磷酸鐵鋰電池

磷酸鐵鋰電池9/2/2023第1頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月XTB9-321A型間隙式涂布機LDHY500-N55連軋生產(chǎn)線M12-500-2-DZ型涂布機轉(zhuǎn)盤式抽氣封邊機9/2/2023第2頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月正極材料——磷酸鐵鋰磷酸鐵鋰（LiFePO4，簡稱LFP，也叫鋰鐵磷）電池是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池，其工作原理和鋰離子電池是一樣的。LiFePO4正確的化學式為LiMPO4，（M可以是任何金屬，如Fe，Co，Mn，Ti等）。其物理結(jié)構(gòu)為橄欖石結(jié)構(gòu)，從結(jié)構(gòu)來看，可以用在鋰離子電池的正極材料還有AyMPO4,Li1-xMFePO4,LiFePO4.MO等都可以做正極材料。其特色是不含貴重元素，原料價格低且磷，鐵，鋰在地球上的資源含量豐富，供料不會存在很大問題。除具有鋰電池的共性特點外，還有一些特有的優(yōu)點，比如其工作電壓適中（3.2V），容量大(170mAh/g)，高放電功率，可快速充電且循環(huán)壽命長（高達2000次），在高溫與高熱環(huán)境下的穩(wěn)定性高。`9/2/2023第3頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月2.碳熱還原法碳熱還原法也是高溫固相法中的一種，是比較容易工業(yè)化的合成方法，多數(shù)以磷酸二氫鋰(LiH2PO4)、三氧化二鐵(Fe2O3)或四氧化三鐵、蔗糖為原料，均勻混合后，在高溫和氬氣或氮氣保護下焙燒，碳將三價鐵還原為二價鐵，也就是通過碳熱還原法合成磷酸鐵鋰。優(yōu)點：解決了在原料混合加工過程中可能引發(fā)的氧化反應，使合成過程更為合理，同時改善了材料的導電性。缺點：反應時間相對過長，溫度難以控制，產(chǎn)物一致性要求的控制條件更為苛刻，難以適應工業(yè)化生產(chǎn)。3.水熱合成法水熱合成法屬于濕法范疇，它是以可溶性亞鐵鹽、鋰鹽和磷酸為原料，在水熱條件下直接合成LiFePO4，由于氧氣在水熱體系中的溶解度很小，水熱體系LiFePO4的合成提供了優(yōu)良的惰性環(huán)境。優(yōu)點：水熱法可以在液相中制備超微細顆粒，原料可以在分子級混合。具有物相均勻、粉體粒徑小以及操作簡便等優(yōu)點，且具有易量產(chǎn)、產(chǎn)品批量穩(wěn)定性好、原料價廉易得的優(yōu)點。同時生產(chǎn)過程中不需要惰性氣氛。缺點：水熱合成法制備的產(chǎn)物結(jié)構(gòu)中常常存在著鐵的錯位，生成了亞穩(wěn)態(tài)FePO4，影響了產(chǎn)物的化學及電化學性能。同時也存在粒徑不均勻、物相不純凈、設備投資大(耐高溫高壓反應器的設計制造難度大，造價也高)或工藝較復雜的缺點。正極材料的生產(chǎn)工藝9/2/2023第4頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月另外，溶膠—凝膠合成法、液相共沉淀法、微波合成法等也應用在制備LFP原材料上。這些工藝都有各自的優(yōu)缺點，但目前通過改良工藝后，應用比較廣泛的還是前3種，美國的A123和加拿大的Phostech公司采用固相法，美國的Valence公司采用碳熱還原法，LG化學利用連續(xù)水熱合成法。在材料制備過程中，導電碳包覆是LiFePO4制備過程中的一項關(guān)鍵技術(shù)。A123通過在箔體表面預先涂敷一層高品質(zhì)導電碳層，有效的降低了電池的內(nèi)阻，提升了磷酸鐵鋰電池的大倍率放電能力。磷酸鐵鋰生產(chǎn)的工藝流程儲料混合/球磨檢驗入庫燒結(jié)品處理中間體燒結(jié)中間體處理預燒結(jié)9/2/2023第5頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月優(yōu)點LiFePO4電池的標稱電壓是3.2V（穩(wěn)定的放電平臺）、終止充電電壓是3.6V、終止放電壓是2.0V;比容量大，高效率輸出：標準放電為2～5C、連續(xù)高電流放電可達10C，瞬間脈沖放電（10S）可達20C；3.工作溫度范圍寬廣（-20℃——＋75℃

