電動車電池及其溫管理初步研究PPT課件

1、電動車電池發(fā)展情況1 1 鋰離子電池2 2 電池的溫度管理3 3 主要內(nèi)容 電動車包括：電動車包括： 1.電動自行車； 2.電動摩托車； 3.四輪微型電動車； 4.電動汽車。（純電動車BEV、混合動力電動車 HEV、燃料電池電動車FEV） 電動車的優(yōu)越性：電動車的優(yōu)越性： 1.可使用多種資源（不受石油的限制，可利用一切 能發(fā)電的資源）； 2.環(huán)境污染低（包括發(fā)電，和電池制造使用過程對 環(huán)境的污染）； 3.效率高（內(nèi)燃機約12%，而電池19%）； 4.噪音低； 5.結(jié)構(gòu)簡單，使用維修方便； 6.使用環(huán)境廣，不受使用環(huán)境影響。 電動車的關(guān)鍵問題：電動車的關(guān)鍵問題： 除了電機及其控制系統(tǒng)、社會 基礎(chǔ)

2、設(shè)施建設(shè)（充電站）外，最主 要的問題是電池電池。 電動車用電池電動車用電池 蓄電池蓄電池 燃料電池燃料電池 直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能， 以加注“燃料”的方式來補充能 源。 充電方式補充能量，任何電 資源均可利用。 鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池 鎳氫蓄電池鎳氫蓄電池 鈉硫蓄電池鈉硫蓄電池 鋅空電池鋅空電池 鎳鎘蓄電池鎳鎘蓄電池 鋰離子電池鋰離子電池 在眾多電池中目前發(fā)展較好的是：在眾多電池中目前發(fā)展較好的是： 鎳氫蓄電池鎳氫蓄電池 鋰離子電池鋰離子電池 評價車用電池的標(biāo)準(zhǔn)評價車用電池的標(biāo)準(zhǔn) 1.能量比質(zhì)量，Wh/kg，代表每kg的電池能夠提供多少能量； 2.能量比體積，Wh/L，代表每L容積的電池能

3、夠提供多少能量； 3.功率比質(zhì)量，W/kg，代表每kg的電池能夠提供多大的馬力； 4.壽命，工作時間和總行駛里程來； 5.經(jīng)濟性。 普通燃油汽車發(fā)動機： 200Wh/kg 普通燃油汽車發(fā)動機： 440W/kg 作為電動車用電池必須滿足作為電動車用電池必須滿足 1.貯能密度高（一次充電行駛里程長）； 2.能量輸出密度高（加速性能、爬坡性能好）； 3.充電時間短、壽命長； 4.維修、保養(yǎng)費低； 5.安全性高（包括對環(huán)境的安全）； 6.價格低，有再利用性等技術(shù)特點。 鎳氫蓄電池鎳氫蓄電池鋰離子電池鋰離子電池 1000w/kg功率比質(zhì)量功率比質(zhì)量1300w/kg 目前蓄電池研發(fā)的性能指標(biāo)：目前蓄電池研

4、發(fā)的性能指標(biāo)： 目前技術(shù)最成熟， 應(yīng)用最多的還是鎳 氫蓄電池 但鋰離子電池又有 不可替代的優(yōu)勢 自放電小，無記憶效應(yīng) 3 1 能量密度高，輸出功率大 2 環(huán)境 “友好”，綠色電池，使用壽命長 6 可快速充放電，充放電效率高 3 3 平均輸出電壓高（約3.2 V），放電平穩(wěn) 3 5 工作溫度范圍寬 -25 +80 C 4 鋰離子電池的優(yōu)點 這將指出，對電池 溫度必須進行有效 管理。 鉛酸電池鉛酸電池 鎳氫電池鎳氫電池鋰離子電池（鋰離子電池（LiFePO4） 高能量型高能量型高功率型高功率型高能量型高能量型高功率型高功率型 能量密度能量密度 (Wh/kg) 35 40 70 7555 60110

5、12090 100 功率密度功率密度 (W/kg) 150 200 200 250900 1000500 6002000 3000 工作電壓（工作電壓（V） 1.6 1.23.2 循環(huán)次數(shù)循環(huán)次數(shù) 300 5005001500 20001500 2000 目前鋰離子電池與其它動力電池的性能比較 故故“鋰離子電池鋰離子電池”的前景極其光明！的前景極其光明！ 鋰離子電池鋰離子電池 正極正極 負(fù)極負(fù)極 隔膜隔膜 電解液電解液 鋰離子電池體系結(jié)構(gòu)鋰離子電池體系結(jié)構(gòu) 鋰離子電池幾種主要正極材料的電化學(xué)性能 前驅(qū)體前驅(qū)體 摻雜元素化摻雜元素化 合物合物 球磨混合球磨混合固相反應(yīng)固相反應(yīng) 顆粒整形顆粒整形

