等发生原子替代,替代了部分Ni直接占据了Ni阵点位置而进入氢氧化镍的晶格中,钙镁型多元素协同掺杂的新型氢氧化镍正极材料仍然保持β型结构。
(2)常温电化学性能:25℃时,1C充放电倍率下,产品B的放电容量最高,达到300.1mAh/g,而其它4种产品的放电容量也在290～293mAh/g之间。3C充放电倍率下也是产品B的放电容量最好,为241.2mAh/g。
(3)高温电化学性能:65℃时,产品B、C、D在1C充放电倍率下放电容量分别为286.3mAh/g、283.4mAh/g、292.4mAh/g,最高充电效率达到85%以上;2C时放电容量分别为296mAh/g、294mAh/g 和287.6mAh/g;3C时放电容量仍保持稳定,分别为291.8mAh/g、286.6mAh/g 和283.4mAh/g。而A和E的放电性能相对较差,产品B、C、D的高温大电流充放电性能最好。
(4)产品B与C还显示出优异的循环性能,经过30次充放电循环,其2C和3C放电容量仍然在280mAh/g以上,充放电效率保持在85%以上。
(5)B、C、D 3种规格钙镁型氢氧化镍新产品都可用作动力型镍氢电池的正极材料。
制备出的Ca2Mg0.5、Ca1.5Mg0.2、Ca1Mg0.3等3种成分钙镁型氢氧化镍是直接针对混合动力电动汽车、特别是纯电动汽车在60℃以上工作环境中镍氢动力电池的能量和功率不能满足其要求而开发的,也可应用于其它动力型镍氢电池。钙镁型氢氧化镍具有优异的高温大电流充放电性能,65℃时电池的充电效率可以达到85%以上,3C倍率放电容量超过280mAh/g。
3 结论
研究了适用于动力型镍氢电池正极材料的氢氧化镍产品种类,制备并收集目前商用于镍氢动力电池的正极材料,汇总为3大类,即普通型氢氧化镍、覆钴型氢氧化镍、钙镁型氢氧化镍。经高温大电流电性能测试可知,适用于镍氢动力电池的氢氧化镍正极材料为覆钴型及钙镁掺杂型。进一步对覆钴量及钙镁掺杂量进行研究,得出主要用于镍氢动力电池的氢氧化镍产品组成为:覆钴型其覆钴量为Co3.5%;钙镁型为Ca2Mg0.5、Ca1.5Mg0.2、Ca1Mg0.3等3种组分。
摘要：为了研究镍氢动力电池正极材料氢氧化镍,收集目前常用的镍氢动力电池用正极材料——普通型及覆钴型氢氧化镍,制备独有技术产品钙镁掺杂型氢氧化镍。通过对该3大类产品进行高温大电流性能的测试表明,适用于镍氢动力电池的氢氧化镍正极材料为覆钴型及钙镁掺杂型氢氧化镍。再考察不同覆钴量的覆钴型氢氧化镍及不同配比的钙镁型氢氧化镍,对覆钴量及钙镁掺杂量进行研究,得出主要用于镍氢动力电池的氢氧化镍产品为覆钴量为Co3.5%的覆钴型氢氧化镍及Ca2Mg0.5、Ca1.5Mg0.2、Ca1Mg0.3等3种成分的钙镁型氢氧化镍。
动力锂离子电池正极材料研究 篇8
1 动力锂离子电池的安全性
对于动力锂离子电池, 要想有效地解决其安全性问题, 主要从以下方面入手:合理设计电池的热效应, 有效防止在不合理使用情况下的热失控, 以及寻找安全的电解液以及正极材料。
伴随大容量动力锂离子电池的应用, 短路以及过程等安全性问题日渐突出, 这是动力锂离子电池实现大规模、多领域应用所必须克服的一大难点。动力锂离子电池的安全问题包括自爆、电火、漏液等, 这些安全性问题, 极大的阻碍了其实用化进展[1]。
伴随新型动力锂离子电池材料的不断发展, 在安全性能方面, 取得了新的进展。所以如何开发和制备新型的动力锂离子电池材料对于提高动力锂离子电池的安全性能具有十分重要的意义。
2 动力锂离子电池正极材料
常用的动力锂离子电池的正极材料有Li NiO2、LiCoO2以及Ni-CO-Mn三元素锂氧等, 这些材料虽然说具有容量密度高的优点, 但它们的安全性都普遍较差, 隐藏着很大的安全隐患。目前我国对新型正极材料的研究取得了很大的进展, 主要包括以下几种。
2.1 磷酸亚铁锂
磷酸亚铁锂的理论容量是170 mAh/g, 充放电的电压为3.5伏特。它同传统的锂电池正极材料比起来, 来源更为广泛, 价格更加低廉, 对于环境也更加有好。以磷酸亚铁锂作为正极材料, 可是电池具有高热稳定性、高安全性以及优良的循环性。因此磷酸亚铁锂可作为一种极为安全的动力锂离子电池材料。
2.1.1 磷酸亚铁锂的合成方法
磷酸亚铁锂的合成方法有很多, 下面通过表格的形式列出, 并分别指出其优缺点。详细内容见表1。
2.1.2 磷酸亚铁锂的改性研究
磷酸亚铁锂虽然说安全性能很高, 但也存在着一些致命的缺陷, 比如说电子导电率低, 离子扩散慢, 体积能量密度较小。这些都影响了磷酸亚铁锂的实用性, 因此需进行改性。学者们对此进行了多方面的研究, 并且取得了较大的进展。