），高溫時性能良好：外部溫度65℃時內(nèi)部溫度則高達95℃，電池放電結(jié)束時溫度可達160℃，電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)安全、完好；4.即使電池內(nèi)部或外部受到傷害，電池不燃燒、不爆炸、安全性最好；5.極好的循環(huán)壽命，經(jīng)500次循環(huán)，其放電容量仍大于95%；實驗室制備的磷酸鐵鋰單體電池在進行IC的循環(huán)測試時，循環(huán)壽命高達2000次。9/2/2023第6頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月6.過放電到零伏也無損壞，零電壓存放7天后電池無泄漏，性能良好，容量為100%；存放30天后，無泄漏、性能良好，容量為98%；存放30天后的電池再做3次充放電循環(huán)，容量又恢復到100%。7.可快速充電，自放電少，無記憶效應：可大電流2C快速充放電，在專用充電器下，1.5C充電40分鐘內(nèi)即可使電池充滿，起動電流可達2C；8.低成本；9.對環(huán)境無污染。9/2/2023第7頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月缺點導電性差：目前在實際生產(chǎn)過程中通過在前驅(qū)體添加有機碳源和高價金屬離子聯(lián)合摻雜的辦法來改善材料的導電性（A123、煙臺卓能正采用這種方法），研究表明，磷酸鐵鋰的電導率提高了7個數(shù)量級，使磷酸鐵鋰具備了和鈷酸鋰相近的電導特性。2.鋰離子擴散速度慢。目前采取的解決方案主要有納米化LiFePO4晶粒，從而減少鋰離子在晶粒中的擴散距離，再者就是摻雜改善鋰離子的擴散通道，后一種方法看起來效果并不明顯。納米化已經(jīng)有較多的研究，但是難以應用到實際的工業(yè)生產(chǎn)中，目前只有A123宣稱掌握了LiFePO4的納米化產(chǎn)業(yè)技術(shù)。9/2/2023第8頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月3.振實密度較低。一般只能達到0.8-1.3，低的振實密度可以說是磷酸鐵鋰的最大缺點。但這一缺點在動力電池方面不會突出。因此，磷酸鐵鋰主要是用來制作動力電池。4.磷酸鐵鋰電池低溫性能差。在0℃時的容量保持率約60～70％，-10℃時為40～55％，-20℃時為20～40％。這樣的低溫性能顯然不能滿足動力電源的使用要求。當前一些廠家通過改進電解液體系、改進正極配方、改進材料性能和改善電芯結(jié)構(gòu)設計等使磷酸鐵鋰的低溫性能有所提升。9/2/2023第9頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月工作原理：

當外部電源給電池充電,此時正極上的電子e從通過外部電路跑到負極上,鋰離子Li+從正極“跳進”電解液里，“爬過”隔膜上彎彎曲曲的小洞，“游泳”到達負極，與早就跑過來的電子結(jié)合在一起。當電池放電時，機理與充電是剛好是相反的，以LiFePO4為例，其化學反應方程式為：9/2/2023第10頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈：在上游原材料中，正極材料是鋰電池中最為關(guān)鍵的原材料，直接決定了電池的安全性能和電池能否大型化，同時也是鋰電池成本占比最高的材料，約占鋰電池電芯材料成本的1/3左右。9/2/2023第11頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月LFP電池放電曲線以STL18650為例，在不同放電倍率和不同溫度下放電曲線。高效率輸出工作溫度范圍廣9/2/2023第12頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月正極材料——磷酸鐵鋰與錳酸鋰的電性能比較生產(chǎn)鋰離子動力電池必然要對正極材料進行選擇。雖然從理論上講，可以提供選擇的正極材料品種繁多，但是目前真正可以應用商業(yè)生產(chǎn)用途的鋰離子正極材料很少，歸納下來只有磷酸鐵鋰、錳酸鋰材料。下面我們對兩種材料進行一下對比：9/2/2023第13頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月通過以上比較，兩種正極材料各自存在的優(yōu)勢和劣勢，但磷酸鐵鋰的原物料來源更廣泛，價格更低廉，最重要的一點是它無環(huán)境污染。并且它存在的一些缺點現(xiàn)在已經(jīng)有廠家通過技術(shù)手段已經(jīng)大部分改進了，并且已經(jīng)能夠很好地商業(yè)化運作了。