6、（氣流磨）（氣流磨） “原位碳包覆元原位碳包覆元 素?fù)诫s素?fù)诫s” LiFePO4材料材料 電化學(xué)分析電化學(xué)分析 微觀結(jié)構(gòu)和形貌分析微觀結(jié)構(gòu)和形貌分析 聚丙烯聚丙烯 N2氣中加氣中加 熱熱 冷卻冷卻 LiFePO4制備技術(shù)路線 攪攪 拌拌連續(xù)涂布連續(xù)涂布連續(xù)輥壓連續(xù)輥壓連續(xù)分條制片連續(xù)分條制片連續(xù)卷繞連續(xù)卷繞 焊集流體焊集流體滾槽焊底滾槽焊底注液封口注液封口化成分容化成分容 檢驗入庫檢驗入庫 采用連續(xù)涂布、連續(xù)輥壓、連續(xù)制片、連續(xù)卷繞。 LiFePO4工藝流程設(shè)想 超力電池結(jié)構(gòu)設(shè)想 溫度對充電次數(shù)和容量的影響 無論是鋰離子電池還是鎳氫電池，它們都有一個正常工作的溫度無論是鋰離子電池還是鎳氫電池，

7、它們都有一個正常工作的溫度 范圍。故對電池的溫度管理必須提上議事日程。范圍。故對電池的溫度管理必須提上議事日程。 就以鋰離子電池為例：其正常工作的溫度范圍為：就以鋰離子電池為例：其正常工作的溫度范圍為：-25-80。 最好控制在10 40。 1.冷卻冷卻/加熱型式加熱型式: 水冷水冷(熱熱)式式 風(fēng)冷風(fēng)冷(熱熱)式式 冷卻時, 翅片或熱管帶走電池的熱量, 經(jīng)過冷卻的空氣再帶走翅片 或熱管的熱量; 加熱時, 經(jīng)過加熱的空氣加熱翅片或熱管, 翅片或熱管再加熱電池。 其介質(zhì)為50%水和50%乙二醇(Glycol)的混合液體, 效果比風(fēng)冷(熱) 式好。 但是由于系統(tǒng)零件多, 而且復(fù)雜, 所以費用相對要

8、高; 同時穩(wěn)定性和 可靠性, 以及保修較差。 空調(diào)系統(tǒng)冷空調(diào)系統(tǒng)冷(熱熱) 式式 冷卻時, 空調(diào)通過電磁閥調(diào)整制冷劑回路，將電池組中的散熱器作 為蒸發(fā)器使用，對電池冷卻。 加熱時,空調(diào)通過電磁閥調(diào)整制冷劑回路，將電池組中的散熱器作 為冷凝器使用，對電池加熱。 但在純電動中難于加 熱電池組 需要引入冷熱風(fēng)，熱風(fēng)一般 采用PTC加熱的方式。 需要有良好的 控制邏輯 2.第二代和第三代電池溫度控制要求更高第二代和第三代電池溫度控制要求更高 由于第二代電池對電池冷卻由于第二代電池對電池冷卻(加熱加熱)的要求較低的要求較低, 被動式翅片風(fēng)冷可以滿足冷卻效果被動式翅片風(fēng)冷可以滿足冷卻效果; 被動式翅片也可

9、以滿足電池風(fēng)暖的要求被動式翅片也可以滿足電池風(fēng)暖的要求. 但第三代電池的冷卻要求和加暖要求較高但第三代電池的冷卻要求和加暖要求較高, 必須采用必須采用“主動式主動式”高強度冷卻高強度冷卻/加暖。加暖。 3. 第三代電池冷卻的初步方案設(shè)想第三代電池冷卻的初步方案設(shè)想 采用采用”主動式主動式”和和“雙向雙向”熱管技術(shù)。熱管技術(shù)。 既可以散熱既可以散熱, 也可以加熱也可以加熱。 4. 第三代電池最大包容空間第三代電池最大包容空間 由于需要至少由于需要至少100塊電池塊電池, 所以對最大安裝空間的要求高所以對最大安裝空間的要求高, 每個電池之間的距離在每個電池之間的距離在1.5mm以下。以下。 熱管長

10、度熱管長度(每端每端)只能比電池超出只能比電池超出25mm。 5. 第三代電池?zé)峁芾沓杀疽蟮谌姵責(zé)峁芾沓杀疽?100塊電池需要塊電池需要101塊散熱管，即塊散熱管，即N塊電池需要塊電池需要N+1塊散熱板。塊散熱板。 冷卻系統(tǒng)目標(biāo)費用每塊散熱板在冷卻系統(tǒng)目標(biāo)費用每塊散熱板在10-15元。元。 但會增大電池 組的裝配空間 電電 池池 散熱器散熱器 電池與散熱器的布置示意圖電池與散熱器的布置示意圖 在純電動汽車中，由于空間和結(jié)構(gòu)形式的限制，故超力推薦采用與空調(diào)系統(tǒng)結(jié)合起來，直接采用制在純電動汽車中，由于空間和結(jié)構(gòu)形式的限制，故超力推薦采用與空調(diào)系統(tǒng)結(jié)合起來，直接采用制 冷劑冷卻和加熱電池組的

