动力锂离子蓄电池的应用

时间：2023-11-02 百科知识版权反馈

【摘要】：各种迹象表明，世界将成为中国的电动自行车生产的巨大市场，而中国将是世界电动自行车的最大工厂。图4-34所示为应用锂离子电池的电动自行车和锂离子电池。近年来，以锂离子电池为动力的电动自行车、混合动力汽车、电动汽车、燃料电池汽车等受到了市场越来越多的关注。锂离子蓄电池的单体电池电压大，体积小，比功率、比能量高，循环寿命长，相比之下更能够满足电动汽车的要求。

4.10.1 电动车、混合电动车

当今世界面临三大问题:一是能源问题，逐步枯竭的石油资源目前有40%～50%用于汽车;二是二氧化碳的排放问题，全球20%～30%的排放来源于汽车;三是城市污染问题，氮氧化物等城市主要污染源大部分来自汽车。面对日益严峻的能源形势和环保形势，要保持汽车行业的可持续发展，必须寻找新的替代能源，对汽车动力总成进行一场革命。

比亚迪F3DM双模电动车(图4-33)的上市，将是对传统燃油汽车的根本颠覆。而大力发展电动车将是解决以上社会问题的最佳解决方案。传统燃油汽车历经百年发展，在中国的创新空间很小;而新能源汽车刚刚起步，创新的空间很大。F3DM双模电动车整合了汽车制造、电池技术、电机系统、车载电子技术等多项顶尖的高科技技术。在动力方面，比亚迪F3DM双模电动车搭载了BYD371QA全铝发动机，升功率突破了50k W/L，配合75k W的电机，比亚迪F3DM双模电动车输出功率达到了125k W，达到排量为3.0L发动机的动力输出水平。即使在纯电动的模式下，F3DM双模电动车也实现了目前世界上最长的续航里程——100km，最高时速可达150km/h。此外，F3DM双模电动车使用的铁电池，原材料广泛、无污染、可回收，其耐热性、抗压性都已经通过国家测试。而且电池循环充电2000次后容量还有80%以上，实际可使用4000次。重要的是，F3DM将是全球第一款上市的不依赖专业充电站的双模电动车。该车在比亚迪电动汽车充电站快速充电10min可充满50%，家用电源上慢充9h可充满。在燃油经济性方面，据调查显示，超过90%的人每天用车不超过100km，这使得在正常情况下，不需启动发动机，纯电动状态即可满足日常出行需要，也没有发动机尾气排放。而用电的成本仅为使用燃油的1/4，对消费者来说，这无疑是最经济的选择。

图4-33 比亚迪F3DM双模电动车

4.10.2 电动自行车

2004年，中国生产的电动自行车占世界总产量的60%，中国的电动自行车，无论是产量还是技术含量，在世界上都走在了前列，在未来的发展过程中如果能够有效地突破瓶颈，在巩固国内市场的同时，大力发展国际市场，前途将一片光明。2004年和2005年不断高涨的石油价格给发达国家带来了一道新的风景，这就是自行车的回归和电动自行车的应用。越来越多的人认识到汽车不是唯一的、最佳的交通工具。按照2005年9月香港的油价，一辆普通轿车月行驶1000km，汽油费用高达人民币500元以上。从1997年开始，世界许多国家政府都已适当限制汽车、摩托车、助力车，日本、美国、法国等国家通过法律明确电动自行车作为一种特殊自行车的地位，鼓励人们积极使用。2005年，中国生产的电动自行车，有30%出口到几十个国家和地区。各种迹象表明，世界将成为中国的电动自行车生产的巨大市场，而中国将是世界电动自行车的最大工厂。图4-34所示为应用锂离子电池的电动自行车和锂离子电池。

4.10.3 后备电源

后备电源是一种有效防止驱动电路无正常电压时的一种自动驱动的准行电源，可以延长电路需要的电压，以使电路能够正常工作。动力锂离子电池能够在-25～75℃的温度范围里正常工作，而且具有多次循环、自放电率低、大电流放电、容量大等优点，常用来作为后备电源，如图4-35所示。

图4-34 应用锂离子电池的电动自行车和锂离子电池

图4-35 动力锂离子电池作为后备电源

4.10.4 电动汽车的设计方案

随着能源紧缺、石油涨价、城市环境污染的日益严重，替代石油的新能源的开发利用越来越被各国政府所重视。在新能源体系中，电池系统是其中不可或缺的重要组成部分。近年来，以锂离子电池为动力的电动自行车、混合动力汽车、电动汽车、燃料电池汽车等受到了市场越来越多的关注。动力电池在交通领域中的应用，对减少温室气体的排放、降低大气污染以及新能源的应用有着重要的意义。其中锂离子电池以高能量密度、高重复循环使用次数、质量轻以及绿色环保等优势越来越受到人们的关注，所以在手机、笔记本电脑、电动工具等便携式手持设备中已经得到广泛的应用，并已经开始进入电动车、电动汽车等大功率的应用领域，成为全球电动汽车发展的热点。