(1) 添加导电材料
为提高磷酸亚铁锂的导电性能, 可以添加导电材料。可通过用金属或者碳包覆的方法。在磷酸亚铁锂中包覆或分散碳, 不仅可以增强粒子间的导电性能, 降低电池极化, 并且可提供给磷酸亚铁锂电子隧道, 从而补偿电荷平衡, 因此这成为了学者们首选的改性方法[2]。
Kim通过机械激活法, 在氮气的保护下, 六百度烧结十小时后合成包覆的磷酸亚铁锂。Croce等利用百分之一的铜银包覆了磷酸亚铁锂, 通过能量散射X射线谱分析, 得知金属通过超微米的方式分散在磷酸亚铁锂的周围。在磷酸亚铁锂中所分散的金属提供了导电桥, 从而增加了粒子和粒子间的导电性能, 提高磷酸亚铁锂的容量。
(2) 掺杂金属元素
碳与金属粒子包覆的方法, 虽然有效的改变了粒子间的导电性, 然而却对磷酸亚铁锂的颗粒内部导电性没什么影响, 当磷酸亚铁锂的颗粒尺寸较大时, 很难得到大电流高容量的产物。而金属掺杂得手段可使晶格在一定程度上产生缺陷, 因此可对材料的导电性能产生调节作用。
(3) 制备球形磷酸亚铁锂
要想实现锂离子电池的高能量比, 要求电池材料的具有较高的密度以及比容量, 而密度同颗粒形貌以及粒径等均有关系。若形状不规则, 则会有严重的粒子架桥现象。而用规则球形粒子来进行填充, 由于粒子间接触面比较小, 可有效避免架桥现象。所以, 制造球形的磷酸亚铁锂正极材料是增大堆积密度和比容量的有效方法[3]。
2.2 磷酸矾锂 (Li3V2 (PO4) 3)
磷酸矾锂电池具有很高的热稳定性、安全性和优良的放电平台。磷酸矾锂化合物晶型是单斜结构, 因此, Li+的扩散能力很高, 放电电压要比4.6V高, 在掺杂碳后能量密度高达2330m Wh/cm3。磷酸矾锂是一种很好的锂电池正极材料, 在电动车等行业拥有广泛的应用前景。
具有单斜结构的Li3V2 (PO4) 3的合成方法主要包括;碳热还原法、高温条件下固相合成法以及熔胶-凝胶等方法。Li3V2 (PO4) 3在不同放电区间的性能情况 (放电倍率为0.2) 见图1。结果表明, 磷酸矾锂电池在4.8V, 4.5V以及4.3V的截止电压下均能保持很好的电容量[4]。
掺杂碳的磷酸矾锂电池与掺杂碳的LiCoO2的锂电池在0℃和25℃条件下的放电曲线见图2。由图可见, 0℃时, 掺杂碳的磷酸矾锂电池拥有更高的放电电压以及更高是能量密度, 且比掺杂碳的LiCoO2的锂电池高20%左右。在25℃的条件下, 两者具有几乎等同的放电电压, 但是掺杂碳的磷酸矾锂电池的能量密度更高。
采用示差扫描量热分析实验对锂电池正极材料的热稳定性以及安全性进行测试及评价。具体方法是:将锂电池正极材料进行充电, 取出充电状态的材料, 对此材料做DSC实验。磷酸矾锂的DSC实验结果表明:当测试温度高于220℃时, 磷酸矾锂的DSC曲线呈现出两个分开的峰, 其放热量是248J。而相应状态下的LiCoO2的放热量为570J, LiMn2O4的放热量为340J。由此可见, 磷酸矾锂具有很高的热稳定性。
2.3 LiMn2O4
LiMn2O4化合物具有尖晶石结构, 其骨架是一个与四面体及八面体共面的三维网络。在LiMn2O4活性物质中, 锂离子的扩散系数极小, 数量级仅为10-9。电子的导电率也很低, 仅为10-6S/cm左右。
LiMn2O4化合物材料的优点是原材料资源极为丰富, 成本很低, 一般来说, Mn的价格仅为Co价格的2%—5%。LiMn2O4化合物材料环保安全无污染。但是, LiMn2O4化合物材料在充放电过程中存在很强的Jahn-Teller效应。当温度较高时, LiMn2O4的晶形结构会发生改变, 导致猛离子在电解质中溶解, 电极的活性物质丧失。这些都严重阻止了LiMn2O4化合物材料在锂电池领域的开发与应用[5]。
表2列举了主要锂电池的正极材料的性能一览表。由以上数据可以看出, LiVPO4在锂电池材料的应用领域具有很强的竞争力。极有可能成为新一代的锂电池正极材料的活性物质。
总之, 我国在动力锂离子电池的研发方面取得较大的成就, 是可喜的。然而为了进一步推动动力锂离子电池的更广泛使用, 并进一步提高其安全性, 更加方便人们的生活, 保障人们的人身安全, 还需进一步加大力度研究, 从而开发出更高效、更安全的动力锂离子电池正极材料。
参考文献
[1]蒋勇.锂离子电池正极材料LiFePO<4>的固相法合成及其性能研究[J].上海大学学报, 2008, 25 (6) :21-22
[2]王先友.新一代锂离子正极材料-金属氟化物的制备及其性能研究[J].有色矿冶, 2008, (6) .25
