锂电池培训资料

锂电池培训资料一、电池基础二、锂离子电池基础三、锂电池的安全四、保护板BMS具体功能介绍.五、锂离子电池的储藏和运输一、电池基础1、电池的发展简史：公元前100～公元100年电池原形1780～1791发明伽尼尔电池1800年伏特发明电池1833年发现法拉第法则1836年发明丹尼尔电池,1859年发明铅酸电池1868年发明干电池1899年发明Ni-Cd蓄电池1901年发明Ni/Fe电池1951年发明密封Ni-Cd电池1990年发明锂离子电池1995年发明聚合物电解质锂离子电池,G-s8q9H6](w,~5P2、电池的要素和组成：◆电极负极：通常将电池电极中电压较低的一极称为负极正极：通常将电池电极中电压较高的一极称为正极5_)f4IQ&NI!l◆隔膜：在电池中，防止正负极间电子导通，而又能让离子通过（离子传导）的隔离材料，一般为多孔薄膜材%w$I1y!^%K$Z/U2e料◆电解质溶液（电液）：在电池内正负极间提供离子传输作用◆其他构件：如外壳，极柱，密封件等.Y9OF7f,v#h9h3、电池的分类7m6|(g#[)M4t*I一次电池（干电池）二次电池（充电电池或蓄电池）:a.{9E8v&^·铅酸电池*@4m5h9h!c-A&[4r(~0W%BF-L·镍－镉电池7i2F2b;s%q%R·镍－氢电池*e;y4y!A$~6[$d·锂离子电池·液态锂离子电池·聚合物态锂离子电池8{&}'h&u'W-^%t(V!T%o2}'e*S;l5H9j7g.t另外还有燃料电池、太阳能电池等等8\!Z&i#J,D/E!t(|$q8Z$Q$a!M6d0k)f4、常见可充电电池性能比较：*M5hL#|5M;b*\组成电池能量密度&p!h1}5e,T7M:x电池体系负极电解液正极环保性能电压（V）Wh/kgWh/L充电循环自放电率)B%Y)e9P:X(a%x锂离子电池碳LiPF6LiMn2O4或绿色环保3.6130-150350-400≥10008%LiCoO2'?d,L%Q0ha(_9U8{铅酸电池PbH2SO4PbO2铅污染严重2.030-5050-80300-50020%镍镉电池CdKOHNiOOH镉污染严重1.250-60130-150400-60025%镍氢电池储氢KOHNiOOH环保1.260-70190-200≥50010%材料-n7L's+]:U%S+^R5J二、锂离子电池基础1、锂离子电池的“前世今生”：锂离子电池是20世纪90年代开发成功的新型高能电池。锂离子电池的“前世”：早期负极为金属锂的“锂电池”，但金属锂的化学活性太大，充电时产生的枝晶会使电池短路，目前尚未真正解决其安全问题。x-@7锂离子电池的“今生”：锂离子电池名称开始于日本企业，针对含金属锂负极的锂二次电池而言，1991年由索尼公司率先实现商业化。采用可嵌锂碳材料为负极，正极采用含锂的过渡金属氧化物，利用溶有锂盐非水溶剂作为电介质。锂离子电池的优点和缺点：3锂离子电池重量轻、体积小，寿命长，没有记忆效应，具备良好的温度特性，同时由于没有重金属污染、没有毒性物质，是新一代环保型绿色电池。被业界称之为“终极电池”$^*X0]/N!}*i-LZ%m锂离子铅酸镍镉镍氢%W*N*Y,Z;P5j8F重量5113寿命5234环保5215记忆5313#K8`0|'y.o~7V,w温度特性52334G*Y%K7d!U1W3I7y5q1Br!N)x:K5a6C缺点：锂离子电池价格相对昂贵，发展时间短，制造工艺的成熟性不如铅酸，镍镉及镍氢电池，但随时间的推,G!Hg,k(d移，锂离子电池的制造工艺会越来越成熟，价格也会逐渐降低。.G,q%e0Ds.G5、液态锂离子电池与聚合物锂离子电池的异同：7F0I!o5d9u7`7b◆相同点：正负极活性物质相同X:K7_8r$E&W%f!d%o2f3S$\电池工作原理相同)m&G0l&b*[5\9l'\G%{,l2s单体电池工作电压相同I.U/j:i,j1M.E)~◆不同点：液态锂离子电池的电解液是液态的有机电解液，聚合物锂离子电池的电解质是将液态的有机电解液6v/T4H7m`;\;d3M吸附在一种聚合物基质上，所以被称为凝胶聚合物电解质。'