鋰電單體和系統(tǒng)集成知識課件

鋰電系統(tǒng)研究所陳保貴鋰電單體及系統(tǒng)集成知識鋰電系統(tǒng)研究所陳保貴鋰電單體及系統(tǒng)集成知識目錄一、鋰電池單體性能二、大容量電池與小容量電池并聯(lián)特征三、小電池并聯(lián)與大電池的安全性比較四、不同結(jié)構(gòu)的電池特性五、電池組合形式六、純電動汽車用動力電源系統(tǒng)的設計目錄一、鋰電池單體性能動力型圓柱電池規(guī)格表1鋰電池單體性能動力型圓柱電池規(guī)格表1鋰電池單體性能容量型圓柱鋰電池規(guī)格表1鋰電池單體性能容量型圓柱鋰電池規(guī)格表1鋰電池單體性能大容量電池的特點2大容量電池和小容量電池并聯(lián)特征★優(yōu)點組合方便指標占優(yōu)勢（體積比能量、質(zhì)量比能量等）組合方便，僅需考慮串聯(lián)組合★缺點工藝復雜，合格率低內(nèi)部電流密度、溫度的分布均勻性部分結(jié)構(gòu)電池（如軟包裝等，引流能力受限）大容量電池的特點2大容量電池和小容量電池并聯(lián)特征★優(yōu)點小容量電池的特點2大容量電池和小容量電池并聯(lián)特征★優(yōu)點電池表面積/體積大，散熱性能好圓柱：比表面積/體積=2*(1/h+1/r),其中，h指高度，r指半徑；方形電池時，比表面積/體積=2*（1/a+1/b+1/c），a、b、c分別指電池的長、寬、高）安全系數(shù)高★缺點大容量電池需并聯(lián)應用串并聯(lián)組合設計復雜，組合成本高串并聯(lián)組合體積大，影響部分應用小容量電池的特點2大容量電池和小容量電池并聯(lián)特征★優(yōu)點電動汽車對電池安全性的要求★安全性是電動汽車第一指標?！镫妱悠囯姵氐氖褂锰攸c：高速移動、劇烈震動、高溫工作、快速充放電，潛在著撞擊、刺傷、短路、跌落、浸水、火燒、甚至槍擊的可能性?！镆虼?，電動汽車對動力電池的安全性要求極高，對百萬分之一的非安全概率都會造成極其嚴重的后果，它意味著大陸年產(chǎn)100萬輛新能源汽車每年都要發(fā)生多起安全事故?！飳︿噭恿﹄姵乜蒲?、生產(chǎn)、使用過程：召回制度、安全隱患對鋰電池企業(yè)是致命性的打擊?！锇踩踩?、再安全是鋰動力電池永久的話題。3小電池并聯(lián)與大電池的安全性比較電動汽車對電池安全性的要求★安全性是電動汽車第一指標。3小世界上沒有絕對安全的電池★電池是能量的載體，本質(zhì)上就存在不安全因素。★不同的電化學體系，不同的容量，使用工藝參數(shù)，使用環(huán)境，使用程度，都對安全性有較大的影響。★所有的安全性均與溫度有關(guān)：控制溫度的重要性?！锼须姵匕ㄒ淮坞姵?、各類二次電池，均存在安全性問題3小電池并聯(lián)與大電池的安全性比較世界上沒有絕對安全的電池★電池是能量的載體，本質(zhì)上就存在不安安全性本質(zhì)：電池中的能量以20Ah鋰離子電池為例:★

20Ah（3.6V）

72Wh259.2KJ★

1克TNT4.20KJ★

20Ah鋰離子電池的能量

61.7克TNT能量3小電池并聯(lián)與大電池的安全性比較20Ah鋰離子電池僅存儲的電能相當于61.7克TNT炸藥的能量。以上計算還未計電解液燃燒所含能量，及正極活性物質(zhì)分解的能量。安全性本質(zhì)：電池中的能量以20Ah鋰離子電池為例:3小電池電解液的能量★鋰離子電池的電解液用量

6mL/AH★汽油的密度

0.71克/mL★

1克汽油

42KJ★

1克TNT4.183KJ★

1Ah電池的電解液能量

178.9KJ★

1Ah電池的電解液能量

42.6克TNT★

20Ah電池的電解液能量

832克TNT3小電池并聯(lián)與大電池的安全性比較注意：該能量不具備直接爆炸條件電解液的能量★鋰離子電池的電解液用量6mL/AH3小電安全性結(jié)論1、電池容量越高，貯存能量越多，安全性越差2、保護措施

