中國鋰電產(chǎn)業(yè)動力電池開發(fā)淺析

1、LOGO中國鋰電產(chǎn)業(yè)動力電池開發(fā)淺析中國鋰電產(chǎn)業(yè)動力電池開發(fā)淺析LOGO電動汽車電池發(fā)展的瓶頸：動力電池電動汽車電池發(fā)展的瓶頸：動力電池 動力電池的安全性、一致性、比能量、使用壽命和綜合價格等五大因素及動力電池的安全性、一致性、比能量、使用壽命和綜合價格等五大因素及集成技術(shù)制約了目前電動汽車的發(fā)展。集成技術(shù)制約了目前電動汽車的發(fā)展。制約動力電池發(fā)展五大因素：制約動力電池發(fā)展五大因素： 鋰動力電池自身存在的安全性隱患問題，目前還無法解決。鋰動力電池自身存在的安全性隱患問題，目前還無法解決。 鋰動力電池組在大規(guī)模生產(chǎn)時存在一致性的問題。鋰動力電池組在大規(guī)模生產(chǎn)時存在一致性的問題。 目前電池技術(shù)水平

2、使比能量不能滿足電動汽車的需求。目前電池技術(shù)水平使比能量不能滿足電動汽車的需求。 使用壽命不能夠滿足要求。使用壽命不能夠滿足要求。1.1.運營成本不能滿足市場化可持續(xù)發(fā)展需要，所以很大程度上依賴政府補貼。運營成本不能滿足市場化可持續(xù)發(fā)展需要，所以很大程度上依賴政府補貼。LOGO動力車對動力電池的要求動力車對動力電池的要求車載電車載電池性能池性能使用使用壽命壽命能量能量密度密度功率功率密度密度溫度溫度特性特性安全安全性能性能倍率倍率特性特性加速及剎車反饋要求 功率剎車 1000W/Kg 反饋功率 800W/Kg短時間充放電要求 20-30min快速充電一般情況下不起火，任何情況下不爆炸，滿足認證

3、要求。輕量化要求：100150Wh/Kg3000次以上循環(huán)次數(shù)1015年使用壽命廣泛的溫度適應(yīng)范圍： -3060LOGO倍率特性要求倍率特性要求良好的充放電性能可以滿足快充場景的要求和大倍率放電的要求。倍率特性：2.5C以下倍率充電容量98%，放電容量99%圖26 BYD倍率放電曲線LOGO溫度特性溫度特性 -3060的范圍內(nèi)具有良好的充放電性能 溫度特性：0 下0.5C充電容量85%，-30 下0.5C放電容量90%圖26 BYD溫度特性曲線LOGO能量效率能量效率 即使在大倍率下，也具有極高的能量轉(zhuǎn)換效率圖27 能量效率LOGO系統(tǒng)的概念系統(tǒng)的概念鋰動力應(yīng)用的關(guān)鍵鋰動力應(yīng)用的關(guān)鍵鋰電池（組

4、）鋰電池（組）應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)電池管理系電池管理系統(tǒng)統(tǒng)BMSBMSLOGO系統(tǒng)的角度系統(tǒng)的角度鋰動力電池的安全性鋰動力電池的安全性1 1、單體電池制造、單體電池制造安全性正及材料、安全蓋帽拉斷電結(jié)構(gòu)、正溫度系電阻安全性正及材料、安全蓋帽拉斷電結(jié)構(gòu)、正溫度系電阻 （PTCPTC）、陶瓷隔膜、熱封閉隔膜、電壓敏感隔膜及阻燃電解液。）、陶瓷隔膜、熱封閉隔膜、電壓敏感隔膜及阻燃電解液。2 2、電池模塊組合、電池模塊組合模塊能量限制、散熱措施、電池管理系統(tǒng)及溫度監(jiān)控裝置。模塊能量限制、散熱措施、電池管理系統(tǒng)及溫度監(jiān)控裝置。3 3、電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)遠程系統(tǒng)及報警系統(tǒng)、支路并聯(lián)運行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、電池支