9/2/2023第14頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月目前國際上在磷酸鐵鋰領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)主要有3家，分別是美國的A123，加拿大的Phostech以及美國的Valence，掌握較為成熟的量產(chǎn)技術(shù)。2008年LFP全球供應量為1500噸左右，其中美國A123供應750噸，國內(nèi)廠商供應500噸左右，其中斯特蘭幾乎占一半的份額。LFP國際主要廠商及產(chǎn)能9/2/2023第15頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月LFP材料國內(nèi)企業(yè)情況表9/2/2023第16頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月國內(nèi)前9位LFP材料企業(yè)9/2/2023第17頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月美國A123和Valence公司報價在20－30萬/噸，而日本錳酸鋰產(chǎn)品也在20－30萬/噸。磷酸鐵鋰目前國內(nèi)廠家的產(chǎn)品報價一般在15－18萬/噸，產(chǎn)品的毛利率在40％—70％。全國磷酸鐵鋰廠商產(chǎn)能約6400噸，但實際量產(chǎn)數(shù)遠低于產(chǎn)能數(shù)，不足產(chǎn)能的1/10。國內(nèi)磷酸鐵鋰雖然在價格上有優(yōu)勢，但在純度、粒度、粒度分布、工藝重復性與國外同類產(chǎn)品相比仍有差距。斯特蘭2009年，新建產(chǎn)能達產(chǎn)后，其具備2000噸/年的產(chǎn)能，實際產(chǎn)能為500噸/年，計劃在2年內(nèi)達成4000噸/年的產(chǎn)能。LFP材料國內(nèi)外廠商市場狀況9/2/2023第18頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月目前磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)化過程中成品率低，產(chǎn)品批次間穩(wěn)定差，如果磷酸鐵鋰電池的成品率能夠提高到90％，將會使它的成本降低到目前的50％左右，從而能夠大規(guī)模商業(yè)化應用。每一部電動汽車有大約200-300公斤重的鋰電池，這些鋰電池需要60公斤的磷酸鐵鋰，年產(chǎn)100萬輛電動汽車每年就需要6萬噸磷酸鐵鋰。但是，目前全球可查的產(chǎn)能是1500噸，潛在的供需缺口非常大，導致磷酸鐵鋰的利潤率高達70%。相比之下，普通新能源汽車只有20%左右的利潤率，動力電池利潤率達到30%到40%，電池材料利潤率是最高的，正極材料目前是整個鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的核心。LFP材料國內(nèi)外廠商市場狀況9/2/2023第19頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月正極材料的工藝極大地影響了電池的性能，因此提高和改良工藝是電池產(chǎn)業(yè)化的一個重要的因素。下面我們來了解幾種工藝法，比較一下各自的優(yōu)缺點：1.高溫固相法

高溫固相法是磷酸鐵鋰生產(chǎn)的主要方法，也是最成熟的方法。通常以鐵鹽(如草酸亞鐵FeC2O4·2H2O)、磷酸鹽(如磷酸氫二銨(NH4)2HPO4)和鋰鹽(如碳酸鋰Li2CO3)為原料，按化學計量比充分混勻后，在惰性氣氛中先經(jīng)過較低溫預分解，再經(jīng)高溫焙燒，研磨粉碎制成。優(yōu)點：高溫固相合成法操作及工藝路線設計簡單，工藝參數(shù)易于控制，制備的材料性能穩(wěn)定，易于實現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。缺點：①粉體原料需要長時問的研磨混合，且混合均勻程度有限，摻雜改性效果差；②要求較高的熱處理溫度和較長的熱處理時間，能耗大；③產(chǎn)物在組成、結(jié)構(gòu)、粒度分布等方面存在較大差別，易出現(xiàn)Fe的雜質(zhì)相；④材料電化學性能不易控制；⑤采用的草酸亞鐵比較貴，材料制造成本較高；反應時需要大量的惰性保護氣體，惰性氣體成本較高；⑥同時燒結(jié)過程中會產(chǎn)生氨氣、水、二氧化碳，他們在爐膛內(nèi)經(jīng)過冷卻的過程時會產(chǎn)生碳酸氫銨晶體顆粒而造成產(chǎn)品的污染。