外置保護電路內(nèi)裝置PTC（但會增加電池內(nèi)阻）電解液添加阻燃劑（會影響電池性能）3、熱管理的重要性4、外部保護不能解決電池內(nèi)部問題

電池設計質(zhì)量控制

PACK設計3小電池并聯(lián)與大電池的安全性比較安全性結(jié)論1、電池容量越高，貯存能量越多，安全性越差3小電安全性比較★小容量電池容易實現(xiàn)過充過放保護措施(單體電池保護設計）電池容量低，出現(xiàn)問題能量釋放少，對周圍電池影響小★大容量電池保護措施少內(nèi)部問題釋放能量大，連鎖反應引起周圍電池故障，安全失控3小電池并聯(lián)與大電池的安全性比較安全性比較★小容量電池3小電池并聯(lián)與大電池的安全性比較結(jié)構(gòu)特點比較4不同結(jié)構(gòu)的電池特性結(jié)構(gòu)特點比較4不同結(jié)構(gòu)的電池特性電池結(jié)構(gòu)4不同結(jié)構(gòu)的電池特性

軟包裝

圓柱

方形電池結(jié)構(gòu)4不同結(jié)構(gòu)的電池特性軟包裝圓柱方形電池結(jié)構(gòu)4不同結(jié)構(gòu)的電池特性電池結(jié)構(gòu)4不同結(jié)構(gòu)的電池特性代表性廠家4不同結(jié)構(gòu)的電池特性★圓柱形產(chǎn)品：A123、Valance、力神、CENS、微宏、新太行等★方形電池：星恒、雷天、洛陽天空、力神、ATL、國軒等★軟包裝：中信國安、萬向、雙登、豐江、環(huán)宇等相對來講，純電動汽車用軟包裝（方形外殼）和方形電池居多，混合電動車用圓柱和方形（金屬殼體）居多。代表性廠家4不同結(jié)構(gòu)的電池特性★圓柱形產(chǎn)品：A123、Va圓柱電池組合形式5電池組合形式拼裝卡板模塊內(nèi)部組合示意圖圓柱電池組合形式5電池組合形式拼裝卡板模塊內(nèi)部組合示意圖方形電池組合形式5電池組合形式方形電池組合形式5電池組合形式軟包裝電池組合形式5電池組合形式軟包裝電池組合形式5電池組合形式串并聯(lián)組合設計注意點5電池組合形式★如何降低電池組合的內(nèi)阻★串聯(lián)容量的一致性★并聯(lián)內(nèi)阻的均勻性★單體電池電流的均勻性串并聯(lián)組合設計注意點5電池組合形式★如何降低電池組合的內(nèi)阻動力電源系統(tǒng)設計目的6純電動汽車用動力電源系統(tǒng)的設計

根據(jù)整車的設計要求，為其提供具有最佳使用性能的動力電源系統(tǒng)?！锇踩砸蟆镫娦阅芤蟆镫姵剡x型與系統(tǒng)配置動力電源系統(tǒng)設計目的6純電動汽車用動力電源系統(tǒng)的設計根要解決的問題6純電動汽車用動力電源系統(tǒng)的設計★在允許的尺寸、重量范圍內(nèi)進行結(jié)構(gòu)和工藝設計，使其滿足整車系統(tǒng)的用電要求★尋找簡單可行的工藝★降低成本★在條件許可的情況下，提高產(chǎn)品的技術(shù)性能★克服和解決環(huán)境污染問題要解決的問題6純電動汽車用動力電源系統(tǒng)的設計★在允許的尺設計流程6純電動汽車用動力電源系統(tǒng)的設計設計流程6純電動汽車用動力電源系統(tǒng)的設計確定的參數(shù)與解決的問題6純電動汽車用動力電源系統(tǒng)的設計（1）電氣特性：標稱電壓及運行電壓范圍標稱容量及可用容量范圍電源系統(tǒng)常規(guī)放電電流電源系統(tǒng)充電要求（2）功率特性電源系統(tǒng)最大輸出功率及持續(xù)時間電源系統(tǒng)最大反饋功率及持續(xù)時間（3）環(huán)境特性電源系統(tǒng)使用溫度范圍充電溫度范圍貯存溫度范圍確定的參數(shù)與解決的問題6純電動汽車用動力電源系統(tǒng)的設計（確定的參數(shù)與解決的問題6純電動汽車用動力電源系統(tǒng)的設計（4）物理特性電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成與尺寸電源系統(tǒng)質(zhì)量其他機械性能、防護性能等要求（5）BMS要求

BMS具備的管理與保護功能（最大程度避免電池過充過放）

電池的SOC、SOH判斷通訊方式及收發(fā)器件設計要求

電氣控制要求及通訊協(xié)議（6）整車接口要求物理接口：包括電池安裝、固定方式、冷卻介質(zhì)的空間走向、相關(guān)管路電氣接口：包括整車線束定義及技術(shù)規(guī)范、連接件的型號及管腳定義通訊接口：包括與整車的通訊、BMS內(nèi)部通訊、與充電機通訊確定的參數(shù)與解決的問題6純電動汽車用動力電源系統(tǒng)的設計（需要了解的整車信息6純電動汽車用動力電源系統(tǒng)的設計

