电动汽车电池及储能电池介绍

电动汽车（EV）电池/储能电站电池关于电动汽车的选择（1）燃料电池电动车（FCEV）-“终极版”？燃料电池（发电机）氢气罐电池组电机我国政府全球环境基金联合国开发计划署1、价格昂贵2、氢气难以储运3、维护系统复杂4、寿命不够长5、铂的资源不够用一辆客车用铂约200克，5000辆车需要1t我国年产铂约4t远不够化工催化剂用全部用来造车也只有2万辆车研究非铂催化剂一个大难题，目前仍没有大的突破3辆奔驰车，原定两年，一年用坏了6台燃料电池发动机后，与2008年中不得已提前一年悄然停驶，花费数千万不了了之。而燃料电池电动公交车的外国制造商，却获得了宝贵的运行数据打道回府了。共同支持在北京商业化示范燃料电池电动公交车FCEV远水解不了近渴，也许如丰田公司先进技术组全国经理BillReinert所说：燃料电池车辆也许要到2030年才能大量生产关于电动汽车的选择（2）太阳能电池电动车（SCEV）太阳能电池组（发电机）电池组电机我国政府全球环境基金联合国开发计划署1、价格相对昂贵2、天气，昼夜等光照条件影响3、能量转化率问题国内一般在１４％以下，日本的光伏材料最高可以达到２２％4、仍然需要储能装置与充电电池电动车相比，是将电网充电的功能用太阳能电池代替，最可行的用途是：利用太阳能产生的电能为蓄电池补充能量，提高充电电池电动车的续驶里程3辆奔驰车，原定两年，一年用坏了6台燃料电池发动机后，与2008年中不得已提前一年悄然停驶，花费数千万不了了之。而燃料电池电动公交车的外国制造商，却获得了宝贵的运行数据打道回府了。共同支持在北京商业化示范燃料电池电动公交车关于电动汽车的选择（3）纯电动车（EV）连接到电网充电电池组电机最节油利用“谷电”“风电”…简单无油路/气路/水路车身便宜一般性加工有资源优势和技术基础发展的方向未来的主力关于电动汽车的选择（4）油-电混合动力车（HEV）电池组电机省油不多两动力组合复杂加工要求高价格要求高比功率车价贵我国并无优势驱动轴逆变器油箱变速箱内燃机行星齿轮机构插电式混合动力车（PHEV）电池组电机大内燃机大发电机两动力系统并重复杂价格较贵驱动轴逆变器油箱变速箱内燃机连接到电网充电变速箱风力/光伏发电站风力/光伏发电组件控制器逆变器天气影响，昼夜等光照条件影响发电量不稳定大型储能电池组进行调节各种蓄电池特点粗略比较铅酸电池镍镉电池镍氢电池锂离子电池传统型聚合物铅酸电池质量能量密度，体积能量密度，工作温度范围，自放电率，可靠性质量能量密度，体积能量密度，自放电率质量能量密度，体积能量密度，电压输出，自放电率质量能量密度，体积能量密度，电压输出，自放电率，结构特点镍镉电池更好的循环性能，电压输出，价格质量能量密度，体积能量密度质量能量密度，体积能量密度，电压输出，自放电率质量能量密度，体积能量密度，电压输出，自放电率，结构特点镍氢电池更好的循环性能，电压输出，价格更好的循环性能，工作温度范围，自放电率，可靠性质量能量密度，体积能量密度，电压输出，工作温度范围，自放电率质量能量密度，体积能量密度，电压输出，自放电率，结构特点锂离子电池传统型安全，价格工作温度范围，安全，价格价格，安全，自放电率质量能量密度，体积能量密度，安全，结构特点，价格聚合物安全，价格工作温度范围，价格体积能量密度，价格工作温度范围，更好的循环性能绝对优势更好的循环性能，价格工作温度范围，价格体积能量密度质量能量密度，体积能量密度，电压输出，自放电率，结构特点质量能量密度，体积能量密度，电压输出，自放电率，结构特点Li离子电池具有绝对优势关于聚合物锂离子电池工艺（与硬壳锂离子电池比较）搅拌、涂布、制片、卷绕工序基本相同，可以通用兼容主要的工艺差别在于封装工艺，聚合物使用铝塑膜热封装，硬壳电池一般采用激光焊接封装注液、化成、测试工序主设备相同，工装夹具差别很大，一般视为不兼容应用消费电子：聚合物锂离子电池的高能量密度和安全性特点，应用广泛电动汽车：使用环境相对恶劣，由于聚合物电池的铝塑膜包装比较脆弱，容易碰伤损坏，以及热封装长期可靠性问题，一般不采用储能电池：长期可靠性的问题，一般也很少采用聚合物锂离子电池目前国内绝大部分聚合物电池实际上是软包装液态锂离子电池！EV电池与普通锂离子电池技术对比（1）新与旧（旧技术，新应用）旧：旧技术旧技术：基本原理和结构与普通锂离子电池相同新：新应用、新材料新应用：车用、储能电站用……新材料：磷酸铁锂、钛酸锂、硬碳……EV电池与普通锂离子电池技术对比（2）-1大与小（Capacity、Size、Rate、Power）小：普通锂离子电池容量＜3Ah大容量：10Ah、20Ah、50Ah、60Ah……大尺寸Thickness：10mm、25mm……Width：70mm、110mm、135mm……Length：110mm、150mm、270mm……大倍率工作倍率：EV:0.5C、PHEV：2C、HEV：10C峰值倍率：EV:2C、PHEV：5C、HEV：20CHighRateDischargeCurve@25°C2.02.53.03.54.00102030Capacity(Ah)Voltage(V)0.5C1C2C3CSurfacetemperaturerise@25°Cdischarge08162432400102030Capacity(Ah)⊿T(℃)0.5C1C2C3C10sHPPCtest050010001500200025000%20%40%60%80%100%DOD(%)Powerdensity(W/kg)25℃discharge25℃regen0℃discharge0℃regen-10℃discharge-10℃regen2sHPPCtest050010001500200025000%20%40%60%80%100%DOD(%)Powerdensity(W/kg)25℃discharge25℃regen