11、方案。冷劑冷卻和加熱電池組的方案。 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，可靠，成本低，加熱制冷快，耗能少等特點。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，可靠，成本低，加熱制冷快，耗能少等特點。 缺點：電子控制復(fù)雜。缺點：電子控制復(fù)雜。 介質(zhì)進出口介質(zhì)進出口 單循環(huán)制冷系統(tǒng)單循環(huán)制冷系統(tǒng)PTC加熱加熱 絕緣型翅片式空氣加熱器絕緣型翅片式空氣加熱器 Thank you! 電動車包括：電動車包括： 1.電動自行車； 2.電動摩托車； 3.四輪微型電動車； 4.電動汽車。（純電動車BEV、混合動力電動車 HEV、燃料電池電動車FEV） 電動車的優(yōu)越性：電動車的優(yōu)越性： 1.可使用多種資源（不受石油的限制，可利用一切 能發(fā)電的資源）； 2.環(huán)境污

12、染低（包括發(fā)電，和電池制造使用過程對 環(huán)境的污染）； 3.效率高（內(nèi)燃機約12%，而電池19%）； 4.噪音低； 5.結(jié)構(gòu)簡單，使用維修方便； 6.使用環(huán)境廣，不受使用環(huán)境影響。 電動車的關(guān)鍵問題：電動車的關(guān)鍵問題： 除了電機及其控制系統(tǒng)、社會 基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)（充電站）外，最主 要的問題是電池電池。 自放電小，無記憶效應(yīng) 3 1 能量密度高，輸出功率大 2 環(huán)境 “友好”，綠色電池，使用壽命長 6 可快速充放電，充放電效率高 3 3 平均輸出電壓高（約3.2 V），放電平穩(wěn) 3 5 工作溫度范圍寬 -25 +80 C 4 鋰離子電池的優(yōu)點 這將指出，對電池 溫度必須進行有效 管理。 攪攪 拌拌連

13、續(xù)涂布連續(xù)涂布連續(xù)輥壓連續(xù)輥壓連續(xù)分條制片連續(xù)分條制片連續(xù)卷繞連續(xù)卷繞 焊集流體焊集流體滾槽焊底滾槽焊底注液封口注液封口化成分容化成分容 檢驗入庫檢驗入庫 采用連續(xù)涂布、連續(xù)輥壓、連續(xù)制片、連續(xù)卷繞。 LiFePO4工藝流程設(shè)想 1.冷卻冷卻/加熱型式加熱型式: 水冷水冷(熱熱)式式 風(fēng)冷風(fēng)冷(熱熱)式式 冷卻時, 翅片或熱管帶走電池的熱量, 經(jīng)過冷卻的空氣再帶走翅片 或熱管的熱量; 加熱時, 經(jīng)過加熱的空氣加熱翅片或熱管, 翅片或熱管再加熱電池。 其介質(zhì)為50%水和50%乙二醇(Glycol)的混合液體, 效果比風(fēng)冷(熱) 式好。 但是由于系統(tǒng)零件多, 而且復(fù)雜, 所以費用相對要高; 同時穩(wěn)

14、定性和 可靠性, 以及保修較差。 空調(diào)系統(tǒng)冷空調(diào)系統(tǒng)冷(熱熱) 式式 冷卻時, 空調(diào)通過電磁閥調(diào)整制冷劑回路，將電池組中的散熱器作 為蒸發(fā)器使用，對電池冷卻。 加熱時,空調(diào)通過電磁閥調(diào)整制冷劑回路，將電池組中的散熱器作 為冷凝器使用，對電池加熱。 但在純電動中難于加 熱電池組 需要引入冷熱風(fēng)，熱風(fēng)一般 采用PTC加熱的方式。 需要有良好的 控制邏輯 2.第二代和第三代電池溫度控制要求更高第二代和第三代電池溫度控制要求更高 由于第二代電池對電池冷卻由于第二代電池對電池冷卻(加熱加熱)的要求較低的要求較低, 被動式翅片風(fēng)冷可以滿足冷卻效果被動式翅片風(fēng)冷可以滿足冷卻效果; 被動式翅片也可以滿足電池風(fēng)暖的要求被動式翅片也可以滿足電池風(fēng)暖的要求. 但第三代電池的冷卻要求和加暖要求較高但第三代電池的冷卻要求和加暖要求較高, 必須采用必須采用“主動式主動式”高強度冷卻高強度冷卻/加暖。加暖。 3. 第三代電池冷卻的初步方案設(shè)想第三代電池冷卻的初步方案設(shè)想 采用采用”主動式主動式”和和“雙向雙向”熱管技術(shù)。熱管技術(shù)。 既可以散熱既可以散熱, 也可以加熱也可以加熱。 4. 第三代電池最大包容空間第三代電池最大包容空間 由于需要至少由于需要至少100塊電池塊電池, 所以對最