對整車的了解越詳細，設計的電源系統(tǒng)越完善。不僅僅是電機、整車控制策略等會影響到電源系統(tǒng)的設計，整車的質(zhì)量、尺寸、空間、運行工況等均需進行詳細了解。填寫產(chǎn)品信息輸入表。1）整車參數(shù)2）整車電機參數(shù)3）整車要求的續(xù)駛里程4）反饋功率5）電源系統(tǒng)安裝空間尺寸，安裝固定要求6）電源系統(tǒng)質(zhì)量要求7）充電方式及接口8）車輛行駛工況9）使用環(huán)境溫度范圍10）充電環(huán)境溫度范圍11）輔助系統(tǒng)功率要求12）輔助電源特征參數(shù)需要了解的整車信息6純電動汽車用動力電源系統(tǒng)的設計對整謝謝！謝謝！鋰電系統(tǒng)研究所陳保貴鋰電單體及系統(tǒng)集成知識鋰電系統(tǒng)研究所陳保貴鋰電單體及系統(tǒng)集成知識目錄一、鋰電池單體性能二、大容量電池與小容量電池并聯(lián)特征三、小電池并聯(lián)與大電池的安全性比較四、不同結(jié)構(gòu)的電池特性五、電池組合形式六、純電動汽車用動力電源系統(tǒng)的設計目錄一、鋰電池單體性能動力型圓柱電池規(guī)格表1鋰電池單體性能動力型圓柱電池規(guī)格表1鋰電池單體性能容量型圓柱鋰電池規(guī)格表1鋰電池單體性能容量型圓柱鋰電池規(guī)格表1鋰電池單體性能大容量電池的特點2大容量電池和小容量電池并聯(lián)特征★優(yōu)點組合方便指標占優(yōu)勢（體積比能量、質(zhì)量比能量等）組合方便，僅需考慮串聯(lián)組合★缺點工藝復雜，合格率低內(nèi)部電流密度、溫度的分布均勻性部分結(jié)構(gòu)電池（如軟包裝等，引流能力受限）大容量電池的特點2大容量電池和小容量電池并聯(lián)特征★優(yōu)點小容量電池的特點2大容量電池和小容量電池并聯(lián)特征★優(yōu)點電池表面積/體積大，散熱性能好圓柱：比表面積/體積=2*(1/h+1/r),其中，h指高度，r指半徑；方形電池時，比表面積/體積=2*（1/a+1/b+1/c），a、b、c分別指電池的長、寬、高）安全系數(shù)高★缺點大容量電池需并聯(lián)應用串并聯(lián)組合設計復雜，組合成本高串并聯(lián)組合體積大，影響部分應用小容量電池的特點2大容量電池和小容量電池并聯(lián)特征★優(yōu)點電動汽車對電池安全性的要求★安全性是電動汽車第一指標?！镫妱悠囯姵氐氖褂锰攸c：高速移動、劇烈震動、高溫工作、快速充放電，潛在著撞擊、刺傷、短路、跌落、浸水、火燒、甚至槍擊的可能性?！镆虼耍妱悠噷恿﹄姵氐陌踩砸髽O高，對百萬分之一的非安全概率都會造成極其嚴重的后果，它意味著大陸年產(chǎn)100萬輛新能源汽車每年都要發(fā)生多起安全事故?！飳︿噭恿﹄姵乜蒲?、生產(chǎn)、使用過程：召回制度、安全隱患對鋰電池企業(yè)是致命性的打擊。★安全、安全、再安全是鋰動力電池永久的話題。3小電池并聯(lián)與大電池的安全性比較電動汽車對電池安全性的要求★安全性是電動汽車第一指標。3小世界上沒有絕對安全的電池★電池是能量的載體，本質(zhì)上就存在不安全因素?！锊煌碾娀瘜W體系，不同的容量，使用工藝參數(shù)，使用環(huán)境，使用程度，都對安全性有較大的影響?！锼械陌踩跃c溫度有關(guān)：控制溫度的重要性?！锼须姵匕ㄒ淮坞姵?、各類二次電池，均存在安全性問題3小電池并聯(lián)與大電池的安全性比較世界上沒有絕對安全的電池★電池是能量的載體，本質(zhì)上就存在不安安全性本質(zhì)：電池中的能量以20Ah鋰離子電池為例:★

20Ah（3.6V）

72Wh259.2KJ★

1克TNT4.20KJ★

20Ah鋰離子電池的能量

61.7克TNT能量3小電池并聯(lián)與大電池的安全性比較20Ah鋰離子電池僅存儲的電能相當于61.7克TNT炸藥的能量。以上計算還未計電解液燃燒所含能量，及正極活性物質(zhì)分解的能量。安全性本質(zhì)：電池中的能量以20Ah鋰離子電池為例:3小電池電解液的能量★鋰離子電池的電解液用量