[3]谭龙.锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的合成与改性[J].湿法冶金, 2003, (6) :36
[4]刘祥哲.锂离子电池层状复合正极材料的制备与改性[J].济南大学学报, 2012, (3) .13
动力电池 篇9
电动汽车对环境友好,能量利用率高,在如今环境污染严重、石油资源有限的情况下,成为未来汽车产业的发展趋势[1]。世界各主要国家,包括美国、日本、德国、 法国等,都投入了很大的力量进行电动汽车研发。混合动力汽车是在传统驱动系统的基础上引进了电力驱动系统,与纯电动汽车相比,它有较长的行驶里程;与传统的内燃机汽车相比,它改善了燃油的经济性[2]。
目前,混合动力汽车已经全面进入产业化阶段,许多大公司推出了多款混合动力量产车型,其中丰田第三代Prius,节油效果可以达到50%以上,百公里油耗下降到4.7升。截至2014年9月底,混合动力车的全球累计销量已经突破700万辆,达到705万辆[3]。
然而,电池技术一直是电动汽车发展的瓶颈。在现有电池技术下,锂电池较铅酸电池、镍氢电池等而言具有能量密度高、工作电压高、无记忆效应、循环寿命长、 无污染、质量轻、自放电小等优点,成为动力电池的研究重点。但是,电动汽车的电压要求在100 V以上,需要数十个电池单体串联,并且为满足汽车续航所需电池容量,需要在串联基础上并联进行扩容。由于电池的生产工艺限制,锂电池单体之间存在容量、电压、内阻等的不一致,即使在同一批电池中也存在差异,并且随着使用时间和循环次数的增加,电池容量衰退和老化过程的不同还会加剧电池的不一致性。电池单体间的不一致性, 会导致电池组整体性能下降,缩减电池组寿命。
串联电池组性能取决于电池组性能最差的那个电池单体,并且在充放电过程中,由于电池单体间的容量不一致可能造成个别单体电池的过充或过放。
在并联电池组中,电池单体不一致性会出现电流不均衡,并联支路电流同时受到本条支路参数和其他支路参数影响[4]。
由此可见,电池组的串并联方式,不仅影响宏观上的电量和电压,在微观上也会影响单体的寿命。通过研究合理的锂电池成组方式,辅以具有均衡模块的电池管理系统(Battery Management System,BMS),可以有效提高电动汽车电池组寿命,优化电池性能。
1传统电池组成组方式
1.1先串联后并联成组方式
电动汽车用动力电池组要求提供高电压,这就意味着需要大量电池单体串联,如三菱汽车“i-Mi EV”的电池组由88个电池单元串联配置。传统大型动力电池组成组方式是先串联几十或上百个单体成为一个模块以达到预期电压要求,然后并联3~4个模块,达到电池组的容量要求,其连接方式如图1所示。
这种电池组成组方式容易实现,方便管理,但存在可靠性不高的缺点,容易发生危险。一旦某节单体电池出现故障,整个电池组性能会急剧下降变得不可使用, 如果汽车在行驶过程中遇到此情况而未经恰当处理,很可能会出现爆炸等安全事故。
1.2先并联后串联成组方式
先并联后串联成组方式如图2所示。
这种成组方式可靠性大大提高,因而有比较多的应用,比如北京奥运会纯电动大巴采用104个模块串联, 每个模块由4个单体电池并联的成组方式;松下公司2009年的“CEATEC JAPAN”上公开的电池模块串联配置了7个由20个电池单元并联而成的子模块[5];在Tes-la Roadster的电池组中每69节并联为1组(brick),再将9组串联为1层(sheet),最后串联堆叠11层构成[6]。
该成组方式可以在单体电池故障的情况下继续行驶,但一旦出现故障对剩余电池的性能有较大影响,需要及时维修和更换。但现有电池组一般固化为车身一部分,与车体无法分离,难以拆卸。
2一种双锂电池组供电方式
2.1双锂电池组工作原理
提出一种双锂电池组供电方式,结构如图3所示。 电池组分A,B两组,根据混合动力汽车对电压的需求, 将一定的电池单体串联后封装成电池组A和B。电池组通过单刀双掷开关SPDT2、电压检测器与电动机相连。供电时,单片机控制SPDT2与电池组A连通,则A组供电,B组挂起。同时,电压检测器将输入电压U与最低参考电压U0相比:若高于U0,则输出电压等于输入电压;若低于U0,则反馈信号触发SPDT2切换到电池组B,此时B组供电,A组挂起,并依此方式循环自动切换供电电池组[7]。单片机通过控制单刀双掷开关SPDT1使充电机对非供电电池组进行充电,只有当两个电池组都低于U0时,充电机才对供电电池组进行充电。单片机控制SPDT3分时采集电池组A,B的电压,检测电池状态。