i9X8Z#R+e-N,L◆优缺点比较：液态锂离子电池的功率较聚合物锂离子电池大的多，反映在电动自行车上，液态比聚合物有更#}Z+A'E)\1L0W强的爬坡能力；液态锂离子电池的价格较聚合物锂离子电池便宜。聚合物锂离子电池由于不存在游离的电解液4z+s-u0I*q-j，不存在漏液的情况。4Z:c&x%XT$H9{4_6u$h-k*Y;z6、液态软包装、凝胶聚合物和液态锂离子电池的安全性：!f)x:o8[:G'X7u3]G◆目前市场上大量出现的是液态软包装电池，液态软包装电池内部电化学体系和金属壳包装电池一样。e(Z4k,}5]9@◆优缺点比较：采用液体电解液，因此在大电流放电等性能上也不错。由于采用软包装，包装较易损坏，在一些振动频繁的应用领域，如电动自行车等，需要谨慎。e0t)G-P2Z.u:W*v7v-v+p/[7rM0@4k金属壳液态液态软包装凝胶型电解液液态液态凝胶态3B)L3_2P5y*Z*H3B包装金属铝塑膜铝塑膜&P4~8j9A;o!W8|2h(~5~放电能力很好很好差0A.i3P.r4l9Z%}1y/k$['J9L;u#r+]0G'v!F(N/]安全性：锂离子电池的安全性需要从正极材料入手，光靠更换软包装无法从根本上解决。软包装的电池如果爆3?*n-A!~!G:W7q,\$f/t*P炸，不存在金属物射出物，然仍无法解决燃烧等危险。从电极材料和电解液入手，才是解决锂离子电池安全性2s'J0u}m%x的根本途径。/k8E.g*U2p7、电池的一致性问题：#d&j,A4o4x7h(?单体电池不存在一致性问题，一致性问题主要集中在电池组中，影响电池组一致性的主要因素是电池的自放电、内阻、电池中电池的数量、有无均衡线路等。同样容量和电压的电池组，锂离子电池数量越少，对一致性要$O${9t:k;v4k求越低。8、镍氢（Ni/MH）电池的简介：(Y7~5NL:u镍氢电池的工作电压为1.2V，无铅酸，镉镍电池的重金属污染问题，也属于绿色环保型电池，但与锂离子电池相比，镍氢电池的工作电压只有锂离子电池的1/3，同样一个电池镍氢电池需要的单体电池的数量是锂离子电4`!e2g:an/B;_.I&F池的3倍，重量是锂离子电池的2倍左右，循环寿命也比锂离子电池短。另外镍氢电池充电过程中发热严重，无3z3s0^*U3z;m3[0P2F法长期在高温调节下使用。低温性能不如锂离子电池，高倍率放电性能不如镉镍电池和锂离子电池，而价格与6u.R)_&b;L:o)W/Zm锂离子电池相差无几。所以镍氢电池虽然发展时间较长，但其发展的速度和潜力已远远落后于锂离子电池。9、几种锂离子电池正极材料的综合比较钴酸锂锰酸锂磷酸铁锂镍钴锰酸锂/3元耐过充×√√×氧化性很强一般弱强过充极限0.5C/6V3C/10V3C/10V0.5C/6Vr-],RF$~%X'q'H8D8^(v'M,rg;k8r:n%r*j安全性很不安全安全性能好安全性能好不安全4](A:K/Q%Y安全容量1Ah10~30Ah可达100Ah/大功率能力好很好很好/6V-d:?;~-Y!NQ*u.s'~,Q;ii!q&}4B?+b价格昂贵低廉低廉一般^4a#A9O2Y:G3G)Ys-l:E:a9j:t2x#J,}9T$\三、锂电池的安全单体电池的安全测试项目及测试方法测试项目测试条件测试要求电池数目测试标准,a+w9q5L)G(X.PG2b-e7P)X撞击平面9.1KG重物，0.61m高度，3个1ny1k,|4`*d!@.W;y侧面直径15.8mm的钢棒。不起火，不爆炸3个UL;h%o7\;E,Y4X'n3],l.w'y#V/F5k%K)P挤压平面挤压力13KN不起火，不爆炸3个UL侧面3个'D(U(d#R+^#D4p2H5w高温150℃，10min&T9A.