5、路狀態(tài)遠程系統(tǒng)及報警系統(tǒng)、支路并聯(lián)運行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、電池支路狀態(tài)控制器。控制器。4 4、應(yīng)用對象系統(tǒng)特性、應(yīng)用對象系統(tǒng)特性應(yīng)用自身的技術(shù)性能、技術(shù)參數(shù)、對電池系統(tǒng)的技術(shù)要求應(yīng)用自身的技術(shù)性能、技術(shù)參數(shù)、對電池系統(tǒng)的技術(shù)要求 及接口模式。及接口模式。5 5、運行環(huán)境保證、運行環(huán)境保證環(huán)境溫度、振動、擱置、充電設(shè)備可靠性及測定制式保證。環(huán)境溫度、振動、擱置、充電設(shè)備可靠性及測定制式保證。LOGO系統(tǒng)的角度系統(tǒng)的角度鋰動力電池的使用壽命鋰動力電池的使用壽命1 1、單體電池制造、單體電池制造正確選擇正、負及材料、電解液、隔膜、裝置工藝、自適應(yīng)化正確選擇正、負及材料、電解液、隔膜、裝置工藝、自適應(yīng)化成成2

6、2、電池模塊組合、電池模塊組合容量分選、內(nèi)阻分選、動態(tài)一致性分選、軟連接串并聯(lián)結(jié)構(gòu)及容量分選、內(nèi)阻分選、動態(tài)一致性分選、軟連接串并聯(lián)結(jié)構(gòu)及散熱方法散熱方法3 3、電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)遠程系統(tǒng)及報警系統(tǒng)、遠程系統(tǒng)及報警系統(tǒng)、BMSBMS、散熱系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)4 4、應(yīng)用對象系統(tǒng)特性、應(yīng)用對象系統(tǒng)特性應(yīng)用自身的技術(shù)性能、技術(shù)參數(shù)、對電池系統(tǒng)的技術(shù)要求應(yīng)用自身的技術(shù)性能、技術(shù)參數(shù)、對電池系統(tǒng)的技術(shù)要求及接口模式。及接口模式。5 5、運行環(huán)境保證、運行環(huán)境保證充放電倍率、環(huán)境溫度、動力參數(shù)、擱置時限、充電設(shè)備穩(wěn)定充放電倍率、環(huán)境溫度、動力參數(shù)、擱置時限、充電設(shè)備穩(wěn)定性及充電工作模式。性及充電工作模

7、式。LOGO影響電池壽命因素影響電池壽命因素1動態(tài)一致性動態(tài)一致性 李革臣課題組證：對于動力電池的一致性問題，不同的應(yīng)用環(huán)境應(yīng)采取不同李革臣課題組證：對于動力電池的一致性問題，不同的應(yīng)用環(huán)境應(yīng)采取不同的一致性評價標準；例如混合動力電動汽車電池工作屬于動態(tài)環(huán)境，而電站電池的一致性評價標準；例如混合動力電動汽車電池工作屬于動態(tài)環(huán)境，而電站電池工作屬于靜態(tài)環(huán)境。工作屬于靜態(tài)環(huán)境。 “ “靜態(tài)一致性靜態(tài)一致性”分類方法，如按容量、內(nèi)阻、充放電效率及電壓平臺等，但本分類方法，如按容量、內(nèi)阻、充放電效率及電壓平臺等，但本質(zhì)上均不能滿足電動車動力電池一致性的問題，因為動態(tài)環(huán)境工作一段時間后，質(zhì)上均不能滿足電