此外，氨氣的產(chǎn)生不利于環(huán)保，應進一步增加尾氣處理設備。9/2/2023第20頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月磷酸鐵鋰的上游產(chǎn)業(yè)是碳酸鋰，原材料的資源豐富與否也極大地影響了產(chǎn)業(yè)鏈，下面我們對上游產(chǎn)業(yè)做一個分析：從以上的圖可以看到，中國的鋰儲量位居全球第二，占13％。另外，據(jù)SQM2008年年報數(shù)據(jù)顯示，2008年全球碳酸鋰產(chǎn)能在12－15萬噸，產(chǎn)量在9.2萬噸，其中中國占22％。磷酸鐵鋰上游產(chǎn)業(yè)2008年全球碳酸鋰產(chǎn)量全球鋰儲量餅圖9/2/2023第21頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月碳酸鋰按照純度可以分為工業(yè)級98～99％、醫(yī)藥級98.5％、電池級99.5％、高純級99.99～99.999％，國內(nèi)廠商生產(chǎn)碳酸鋰主要集中在工業(yè)級別，電池級產(chǎn)能占總產(chǎn)能的1/3。進入碳酸鋰行業(yè)必須具備兩大要素：碳酸鋰主要原料是鹽湖鹵水（礦石法由于成本高在全球產(chǎn)能很?。M入企業(yè)必須擁有鋰資源豐富的鹽湖資源，全球鹽湖以高鎂低鋰型為主，提純分離碳酸鋰的工藝技術(shù)難度大，這些技術(shù)掌握在國外公司手中。國內(nèi)擁有大型鹽湖、具有鹵水制鋰條件的僅有青海國安、西藏礦業(yè)和青海鋰業(yè)，由于提純工藝還存在一定差距，實際產(chǎn)能遠未達到規(guī)劃產(chǎn)能，且主要以工業(yè)級碳酸鋰為主。其中西藏礦業(yè)資源最豐富，保守估計有200萬噸碳酸鋰儲量，08年產(chǎn)能2600噸，遠期規(guī)劃2萬噸。碳酸鋰技術(shù)市場狀況9/2/2023第22頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月年產(chǎn)200噸磷酸鐵鋰設備和原材料預算9/2/2023第23頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月鋰電池原材料—電解液一：電解液材料組成使用碳酸酯作為溶劑時，因為閃點較低，在較低的溫度下即會閃燃，安全性較差。氟代溶劑（包括氟代酯和氟代醚）具有較高的閃點甚至無閃點，有利于抑制電解液的燃燒。氟代劑對電池性能損害較小，抑制電解液燃燒效果明顯，但氟化物的使用將大大增加鋰離子電池的生產(chǎn)成本。目前商用鋰離子電池以EC2DMC為溶劑，以LiPF6為鋰鹽，具有較高的離子導電率與較好的電化學穩(wěn)定性。9/2/2023第24頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月電解液約占鋰電池成本12％，毛利率約40％，是鋰電產(chǎn)業(yè)鏈中盈利能力較強的環(huán)節(jié)之一。目前全國產(chǎn)能約1.8萬噸，供需基本平衡。目前國內(nèi)電池生產(chǎn)商電解液配套已基本實現(xiàn)國產(chǎn)化，只有少部分使用進口電解液。二：電解液國內(nèi)市場狀況國內(nèi)鋰離子電解液生產(chǎn)企業(yè)From：申萬研究2009面向高端市場9/2/2023第25頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月核心原材料LiPF6有待突破。電解液主要原材料為LiPF6，占電解液成本的50％左右，售價超過30萬元/噸，毛利率約60％。由于生產(chǎn)技術(shù)難度非常高，目前被關(guān)東電化學工業(yè)、SUTERAKEMIFA、森田化學等幾家日本企業(yè)壟斷。森田化學在江蘇揚子江化工園有年產(chǎn)600噸的生產(chǎn)線，其中300多噸供給森田。國內(nèi)電解液生產(chǎn)廠家所用LiPF6基本都從日本企業(yè)采購，只有天津金牛擁有80噸產(chǎn)能，全部自用。三：電解液核心原材料LiPF6主要生產(chǎn)企業(yè)9/2/2023第26頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月抽真空封裝后成為單體電池卷好的負正負極片電解液正極片隔膜負極片正極材料鋁箔負極材料銅箔涂覆涂覆卷繞放入電池外外殼里注入電池外外殼里鋰電芯（cell）生產(chǎn)流程圖配料烘烤焊接自動裝配連續(xù)軋片涂布裁切鋁塑配組續(xù)充分容包裝注液預充化成鋰電池模組生產(chǎn)流程簡圖9/2/2023第27頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月磷酸鐵鋰電芯工藝中的問題關(guān)于配方的問題，鐵鋰材料的差異性比較大。