这种设计舍弃并联扩容的方式,采用双锂电池组供电方式达到预计电池组容量。不仅可以减少因为不一致性产生的不平衡电流,而且串联方式更方便电池管理。更重要的是,由于混合动力汽车的特殊性,在行驶过程中可以给电池组充电,使得双锂电池组同时充电和放电的设计可以进一步节省燃油,提高能量利用率。
2.2一种高可靠性的双锂电池组供电方式
在前文提出的双锂电池组供电的基础上,提出了一种改进方法,通过增加部分冗余电池来提高电池组的可靠性。如图4所示,与前文不同的是,该设计中电池组A, B内部不再是单纯的串联,而是首先以n个电池单体串联且封装成最小替换单元,再将m个最小替换单元串联成电池组,满足混合动力汽车的电压需求,同时冗余1个最小替换单元。在突发故障后可替换故障单元继续工作,并且维修时只需将故障单元卸下替换即可。
根据一定的算法在每一次供电、充电切换时,从2m+1个最小替换单元中选出m个串联成电池组A(供电组);再选出m个串联成电池组B(充电组),进行一次供电、充电,并保证所有电池单体使用频次相同,冗余的最小替换单元内的电池也参与供电,降低因老化程度不同而导致的不一致性加剧。
下面通过例子进行具体说明。设定电池组供电电压为355 V左右,电池单体电压3.7 V,单体个数在200个以上,电池组结构如图5所示。以48个电池单体串联组成一个最小替换单元,2个最小替换单元串联成一个电池组,供电电压为355.2 V。同时冗余1个最小替换单元,即共有5个最小替换单元,240个电池单体。
将最小替换单元编成1~5号,正常供电时,按照表1调度使用。不难发现,4次切换后所有电池单体的使用频次已经相同。
当出现故障单体时,立即切换两组电池组状态,并且屏蔽故障单体所在的最小替换单元,用剩余4个单元继续供电。虽然电池组总体容量下降,但不影响汽车正常行驶,也不损害剩余电池性能,这点优于先并联后串联成组方式的电池组,使得电池组寿命及可靠性大大提高。此外,通过合理管理,可以进一步提高电池组的可靠性。首先,在供电电压相同的情况下,根据电池组内最小替换单元数不同,可分为以下工作模式,其中模式1上文已具体说明,其他模式以此类推,如表2所示。
若进一步提高可靠性,可通过模式转换的方式排除故障。比如,在模式1的情况下,出现了故障单元,可立即重新编组,转换为模式2。由于模式2比模式1少了16个电池单体,可通过检测将故障范围缩小到16个单体之内,将这16个单体屏蔽,剩余224个单体以模式2继续工作。
此时仍可提供有冗余的可靠供电。理论上来说,模式1具有5重可靠性保障,也就是可以逐次从模式1转换到模式5,再加上最后模式5的冗余保障。但出于电路复杂情况的考虑,不可能实现这么多模式的转换。但如果只实现一次模式转换,则只需在特定的电池单体节点处设置特殊开关,在必要情况下进行模式转换。该方法可保证在电池出现故障后短期内不进行电池维护。
3结语
国内锂离子动力电池关键工艺装备 篇10
从十年前SONY将小功率的液态电解液锂离子电池推向市场到已占据电源市场重要市场份额的今天, 锂离子动力电池作为全新的储能电源类型, 以其体积小、储存能量多、使用期长且工作温度区间以及绿色环保等优势成为各类电子装备、电动用具的重要组件。随着该技术水平的不断提升级, 再加上大范围的能源紧缺与国际环保的双重压力, 大容量动力蓄电池逐渐形成动力电源的主体, 其应用范围越来越广, 在日渐成为动力电源市场首选的同时, 动力电源市场上对其生产工艺的安全性要求也越来越高。
相对于其它国家, 中国国内对于该类电池的研究起步晚了很多, 不过从新千年伊始, 中国就加大了对于电动交通工具以及锂离子动力电池技术的投资力度和研发力度, 生产的电池与国际水平基本相当, 甚至某些方面有一定优势, 对外贸易量也明显上升。目前, 锂离子动力电池产业化的发展处在起步阶段, 其应用领域涵盖非常广泛, 自行车以手工机具电动市场的锂离子电池产业化基础与其它混合动力车、电动汽车、太阳能LED路灯储能设备等市场相比较为牢固。另外, 该动力电池也正因其安全性高而作为二次电源逐渐应用于海陆空等军事武器以及航空航天领域。总的来说, 锂离子动力电池是动力电池行业内的研发热点, 也是未来最具潜力的动力电源类型, 可以预见它在民用、军用设备方面必然会获得双重的发展空间。但以目前发展情况来看, 其我国国内的生产工艺装备生产水平还有待提高, 产业发展还未达到完全的自给自足, 某些关键工艺先进装备特别是以挤压涂布机为代表的极板制造设备等等, 仍在一定程度上制约着国内动力锂电池产业的进一步扩大发展, 锂离子动力电池的安全性及其制造过程中的质量控制都还需进一步提升。所以, 增强与锂离子动力电池相关的工艺装备及技术的研发制造, 是推进国内动力电池可持续产业化发展的一个关键步骤。