^$i.n%y9M6b（温升5℃/min)不起火，不爆炸5个UL9~,|$~7S7d5n9`-d$\6n#yB!v)z\-n过充30A,10V不起火，不爆炸5个UL5X,Y3d(_'e9i&Y短路电阻小于100mΩ不起火，不爆炸5个UL针刺φ5mm的钢钉从垂直于极板的8f2z#iTF1f/U#]+s.K2b*P方向贯穿（钢针停留在电池中）不起火，不爆炸5个企标0b8~&R9@)?四、保护板BMS具体功能介绍'z!U(S6Q1z!u:G保护板BMS（BatteryManagementSystem）有5大功能：1、过充（过压）保护6F1[)nU8V因为锂电池是很“脆弱”的电池，所以不能造成过充。锰酸锂是在4.2v保护，磷酸铁锂是在3.6v左右（具-t/K5B3F:Ev:a!C;j体可参考供应商规格书）；1I5Q,\%o,W8M0^9\造成过充时，一般保护板会有恢复功能。比如一块锰酸锂电池保护板设置的过充保护是4.25v，当过充时，:o#y:\*C#\/X)b+?保护板保护，停止充电，当电压降至4.15v时，才能恢复充电动作。-D7B&S+h+z)^'H'b;Y;x4a5a5W*i2、过放（欠压）保护.B'h8E+~3S&O1\'A'a/X)[/h5b0k/c)^因为锂电池是很“脆弱”的电池，所以不能造成过放。锰酸锂是在2.7v或3.0v保护，磷酸铁锂是在2.3v左o*G.P!m's'd9K.u右（具体可参考供应商规格书）；-A2G8H(s+M4J,t:|&S;M4R;O:S造成过放时，一般保护板会有恢复功能。比如一块锰酸锂电池保护板设置的过放保护是3.0v，当过放时，%C9{F)T2F#J4c保护板保护，停止放电，当电压升至3.1v时，才能恢复放电动作。3、过流保护当放电电流或者瞬间放电电流超过电池本身所能承受的电流时，BMS会停止放电动作。3y#s%c$xm8Vx#f-H9c7S4C;f(j一般恢复过流保护有2个办法。一是断开负载，重新连接电池与负载；一是更换烧坏掉的保险丝。具体看每个厂家的产品是如何设置。3\&Z!S-b.s5p9c一般BMS会设置一个例如30A/8ms（30安培8毫秒）的峰值电流保护参数。就是说：当电流大于30A并且时-J6G$]1J7_间大于8ms时，过流保护会动作。假如是50A3ms，那么过流保护不会动作，#K%X(R9q!\'u3H0`'d这对带电机类的负载是非常适合的，因为一些负载在起动时会有一个非常大的脉冲/峰值电流，只要这个电流能过去，正常工作就不是问题了。所以有时候电池带电机类负载会不工作，很大一个原因是因为BMS上的脉0^![)@1^6P&R1l5A冲/峰值电流给挡掉了，而不是电池出了问题。（测量这个电流需要示波器，很多业务不好展开就是这个电流没有测量到。我们测过一个Trimmer的峰值电流有90A，很高，相对这样大的电流，做BMS就是一个很高的要求）4、过温保护:tX/H4l2g1k)F1W&n'h:z#c:r6U锂电池在所规定的温度范围里是可以正常工作的，当超过所规定的温度范围，BMS会停止放电动作以保护电池，一般此功能为可选功能。+a/]9|!Z)J9Y0D8G;m5、均衡功能/]#k,Zp4^u#ud,B4r%C2J%ws因为电芯一致性的问题，串并联的电芯越多，一致性问题越突出，电池组的性能会越不好。使用时间长了，每个电芯的电压容量内阻会有所差别，会降低整体电池的性能和寿命。有了均衡功能，可尽可能充满每个电芯的容量，降低每个电芯的差别，提高整体电池的性能和寿命。目前都在用的是“电阻放电法”，即给电池组中先充满电的电芯放电，让没充满电的电芯继续充电，当每个电芯都充满电了，整组电池才停止充电。（放电时当整组电池中有一个电芯放完电，整组电池停止放电）另一方法是“双向无损均衡充电”，即让充满电的电芯给没充满电的电芯充电，也就是让电芯互相充电。这样效率很高，目前也可实现，但成本太高，不适合商业化操作。#S5|-m0m0s9h:|五、锂离子电池的储藏和运输锂离子电池的储藏会导致容量下降高