比表面的大小影響了粘結(jié)劑PVDF的用量和種類，材料本身的導電率又影響著導電炭黑的量。關(guān)于粘結(jié)性的問題，Phostech和Valence基本代表了目前鐵鋰材料的最高水平。關(guān)于加工性能的問題，就是通過溶劑NMP的量來大體判斷，NMP的用量越大，材料的比表面越大，反映出來的加工性能表現(xiàn)越不理想。此外NMP的量對涂布過程的影響也是巨大的，而這點又和漿料粘度的控制有關(guān)。在涂布之前還有一個漿料處理過程。至于涂布過程，涂布速度和涂布溫度也會有一定的影響。關(guān)于極片的壓實密度問題，這個參數(shù)與面密度有著密切的關(guān)系，極片的烘烤溫度也有重要影響。至于電池卷芯的入殼以及內(nèi)部并聯(lián)，如何解決多芯內(nèi)部并聯(lián)所帶來的一系列問題。9/2/2023第28頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月磷酸鐵鋰卷芯壓芯的問題，對卷芯進行此項操作是很容易造成邊緣極粉的脫落，尤其是里層的脫落，如果極片較硬，此種現(xiàn)象更為明顯，這對電池性能有著及其惡化的影響。關(guān)于電解液的注液量應該細化，太多了造成成本提升，太低影響容量的發(fā)揮以及安全隱患。關(guān)于注液后的活化問題，鈷酸鋰電池體系采用高溫老化，對于鐵鋰能否采用類似的辦法我們還需要深入探討。電池的化成制度每個公司都不盡一樣，但此工序的一個最重要的目的是SEI的形成過程，在此過程會產(chǎn)生一部分氣體，所以我們在制作鋼殼電池有了開口化成。SEI膜的形成對后續(xù)的電化學過程有著重要的影響，優(yōu)良的化成制度是重要的。對從事鋰電池技術(shù)研發(fā)來說，這個過程很關(guān)鍵，我們可以考察鋰電池的首次庫侖效率。磷酸鐵鋰的電導率較低，建議采用小電流制度活化，這個是大有益處的。電池的整個流程有了一個大致了解以后，我們必需強調(diào)一點水分是鋰電池的最大敵人，控制水分是最基本的要求。磷酸鐵鋰電芯工藝中的問題9/2/2023第29頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月目前存在問題及現(xiàn)狀：當前動力鋰電池電源系統(tǒng)發(fā)展的主要問題是：動力電池成組后安全性和使用壽命顯著下降，甚至頻繁發(fā)生電池燃燒、爆炸等嚴重事故。造成上述問題的主要原因是動力鋰電池成組技術(shù)、成組應用技術(shù)和設備研究滯后；實現(xiàn)動力鋰電池系統(tǒng)集成，為用戶提供動力鋰電池系統(tǒng)集成技術(shù)和產(chǎn)品，是解決當前面臨的問題，推動動力鋰電池發(fā)展的重要課題。

目前，單體動力鋰電池已經(jīng)基本具備推廣應用條件，但現(xiàn)有的成組技術(shù)、成組應用技術(shù)和設備水平還不成熟。也就是說，單體動力鋰電池基本解決了安全和壽命問題，推動動力鋰電池發(fā)展的關(guān)鍵是電池成組技術(shù)和BMS技術(shù)。電源管理系統(tǒng)存在的必要性和重要性：過充過放對電池的損害都是致命的，不同之處僅在于過充產(chǎn)生大量氣體、易自燃和爆炸、表象劇烈，過放外觀變化和緩、但失效速度卻極快，在正常使用中都應嚴格避免出現(xiàn)。對于單體電池而言，在充放電的過程中，如果過充或者過放電都會造成電池內(nèi)阻增大，負極析鋰，容量減小等一系列問題，使電池在使用過程中存在安全和壽命縮短的問題。對于電池組而言，在成組之前就需要單體電池的電性能基本一致，在使用過程中也需要保持各個單體電池的性能一致性，這樣電池才能盡量發(fā)揮1＋1>1的效果。動力電池電源管理系統(tǒng)9/2/2023第30頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月動力電池電源管理系統(tǒng)電源管理系統(tǒng)的構(gòu)造：電池管理系統(tǒng)是對電池的性能和狀態(tài)了解最為全面的設備，所以將電池管理系統(tǒng)和充電機之間建立聯(lián)系，就能使充電機實時地了解電池的信息，從而更有效地解決電池的充電時產(chǎn)生一些的問題。目前電池管理系統(tǒng)都是基于單體電池的電壓、電流、溫度等SOC狀態(tài)的。電池管理系統(tǒng)對電池組的使用過程進行管理，對電池組中各單體電池的狀態(tài)進行調(diào)整，可以在一定程度上維系電池組中各單體電池的狀態(tài)一致性，避免電池狀態(tài)差異造成電池組性能的加速衰退。動力鋰電池發(fā)展需要電池生產(chǎn)工藝控制水平的提高，科學的電池篩選和配組方法及有效的電池管理系統(tǒng)共同推動。BSMS不僅可實時跟蹤采集數(shù)據(jù)記錄，更能對充放電進行實時控制。