1 锂离子动力电池的主要工艺和装备
1.1生产锂离子动力电池的主要工艺
锂离子动力电池生产工艺主要有极片制作、电芯制作、电池组装, 制造示意图如下:
其中, 第一项极片制作是制造锂离子动力电池的基础工艺, 所以对于此环节所用设备的精度、智能化水平、生产性能的可靠性等要求非常高, 该环节以卷绕或叠片、装壳、极耳成型及外壳焊接、注电解液等工序, 对于每一步的精度、效率以及一致性标准都相当严格。
此外, 电池组装环节分为电池化成、电池分选、电池组装几个工序, 锂离子动力电池的组装既关系到对于电池组的构成单元——单体电池的分类、测试以及组合, 还关系到组装完毕后动力电池组的性能可靠性评测。
最后, 电芯作为锂离子动力电池的单元, 其生产以卷绕或者叠片工艺为主。这两种工艺当中又以卷绕式工艺的应用更加普遍, 主要原因是卷红式工艺的生产效率相对较高, 而且产品的一致性相对较强;与之相比, 叠片式生产工艺更为复杂, 不过这种工艺所生产出来的动力电池设计方式相对灵活, 更利于电池散热, 而且这种工艺生产出的叠层式电池能够实现动力电池内部电阻的最小化, 使动力电池放电时的电压降幅有效缩小。这两种工艺各有所长, 有着不同的优势可供选择。
总的来说, 不管是哪一种生产技术, 在对锂离子动力电池产品一致性与安全性方面的标准都是相同的, 那么, 怎样有效提高所用工艺相关装备的性能, 实现其智能化、自动化就成为了当前锂离子动力电池生产装备的使用与研发上所面临重要现状。
1.2国内生产锂离子动力电池的工艺装备现状及其与国际水平的对比情况
锂电子动力电池的关键装备有三类, 一种用于制造电极材料, 如涂布机、隔膜及极片分切、成型机等等, 这些智能化高精密度装备的应用, 能够极大提升电极材料的物化性能以及外表质量, 有利于实现电池能量存储性能和电池使用期限方面的突破;一种用于制造电池单元, 中型、大型尺寸的卷绕机、叠片机、焊接机、注液机等, 这些装备的自动化水平的提高有利于帮助锂离子动力电池产业突破发展瓶颈;一种用于动力电池的组装和测试, 由于锂离子动力电池不同单元间的参数多少会存有一定的差别, 所以, 为了保证产品的一致性, 配置智能化测试装备显得非常重要。
近年来, 虽然国内锂离子动力电池生产装备的水平正面临市场容量快速扩大的压力, 但是伴随国内锂离子动力电池生产技术的不断提高, 其生产装备也得以快速改进, 我国涌现了一批诸如深圳市鼎盛浩威科技开发有限公司、西安泰格尔机电设备制造有限公司、太原风华信息装备股份有限公司等配套生产能力很强的锂离子电池生产设备制造生产企业, 他们在积极寻求与国外企业战略合作的同时不断加大自主研发力度, 现已具备并且研发制造了一系列成套的挤压涂布机、辊压机、自动卷绕机、叠片机等锂离子动力电池生产装备, 虽然如此, 但总的来看, 国内锂离子动力电池的生产装备水平在国际上还处于相对落后的情况。
由以上对比可知, 国内锂离子动力电池生产装备可以从以下方面寻求突破:
1) 在进行设备的设计与制造阶段将制造动力电池的技术参数加入其中, 让生产出来的设备更独特, 更专业, 更有针对性;
2) 因为锂离子动力电池的使用方式以成组使用为主, 所以对于电池性能一致性的要求非常高, 在相关生产装备的研发与设计中必须以产品的稳定性为最高标准, 最大限度地提高电池极片产品的精度与稳定性;
3) 应用领域对于安全性的高要求, 决定了电池生产设备在安全防爆性能和三废排放的设计方面应有更高的要求, 同时为了方便维修, 设备设计须柔性化性更高。
2 涂布技术及设备
在锂离子动力电池的生产工艺——极片制作之全部工序当中, 极片的浆料涂布工艺及装备是极为关键的部分。
首先, 由于极片浆料的粘度远远高于普通的涂布液, 而且该工艺浆料的标准量也非常大, 根本无法以常规的方法实现均匀涂布, 因此以该浆料的流动机理为依据, 综合其流变特征以及涂布要求, 通过多种方案进行试验, 证实挤压涂布技术相对适合。挤压涂布技术是一种相对比较先进的工艺, 适用于粘度较高的流体涂布, 而且形成的涂层的精度也相对比较高。
那么怎么利用条缝挤压涂布以便获得相对均匀涂层呢?必须保证挤压涂布机挤压嘴的设计参数和操作参数均在相对适合的范围, 即保证其在“涂布窗口”的临界区间之内, 才可以正常使用。由于挤压嘴的设计参数会直接影响到涂布的精度的高低, 所以在设计时要提前搜集好与涂布浆料流变特性有关的所有数据信息, 另外, 如果挤压嘴按照提供相关数据设计加工完成之后, 涂布浆料的流变性质又发生了变化, 那也极有可能影响到极片涂布的精度。这种工艺的相关装备相对复杂, 其操作运行的技术性要求比较高。