0℃discharge0℃regen-10℃discharge-10℃regenEV电池与普通锂离子电池技术对比（2）-2大功率Powerdensityat25℃with10sHPPC≈1100W/kg-30℃dischargepower10%of25℃’sEV电池与普通锂离子电池技术对比（3）静与动（Reliability）静：普通锂离子电池使用环境相对静止动：车载环境、振动、加速\刹车、气候……EVbatteryreliability研究机械性能：防钉刺、防挤压、防撞击、防跌落电池温升：3C倍率工作，电池温升不超过25℃电池工作温度：-30℃~60℃电池模块散热设计：电池发热模拟、风冷、水冷方案、油冷方案HighRateDischargeCurve@25°C2.02.53.03.54.00102030Capacity(Ah)Voltage(V)0.5C1C2C3CSurfacetemperaturerise@25°Cdischarge08162432400102030Capacity(Ah)⊿T(℃)0.5C1C2C3CH/Ltemperature0.5Cdischargecapacity2.02.53.03.54.0051015202530Cap(Ah)Voltage(V)25℃-20℃-10℃0℃10℃45℃60℃EV电池与普通锂离子电池技术对比（4）长与短（Cyclelife&Calendarlife）短：一般普通锂离子电池300cycles长：EV电池寿命1500~2000cyclesEV电池与普通锂离子电池技术对比（5）繁与简（BMU、BMS）简：普通锂离子电池单只使用，只需要简单保护繁：BMU、BMS、多串、多并、容量计算、温度控制、电量平衡……EVbattery模组实例（下图）EV电池与普通锂离子电池技术对比（5）高与低（Productioncapability、Safety）低：普通锂离子电池单只使用，对产品一致性要求不高高：高一致性（工序能力）、高安全性EVbattery安全性能参照标准：USABC、GBStandardResultHazardlevelPassLevel1PassLevel1PassLevel3PassLevel0PassLevel2PassLevel3PassLevel4PassLevel4PassLevel4PassLevel2PassLevel2PassLevel1PassLevel1PassLevel1PassLevel2PassLevel2PassLevel2PassLevel2PassLevel0VibrationOverchargeOverdischargeShortCircuitPartialShortCircuitElevatedTemperatureStorageExtreme-coldTempOverheat/ThermalRunawayThermalShockCyclingModuleThermalStabilityThermalInsulationRadiantHeatCellThermalStabilityImmersionCrushNailpenetrationRoll-overTestitemUSABCMechanicalshockDropEV电池一致性要求：容量一致性（Cap）电阻一致性（内阻、连接电阻）电压一致性（OCV）电量一致性（SOC）自放电率一致性（Kvalue）曲线一致性（Voltagecurve）温升一致性（Temp.rise）动力电池行业现状各大汽车厂商纷纷“牵手”知名的电池制造商，或合资，或联合研发，或收购……动力电池的高制造能力要求最终一定将走向标准化的方向，目前的动力电池制造处于“抢地盘、占位置”阶段，谁抢得了先机，占得了头筹，谁就可能是将来的“标准”，在竞争中占据有利位置。EV电池实例VOC：客户需求1、客户需求：电池包技术要求A．电池类型：锂离子、聚合物、热电池；B．电池包电压：300‐400V；C．电池包能量：45KWh左右；D．电池重量（包括箱体、BMS）：小于450公斤；E．电池包的箱体外形最大尺寸：900(x)*1058(y)*296(z)；F．电机功率：30KW(峰值功率：70kW)；G．电池使用温度范围：‐30℃~60℃；H．车辆使用地：东北地区，外界可能气温‐40℃~36℃；I．电池包需要考虑散热（夏季、充电、2C放电）、加热（冬季启车）问题；J．电池包可以快速充电：2C；K．电池包寿命：1500~2000次以上；L．电池包里包含BMS；M．需要提供电池包的布置图的数模.设计方案2.1电芯：采用50Ah方型钢壳电芯2.2系统采用2P110S：A．电压：308V~401.5V；B．电量：35.2kWh；C．电流：连续2C充放，脉冲（10s）：3C；D．热管理：散热采用风冷形式，加热采用PTC加热器空气内循环加热形式；E．电池管理系统：BMU及BMSVer4.5（CAN2.0B通讯）；F．电池高压系统：内置预充电线路及高压继电器；G．管理系统工作电源：12V；H．电池包尺寸：1140x895x310（含安装固定部分）；I．电池包重量：约398kg（含所有部件，电芯模块343kg）.EV电池实例--电池包结构ElectrodeAssemblyBatteryCellModuleMixingPrintingCoatingWindingJRASSealingFormationCapTestIMPTestKTestGroupingModuleASPackASInjectingFormingEV电池工艺流程简介（1）Electrode：PowderMixingSystemHighViscosinMixerCoaterColdPresserAutoslitting图注：全自动粉料系统图注：极片自动焊接设备EV电池工艺流程简介（2）Assembl