1.动力汽车的定位

随着科技的发展，动力汽车正朝着安全、舒适、环保、节能、高自动化的趋势发展，所以电动汽车应满足以下几点需要。

(1)材料轻。现在制造一辆汽车，其中钢材占整个汽车质量的65%左右，塑料占11%，铝合金材料仅占4%，要逐渐改善汽车向轻型化发展的趋势。

(2)环保。电动汽车将带来低能源消耗的绿色汽车时代。

(3)高自动化和高智能化。随着电子装备微型化和电子控制技术的日趋发展，未来汽车将走向“独立思考和独立判断”的方向。

(4)安全和舒适。能够给人们带来身心上的享受。

2.动力电池安装部位

电动汽车采用的动力电池质量应占整车质量的20%～40%，随着整车对动力电池总容量的要求，还需要对电池的放热、安装和布局等提出相应要求。为了达到简化结构、减小体积、提高传动效率的目的，将动力电池安装在前后两排座椅的下面，具体结构如图4-36所示。

图4-36 动力电池的安装部位

3.动力电池的选择

电动汽车发展的最大限制因素就是动力电池的选择问题，应用在电动汽车上的电源系统应该满足以下要求:

(1)高的比能量和能量密度;

(2)高的比功率和功率密度;

(3)快速充电和深度放电能力;

(4)使用寿命长;

(5)自放电率小，充电效率高;

(6)安全性能好，成本低廉;

(7)对环境无危害。

几种蓄电池特性的比较见表4-10。

表4-10 几种蓄电池特性的比较

从表4-10可以得出以下结论:

(1)铅酸蓄电池技术最成熟、最安全、成本也低，是电动汽车的可选动力电源，但比能量、比功率都比较低;

(2)超级电容电池的成本很高，不实惠;

(3)燃料电池是今后发展的重点方向，但目前存在成本高的问题;

(4)镍金属蓄电池要求有发展可靠的能量管理系统，系统比较复杂;

(5)锂离子蓄电池的单体电池电压大，体积小，比功率、比能量高，循环寿命长，相比之下更能够满足电动汽车的要求。

所以选择锂离子电池来作为动力电源。

4.电池的选用

银鑫新能源有限公司是一家拥有先进管理技术和制造能力的现代企业。公司专业从事锂离子动力电池、电源管理系统的研发和生产，是国内领先的生产100A·h以上大功率、高容量、高电压锂离子动力电池制造专业公司，目前实验室已研制成功了400A·h的单体锂离子电池。

但是由于锂离子电池在加热、过充/过放电流、振动、挤压等条件下可能导致电池寿命缩短以致损坏，甚至会发生着火、爆炸等事件，因此安全性问题成为动力锂离子电池商业化推广的主要制约因素。而电池管理系统作为电池保护和管理的核心部件，不仅要保证电池安全可靠的使用，而且要充分发挥电池的能力和延长使用寿命，作为电池和车辆管理系统以及驾驶者沟通的桥梁，电池管理系统对于电动汽车性能起着越来越关键的作用。

电池管理系统与电动汽车的动力电池紧密结合在一起，对电池的电压、电流、温度时刻进行检测，同时还进行漏电检测、热管理、电池均衡管理、报警提醒，计算剩余容量、放电功率，报告实时状态，还根据电池的电压、电流及温度用算法控制最大输出功率以获得最大行驶里程以及用算法控制充电机进行最佳电流的充电，通过总线接口与车载总控制器、电机控制器、能量控制系统、车载显示系统等进行实时通信。电池管理系统的基本功能如下:

(1)监测单体电芯的工作状况，例如单体电池电压、工作电流、环境温度等;

(2)保护电池，避免电池工作在极端的条件下发生电池寿命缩短、损坏，甚至发生爆炸、起火等危害人身安全的事故。

图4-37所示为电池管理系统的简单框图。

图4-37 电池管理系统的简单框图

5.设备清单

(1)真空行星搅拌机，将电池的各种材料均匀地搅拌成浆状，如图4-38所示。

图4-38 真空行星搅拌机

(2)点击涂布机，将搅拌后的浆料均匀涂布在电极片上，如图4-39所示。

(3)辊压机，将涂布后的电池片进一步压实，提高电池的能量密度，如图4-40所示。

(4)极片分切设备，将电池电极片分切成想要的规定尺寸，如图4-41所示。

(5)全自动超声焊接导电柄设备，如图4-42所示。

(6)卷绕机，将制造好的电池卷绕成电池，如图4-43所示。