其次, 涂布全过程中包括涂布、干燥、自动纠偏等多个环节, 极点之间依靠多个传动点进行拖动, 在涂布机的传动设计中可以采用直流电机自动化调速控制工艺, 保证涂布点片路速度的稳定性, 进而确保涂布纵向的均匀程度, 在涂布机的关键部位设置自动纠偏装备, 保证涂布时浆料能够均匀分布到极片之上, 并确保留有均匀片边, 以便在涂布工艺结束时可以获得边缘整齐的中间产品, 为接下来的工艺流程创造优良的条件。
设备将涂布金属箔从放卷装备放出, 置入涂布机, 待金属箔的首尾在接片台处接为一个连续带之后, 拉片装置再将连续带供于张力调整与自动纠偏装备中, 通过对片路张力及位置的调整, 再正式到达涂布装置;在涂布装置中, 相关设备按照涂布预定量以及空白区间用极片浆料实施涂布, 设备在双面涂布的时候能够实现对正面涂布与空白长度的智能化跟踪。涂布工序结束后, 把湿基片传入干燥装置开始干燥, 具体温度按涂布的快慢与厚度设定。这一流程完成后, 通过张力调整、自动纠偏两个工序之后实施极片收卷, 为接下来的工艺作准备。
最后, 涂布设备系统的安装调试。
涂布设备系统主要包括挤压式涂布机, 电气控制系统, 干燥通风系统等等, 在安装完毕之后, 再进行设备的试运行, 机电联合试运行以及全系统联动试运行, 在均达到设计及应用指标的情况下, 进行锂离子电池涂布工艺的开展。
锂离子电池挤压涂布机在技术性能上可能充分满足锂离子动力电池的生产要求, 该装备的运用对于国内锂离子动力电池的研发与产业化经营有着十分重要的意义。
3 结论
随着国内国际范围内能源以及环境形势的日益严重, 锂离子动力电池的进一步发展势在必行。但作为一个系统性的能源开发工程, 其用于关键工艺及装备设计虽然取得了一定的成果, 但由于国内锂离子动力电池的市场需求量在不断的增加, 对国内相关的生产厂家的技术与扩产计划提出了更高层次的要求, 也就是说相关的设备制造商需要在产品的先进性、精密度、智能化水平上获得更大程度的突破, 冲出制约国内锂电动力电池行业扩展的瓶颈, 同时再配合以科学的管理机制, 在相关正府部门的大力支持下, 实现锂离子动力电池工艺装备水平的快速提升。
参考文献
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[3]王成海.辊子包覆层的选择决定着薄膜施胶压榨过程[J].造纸化学品, 2007, 19 (4) :37-39.
[4]钱良国, 郝永超, 肖亚玲.锂离子等新型动力蓄电池成组应用技术和设备研究最新进展[J].机械工程学报, 2009, 45 (2) :2-11.
[5]QIAN Liangguo.One battery management system used topack of electric vehicle:CHINA, ZL02l58686.1[P], 2007-03-21.
动力电池驱动新能源汽车 篇11
动力电池产业是新能源汽车实现低碳应用的核心环节,而发展新能源产业已上升为国家战略。
业内人士认为,2010年将成为中国新能源汽车元年,而以动力电池为主的新能源产品将率先爆发性增长。
新能源动力电池项目是国家中长期科技发展规划纲要重点支持的专项,已然纳入中国“十二五”期间重点布局的战略新兴产业。
而北京市政府提出到2012年实现本市新能源汽车达到5000辆的示范规模的目标,则为中关村动力电池企业提供难得的发展机遇。
此前,中关村已在动力电池相关技术研发与产业化等方面拥有较好的基础,并且在奥运会历史上首次成功实现了大规模示范应用,受到了世界瞩目,在国内外同行业中具有领先优势。
但打通完善的产学研产业链、突破关键技术还尚需时日,这也是日前旨在“打造北京新能源汽车产业‘驱动之家’”的北京动力电池联盟成立的原因。
动力电池:产业链待突破
近日我国政府宣布,将节能与新能源汽车示范运营试点城市由原来的13个扩大到20个,这是我国进一步推进新能源汽车产业发展又一重大举措。
在新能源汽车产业发展中,整车企业离不开零部件,零部件离不开整车。电池、电机、电控等关键技术应用和突破是关系到新能源汽车产业化和未来健康发展关键。在过去的100多年中,新能源汽车技术停滞不前和未能普及的主要原因就是电池技术不成熟、成本太高。
“当然,目前动力电池产业尚处于早期发展阶段,涉及产业链比较长,包括关键材料、动力电池、关键设备、系统集成、示范应用等诸多环节,还存在着研发力量分散、产业化规模较小、商业化模式不成熟、行业技术和产品标准缺乏等问题。”北京动力电池联盟理事长、中信国安盟固利新能源科技公司总经理王雅和在3月31日清华科技园举办的“中关村动力电池和电动汽车主题研讨暨北京市动力电池产业联盟成立大会”上表示。