BSMS基本結(jié)構(gòu)

9/2/2023第31頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月磷酸鐵鋰電池鋰離子脫嵌與充電曲線對應關(guān)系磷酸鐵鋰電池在快充滿電時，鋰離子幾乎完全從正極脫嵌到負極，電池端電壓會快速上升，出現(xiàn)充電曲線的上翹現(xiàn)象，這樣會導致電池很容易達到過充電保護電壓。因此磷酸鐵鋰電池組中某些電池充不滿電的現(xiàn)象會很明顯。這個就需要電池管理系統(tǒng)的檢測精度提高，這樣可以很敏感地探測電壓，可以極好的防止過充。9/2/2023第32頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月動力電池電源管理系統(tǒng)電源管理系統(tǒng)功能監(jiān)測功能：

監(jiān)測功能是電源管理系統(tǒng)功能最基本的功能，其為管理功能提高可靠的數(shù)據(jù)。監(jiān)測內(nèi)容包括電池的端電壓，電流，溫度等參數(shù)。保護功能：

保護功能包括過充保護、過放保護、短路保護、反接保護、過載保護、溫度保護等。計量功能：

計量功能是對電池在使用過程中的SOC狀態(tài)進行動態(tài)報告，從理論上來講，電池的電壓和容量存在一定的對應關(guān)系，通過在使用過程中的SOC數(shù)據(jù)和理論的SOC數(shù)據(jù)來對比，判斷電池的壽命?？刂乒δ埽和ㄟ^接口和通訊協(xié)議將電池的狀態(tài)與外接連接，實現(xiàn)自控或者遠程遙控的功能。

9/2/2023第33頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月9/2/2023第34頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月目前磷酸鐵鋰電池的出現(xiàn)推動了汽車業(yè)的發(fā)展，依照電池在汽車上的應用程度來分類，電動汽車分類如下表：電動汽車分類9/2/2023第35頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月汽車新動力系統(tǒng)發(fā)展roadmap9/2/2023第36頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月HEV/PHEV/EV對電池電性能的要求9/2/2023第37頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月不同類型電動車對電池性能的需求（一）9/2/2023第38頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月HEV運行模式：電池始終處于荷電保持中，即不單獨要求對電池充電，由此稱為CS（ChargeSustaining）單一型。要求電池系統(tǒng)在55％SOC，3000cycles壽命內(nèi)，電池組能量輸出保持300－500Wh與脈沖功率保持25－40KW（10sec）輸出能力，對電池的要求屬于功率型電池。Plug－inHEV中的EV運行模式：電池需要單獨運行和單獨充電，稱為荷電耗盡型（CD-B型，ChargeDepleting）；要求電池提供的能量可以確保單獨運行的距離為10－40英里，且在1000深循環(huán)中得到保持；PureEV模式：全電工作和充電要求；稱為荷電耗盡（DCchargedepleting）單一型；要求在1000次深循環(huán)中，可以輸出確保車輛行使300英里以上的距離，對電池的要求屬于能量型。不同類型電動車對電池性能的需求（二）9/2/2023第39頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月科技部863計純電動車用鋰離子電池技術(shù)指標要求