8、動車動力電池一致性的問題，因為動態(tài)環(huán)境工作一段時間后，會產(chǎn)生較大的分散性，從而影響電池組的使用壽命。會產(chǎn)生較大的分散性，從而影響電池組的使用壽命。LOGO影響電池壽命因素影響電池壽命因素22自放電及動態(tài)自放電自放電及動態(tài)自放電 自放電：動力電池都是串聯(lián)使用，單體自放電的差異直接影響電池組的壽命。自放電：動力電池都是串聯(lián)使用，單體自放電的差異直接影響電池組的壽命。因此電池行業(yè)急需一種快速、準確的自放電測試方法，多年來這一直是電池行業(yè)因此電池行業(yè)急需一種快速、準確的自放電測試方法，多年來這一直是電池行業(yè)的重大技術(shù)難題。的重大技術(shù)難題。 目前，行業(yè)測試的方法是將電池擱置目前，行業(yè)測試的方法是將電池擱

9、置2828天的方法；這樣的測試方法時間長，準天的方法；這樣的測試方法時間長，準確性差、占用大量的流動資金和生產(chǎn)設(shè)施。確性差、占用大量的流動資金和生產(chǎn)設(shè)施。 基于系統(tǒng)辨識技術(shù)，子木科技研制出了最新的基于系統(tǒng)辨識技術(shù)，子木科技研制出了最新的ZM-6088ZM-6088電池自放電性能測試裝電池自放電性能測試裝置?？墒棺苑烹姕y試在一天內(nèi)完成。置。可使自放電測試在一天內(nèi)完成。LOGO鋰動力電池壽命影響因素鋰動力電池壽命影響因素33化成工藝化成工藝 正極：電流過大會產(chǎn)生永久容量損失。正極：電流過大會產(chǎn)生永久容量損失。 負極：電化學(xué)反應(yīng)表面形成穩(wěn)定、牢固及致密的負極：電化學(xué)反應(yīng)表面形成穩(wěn)定、牢固及致密的SE

10、ISEI膜膜 SEISEI膜質(zhì)量直接影響壽命、自放電等參數(shù)。膜質(zhì)量直接影響壽命、自放電等參數(shù)。 形成形成SEISEI膜需要膜需要20%20%左右的不可逆容量左右的不可逆容量 電流過大影響電流過大影響SEISEI膜質(zhì)量和負極性能膜質(zhì)量和負極性能 電流過小化成時間太長，影響生產(chǎn)效率電流過小化成時間太長，影響生產(chǎn)效率 設(shè)想根據(jù)膜的形成需求自動改變化成電流大小。設(shè)想根據(jù)膜的形成需求自動改變化成電流大小。 電流的適應(yīng)性、準確性和穩(wěn)定性是技術(shù)的關(guān)鍵。電流的適應(yīng)性、準確性和穩(wěn)定性是技術(shù)的關(guān)鍵。LOGO 自適應(yīng)化成是哈工大王紀三教授提出；子木科技有限公司開發(fā)了可直接由于鋰離自適應(yīng)化成是哈工大王紀三教授提出；子

11、木科技有限公司開發(fā)了可直接由于鋰離子動力電池自適應(yīng)化設(shè)備。經(jīng)過驗證，自適應(yīng)化成明顯改善鋰離子動力電池使用壽命子動力電池自適應(yīng)化設(shè)備。經(jīng)過驗證，自適應(yīng)化成明顯改善鋰離子動力電池使用壽命和自放電性能。和自放電性能。圖圖27 自適應(yīng)化成設(shè)備自適應(yīng)化成設(shè)備LOGO影響電池壽命因素影響電池壽命因素44容量及內(nèi)阻分選容量及內(nèi)阻分選 容量分選和內(nèi)阻分選是動力電池組目前最常用最常規(guī)的分選方法，不可缺少。容量分選和內(nèi)阻分選是動力電池組目前最常用最常規(guī)的分選方法，不可缺少。 容量分選容易忽視的是溫度影響容量分選容易忽視的是溫度影響 電池組的壽命會帶來較大容量誤差，直接影電池組的壽命會帶來較大容量誤差，直接影響選擇