“电池比容量大小、循环寿命等电化学性能指标直接决定了新能源汽车的性能,同时其成本的高低也决定了新能源汽车的整体价格和市场竞争力。电池及其管理系统的成本一般占整车成本的40%。”北京新能源汽车产业联盟秘书长、北汽福田汽车股份有限公司党委副书记赵景光强调。
“要开发出适用于车用环境、性能优良的车用动力电池,就需要了解更多与新能源汽车有关的专业技能。”赵景光犀利地表示,目前国内从事车用动力电池研发的企业基本上没有汽车零部件生产的背景和经验,同时由于国家标准的缺失,这些企业对车用动力电池的产品理念、开发流程、生产工艺设计乃至成本计算的方法均与汽车行业不一致,甚至差距很大。
对此,王雅和给予了解答,联盟职责第一位就是通过联盟整合材料、电池、设备、系统集成、示范应用等产业链上下游资源,合力支撑北京新能源汽车的示范应用和产业发展。
创新先行:解关键技术
在中国汽车业迅猛发展的势头下,如何使得我国在动力电池新能源领域占据技术和市场先机,显然离不开自主创新和技术研发。
专家表示,动力电池成组技术及管理系统是当前急需解决的最关键技术问题,目前扎根中关村的中航长利、中信国安盟固利、当升材料、北大先行等以车用动力电池生产为核心的高新技术产业群正在兴起。这些动力电池“明星企业”的崛起,除企业的自身努力外,还在于依托中关村深厚的自主创新基础和前瞻技术的产业导向。
如北大先行以北京大学雄厚科研力量优势为依托,在锂离子电池材料方面在国内处于领先地位,成功地创新研制出具有国际先进水平的正负极材料磷酸铁锂电池。据了解,磷酸铁是业界公认的新一代动力或储能锂离子电池首选正极材料之一,由于其性能优良,受到各方面的重视。由于我国生产时间不长,规模还不大,造成供不应求的情况。且由于对设备精度要求高、工艺复杂,其产业发展一直受制于少数几家美国公司。
不过,在北大先行总经理隋忠海眼里,这种情况在近几年内得到改变,磷酸铁锂动力电池将更便宜,并且其应用将更普遍。
隋忠海在接受记者电话采访时说,北大先行与北京大学合作,从2001年开始磷酸铁锂方面的研究,并获得了国家863计划和北京市科委的支持。经过多年的努力,终于在2009年解决了磷酸铁锂材料改性和规模生产方面的难题,自主设计建成了年产500吨的磷酸铁锂生产线,在国内率先实现磷酸铁锂的规模化生产。
另一位“电池大户”则是锌空气电池,它的发明已经有上百年的历史。中国是锌储量大国,开采及应用成本很低,有着比能量大、容量大、能量高、安全可靠等优点。北京中航长力整合了原北京长力联合在锌空气电池研究领域的资源优势,与清华大学成立了国内第一家专业研究锌空气电池研究中心,在技术创新上拔得头筹。
“今年北京街头将可以看到锌空气电池驱动的汽车。”总经理周跃民告诉记者,锌空气电池作为新能源有着极大的优势,在价格上比锂电池便宜一半,单位储能却高出一倍,同时由于采用新型催化剂配方,使得空气电极的成本大大降低。
据了解,在长达8年的锌空气金属悠料电池的研发利用中,中航长力已摸索出这种电池在新能源汽车上应用的经验,拟在八达岭新能源产业基地购地150亩,打造一条年供2000辆新能源汽车用的电池生产线,以及世界上第一条利用锌空气金属燃料电池作为储能的还原站,调节因风能发电、太阳能发电并网给国家电网造成的不稳定。
产业联盟:支撑新能源汽车发展
全国清洁汽车行动协调领导小组办公室专家组组长王秉刚表示,目前国内纯电动车的自主创新研发进展顺利,与国际先进水平已经非常接近。“未来一种重量更轻、价格更便宜、技术更先进的电池将会诞生,取代目前蓄电池储能装置驱动和氢气燃料驱动,成为新能源汽车的主流。”
赵景光强调,另外,电池的安全性是首要指标。研发出安全性能高、容量大、循环寿命长、成本低的动力电池将是新能源汽车技术发展的关键因素。换句话说,没有电池技术的根本性突破,就没有新能源汽车的产业化和商品化。
“在动力电池技术方面,我们还有很多功课要做。”新能源汽车的“超级发烧友”北京美髯公科技董事长朱荣辉接受记者电话采访时认为,电动汽车维修必须面对高电压问题,需要去专门的维修店修理,非常不便。他继而表示,动力电池在充电过程中的高压电火花十分危险,这给电动汽车的普及带来难点。另外,一些技术难题还有待攻关,例如锌空气电池工作时要消耗一定的能量用于清除空气中的二氧化碳、滤清、通风,还需要限制放电电压等。