6mL/AH★汽油的密度

0.71克/mL★

1克汽油

42KJ★

1克TNT4.183KJ★

1Ah電池的電解液能量

178.9KJ★

1Ah電池的電解液能量

42.6克TNT★

20Ah電池的電解液能量

832克TNT3小電池并聯(lián)與大電池的安全性比較注意：該能量不具備直接爆炸條件電解液的能量★鋰離子電池的電解液用量6mL/AH3小電安全性結(jié)論1、電池容量越高，貯存能量越多，安全性越差2、保護措施

外置保護電路內(nèi)裝置PTC（但會增加電池內(nèi)阻）電解液添加阻燃劑（會影響電池性能）3、熱管理的重要性4、外部保護不能解決電池內(nèi)部問題

電池設計質(zhì)量控制

PACK設計3小電池并聯(lián)與大電池的安全性比較安全性結(jié)論1、電池容量越高，貯存能量越多，安全性越差3小電安全性比較★小容量電池容易實現(xiàn)過充過放保護措施(單體電池保護設計）電池容量低，出現(xiàn)問題能量釋放少，對周圍電池影響小★大容量電池保護措施少內(nèi)部問題釋放能量大，連鎖反應引起周圍電池故障，安全失控3小電池并聯(lián)與大電池的安全性比較安全性比較★小容量電池3小電池并聯(lián)與大電池的安全性比較結(jié)構(gòu)特點比較4不同結(jié)構(gòu)的電池特性結(jié)構(gòu)特點比較4不同結(jié)構(gòu)的電池特性電池結(jié)構(gòu)4不同結(jié)構(gòu)的電池特性

軟包裝

圓柱

方形電池結(jié)構(gòu)4不同結(jié)構(gòu)的電池特性軟包裝圓柱方形電池結(jié)構(gòu)4不同結(jié)構(gòu)的電池特性電池結(jié)構(gòu)4不同結(jié)構(gòu)的電池特性代表性廠家4不同結(jié)構(gòu)的電池特性★圓柱形產(chǎn)品：A123、Valance、力神、CENS、微宏、新太行等★方形電池：星恒、雷天、洛陽天空、力神、ATL、國軒等★軟包裝：中信國安、萬向、雙登、豐江、環(huán)宇等相對來講，純電動汽車用軟包裝（方形外殼）和方形電池居多，混合電動車用圓柱和方形（金屬殼體）居多。代表性廠家4不同結(jié)構(gòu)的電池特性★圓柱形產(chǎn)品：A123、Va圓柱電池組合形式5電池組合形式拼裝卡板模塊內(nèi)部組合示意圖圓柱電池組合形式5電池組合形式拼裝卡板模塊內(nèi)部組合示意圖方形電池組合形式5電池組合形式方形電池組合形式5電池組合形式軟包裝電池組合形式5電池組合形式軟包裝電池組合形式5電池組合形式串并聯(lián)組合設計注意點5電池組合形式★如何降低電池組合的內(nèi)阻★串聯(lián)容量的一致性★并聯(lián)內(nèi)阻的均勻性★單體電池電流的均勻性串并聯(lián)組合設計注意點5電池組合形式★如何降低電池組合的內(nèi)阻動力電源系統(tǒng)設計目的6純電動汽車用動力電源系統(tǒng)的設計

根據(jù)整車的設計要求，為其提供具有最佳使用性能的動力電源系統(tǒng)?！锇踩砸蟆镫娦阅芤蟆镫姵剡x型與系統(tǒng)配置動力電源系統(tǒng)設計目的6純電動汽車用動力電源系統(tǒng)的設計根要解決的問題6純電動汽車用動力電源系統(tǒng)的設計★在允許的尺寸、重量范圍內(nèi)進行結(jié)構(gòu)和工藝設計，使其滿足整車系統(tǒng)的用電要求★尋找簡單可行的工藝★降低成本★在條件許可的情況下，提高產(chǎn)品的技術(shù)性能★克服和解決環(huán)境污染問題要解決的問題6純電動汽車用動力電源系統(tǒng)的設計★在允許的尺設計流程6純電動汽車用動力電源系統(tǒng)的設計設計流程6純電動汽車用動力電源系統(tǒng)的設計確定的參數(shù)與解決的問題6純電動汽車用動力電源系統(tǒng)的設計（1）電氣特性：標稱電壓及運行電壓范圍標稱容量及可用容量范圍電源系統(tǒng)常規(guī)放電電流電源系統(tǒng)充電要求（2）功率特性電源系統(tǒng)最