12、合適的車間溫度并保持穩(wěn)定實際上不是一件容易的事。一天不同時間段溫響選擇合適的車間溫度并保持穩(wěn)定實際上不是一件容易的事。一天不同時間段溫度會有較大差異，空調(diào)制冷也是如此。度會有較大差異，空調(diào)制冷也是如此。 內(nèi)阻分選容易忽略的是電荷態(tài)的影響，也與溫度和自放電有關(guān)，直流內(nèi)阻和內(nèi)阻分選容易忽略的是電荷態(tài)的影響，也與溫度和自放電有關(guān)，直流內(nèi)阻和交流內(nèi)阻也有很大意義上的不同，建議采用直流內(nèi)阻。交流內(nèi)阻也有很大意義上的不同，建議采用直流內(nèi)阻。LOGO影響電池壽命因素影響電池壽命因素55充放電倍率充放電倍率 不同的應(yīng)用系統(tǒng)對電不同的應(yīng)用系統(tǒng)對電池有不同的充放電倍率要池有不同的充放電倍率要求，直接影響動力電池的

13、求，直接影響動力電池的壽命壽命 例如純電動車充放電倍例如純電動車充放電倍率較低。增程式充放電倍率較低。增程式充放電倍率較高。率較高。圖圖28 28 不同倍率曲線不同倍率曲線LOGO影響電池壽命因素影響電池壽命因素66充放電深度充放電深度 不同的應(yīng)用系統(tǒng)對電池有不同的充放電深度要求，直接影響動力電池的壽命。不同的應(yīng)用系統(tǒng)對電池有不同的充放電深度要求，直接影響動力電池的壽命。例如純電動車的放電深度較高，而增程式充放電深度叫低。例如純電動車的放電深度較高，而增程式充放電深度叫低。圖圖29 29 充放電深度充放電深度- -循環(huán)圖循環(huán)圖LOGO影響電池壽命因素影響電池壽命因素77電池管理系統(tǒng)電池管理系統(tǒng)

14、BMSBMS 管理系統(tǒng)不能使電池變好，只能使電池不加速變壞。管理不好會使電池損壞。管理系統(tǒng)不能使電池變好，只能使電池不加速變壞。管理不好會使電池損壞。 電池性能變壞是慢過程，是電池性能變壞是慢過程，是BMSBMS系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)。系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)。 電池組重要參數(shù)：電壓、電源、內(nèi)阻缺一不可，且遠遠不夠。電池組重要參數(shù)：電壓、電源、內(nèi)阻缺一不可，且遠遠不夠。 必須采取靜態(tài)和動態(tài)綜合分析控制策略；充放電過程是辨識電池動態(tài)性能的最必須采取靜態(tài)和動態(tài)綜合分析控制策略；充放電過程是辨識電池動態(tài)性能的最佳時機，反之是辨識靜態(tài)性能。佳時機，反之是辨識靜態(tài)性能。 能根據(jù)靜態(tài)和動態(tài)性能進行分析，得出最優(yōu)均衡策略，才能稱得上系統(tǒng)，否則能根據(jù)靜態(tài)和動態(tài)性能進行分析，得出最優(yōu)均衡策略，才能稱得上系統(tǒng)，否則只能是只能是“保護板保護板” 此外，影響電池壽命因素還有遠程控制及報警系統(tǒng)、應(yīng)用對象系統(tǒng)、溫度此外，影響電池壽命因素還有遠程控制及報警系統(tǒng)、應(yīng)用對象系統(tǒng)、溫度及散熱系統(tǒng)等因素的影響。及散熱系統(tǒng)等因素的影響。LOGO綜合結(jié)論綜合結(jié)論 鋰電池使用壽命問題是一個極其復(fù)雜的系統(tǒng)綜合問題，涉及到多領(lǐng)域、多學(xué)科；鋰電池使用壽命問題是一個極其復(fù)雜的系統(tǒng)