针对上述种种问题,来自北京市科委先进制造与自动化处副处长秦颖则给予了解答:“2010年,北京市科委将安排2亿元左右的资金,支持北京相关单位在新能源汽车动力电池领域进行创新攻关和产业化,以求推动突破相关关键技术。”
与此同时,“北京动力电池产业联盟”成立之初即确定了以应用为导向、以技术为核心、以产业为主线的活动宗旨。并且把目标锁定在力争使北京发展成为国内动力电池及关键材料的研发中心、标准制定中心和生产基地。
“为此,联盟理事会还聘请了国内外知名专家组成专家委员会,积极对接动力电池相关领域的国家重大专项。”王雅和表示,搭建北京动力电池基础研发平台,对接动力电池及相关领域的国家重大科技攻关项目,协助国家有关部门制定行业技术标准及实施。
动力电池 篇12
关键词：均衡控制,剩余电量,SOC估计
1 SOC定义
电池荷电状态是电池的重要参数, 是电池内剩余电荷的可用状态, 它表明剩余容量与总容量的比值, 其表达式为[1],
2 SOC影响因素分析
2.1 充放电率
不同的充放电率, 电池放出或者充入的电量是有差异的, 电池放电率增加, 电池可用容量下降;而充电率增加, 可用容量上升。
2.2 温度
电池内部化学物质的活性随温度的变化而变化, 同时, 温度降低会导致电池内阻增加;而温度过高会减少电池内部的化学物质, 从而导致丧失电池部分容量。
2.3 自放电率
电池由于其内部的化学反应而普遍存在着自放电的情况。该现象会导致电池损失部分容量, 自放电率越高, 损失的容量越严重。
2.4 老化程度
电池随充放电次数的增加, 其内部的化学物质反应也越来越充分, 在相同条件下, 电池的总容量迅速增加。当电池达到一定的充放电次数, 电池的可用容量便会出现下降。当电池充放电次数达到其循环寿命时, 电池的可用容量开始迅速降低。
3 动力电池性能模型
为准确估计电池SOC, 需建立合适的电池模型。动力电池性能模型一般可分为简化的电化学模型及等效电路模型等。
3.1 电化学模型
电化学模型以电化学理论为基础, 通过数学方法对电池内部的反应情况进行描述。但该模型较为复杂, 难以应用到电动汽车上, 因此对其进行简化, 得到简化的电化学模型。
3.2 等效电路模型
等效电路模型以电池工作原理为基础, 适用于多种电池。由于该模型能够用数学模型解析表达, 物理意义清晰, 因此较为广泛的应用在电动汽车上。常见的等效电路模型有内阻模型、Thevenin模型、PNGV模型及RC模型。
(1) 内阻模型。模型包括电压源 () 及内阻R, 该模型可以反映出充放电过程中电池各变量间的关系。
(2) Thevenin模型。模型通过理想电压源对电池开路电压进行描述, 通过一个串联电阻以及一个RC电路对电池瞬时响应进行预测。
(3) PNGV模型。《Freedom CAR电池实验手写》也将其称为Freedom CAR[2]。该模型通过新增电容对开路电压的变化进行描述。电池充放电过程中, 由于电流的累积而引起SOC的变化, 进而导致了开路电压的变化, 这都体现在新增电容电压变化。
(4) RC模型。RC模型包括2个电容和3个电阻。其中一个为大电容, 用以描述电池储能最大容量。另一个是小电容, 对电池电极的表面效应进行描述。三个电阻分别为端电阻、终止电阻及容性电阻。各模型对比如表1所示。
4 SOC估算方法
目前, SOC估算精度也受到越来越多的重视, 常见的估算方法通常包括:如开路电压法、安时积分法、神经网络法等。这些估算方法的适用范围各不相同, 各SOC估计算法的种类特点如表2所示。
放电试验法及线性模型法不适合实际应用到电动汽车。若独立进行开路电压法, 得到的估计结果不够准确, 而安时积分法存在无法确定初始值及误差累积的缺点。目前, 许多研究人员采用的是安时积分法结合开路电压法辅助修正初始值的方法, 但还是未能较好的降低累计误差, 存在一定局限性。
5 分析总结
SOC估算是电动汽车的一项关键技术, 而实际应用到电动汽车中的SOC估算方法都是基于传统方法, 目前电池管理系统中的SOC估算技术还不够成熟, SOC估算依旧是未来的研究热点。对于动力电池电量估算大多需从以下几方面进行改善:
(1) 进行更多实验, 建立更加丰富的数据库, 同时引入更加精准的电池模型, 针对不同影响因素, 建立出更加广泛适用于各种类电池的通用模型;
(2) 通过提高硬件方面的技术来提高电流、电压等的测量精度, 综合各种估算方法, 对各阶段SOC值进行校正, 提高估算精度;
(3) 现在虽然已出现一些较为精确的SOC估算方法, 但仍都需要通过实车的验证, 从而进而实现SOC的实时监测。
参考文献
[1]彭金春, 陈全世.电动汽车铅酸电池充放电过程建模[J].汽车技术, 1997.