9/2/2023第40頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月USABC設定的純電動汽車（EV）用電池達到商用化的性能、成本要求美國能源建設部（USABC）設定鋰電池成本發(fā)展目標是到2012年降低到$500/Wh、2014年降低到$300/Wh。這一成本下降過程將使電動續(xù)航里程10－40km的PHEV獲得經(jīng)濟有效性。商用化的成本最低要求是$150/Wh，考慮到物價因素，調(diào)整為$230/Wh。9/2/2023第41頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月動力電池分類（從材料來分）9/2/2023第42頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月動力電池原材料技術(shù)分析鉛酸電池由于自身性能限制了動力電源的發(fā)展且存在鉛污染，逐漸推出市場；鎳鎘也存在鎘污染，記憶效益嚴重，也基本推出動力電池市場；鎳氫電池是鎳鎘電池的改進，比能量能達到60－80Wh/kg，且具有充電速度快、基本無記憶效應、無環(huán)境污染，安全性高的特點，目前作為汽車動力電池的生產(chǎn)技術(shù)基本成熟。目前在動力電池行業(yè)，鎳氫電池占主導地位，而磷酸鐵鋰電池是處在產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期。較好的電池性能（尤其安全性）和制造技術(shù)成熟是鎳氫電池目前在全球普通混合動力汽車（HEV）電池中占主導地位。9/2/2023第43頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月鎳氫動力電池目前占主導地位主要是現(xiàn)有混合動力車的電池能量僅1－2kWh，不能純電動行使或純電動續(xù)航3km以下。從更長遠來看，鎳氫無法應用在PHEV、EV上。主要因為：鎳氫的比能量和能量密度無法滿足PHEV，EV的要求；原材料Ni(OH)2價格較高，制造大能量的電池成本將會更高；鎳氫電池技術(shù)發(fā)展基本成熟，電池性能提高和成本降低的空間非常有限。與鎳氫電池比較，鋰離子電池的優(yōu)點主要體現(xiàn)在：比能量、能量密度高，約為鎳氫電池的兩倍，能大幅提高電動汽車的續(xù)航能力；功率更高、自放電小、無記憶效應，這些特點都能提高電動車的使用便利性；原材料成本價格低；技術(shù)提升空間大，成本下降空間大。9/2/2023第44頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月動力電池原材料市場分析鎳氫電池由于技術(shù)成熟和安全性好，是目前混合動力汽車（HEV）電池的主要選擇，但難以滿足更高電動化程度需求；鋰電池是下一代電動車電池的最佳選擇，預計未來三年左右將替代鎳氫成為電動汽車電池的主流。國內(nèi)企業(yè)在鎳氫動力電池市場的機會窗較小，日本企業(yè)從混合動力汽車到鎳氫動力電池已建立絕對主導的產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢；鎳氫動力電池市場規(guī)模繼續(xù)成長的時間窗只有3年左右；并且鎳氫市場總?cè)萘坑邢?，高峰期估計不會超過20億美元。2010－2011年將是汽車廠商最新一代PHEV、EV推出的密集期，開始進入小批量生產(chǎn)階段，預計到2015年全球PHEV、EV銷量有望達到數(shù)十萬甚至百萬輛級別、正式進入規(guī)模生產(chǎn)階段。各種綠色汽車技術(shù)將長期共存、互為補充，綜合考慮技術(shù)成熟度和節(jié)能減排潛力，電動汽車尤其是插電式混合動力（PHEV）和純電動汽車（EV）很有可能成為中長期內(nèi)（2015－2030年）最重要的技術(shù)路徑。9/2/2023第45頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月國家對電動汽車的補助從4000元到6萬元不等，對電動大巴的補助更多。9/2/2023第46頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月純電動汽車結(jié)構(gòu)原理圖9/2/2023第47頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月鋰電池成本分析更具體來看，按照鋰電池組合程度，可分為鋰電池單元、鋰電池模塊、鋰電池組/包，其原材料成本、制造成本等。9/2/2023第48頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月羅蘭貝格對未來5年、10年的鋰電池單元的成本（歐元/千瓦時）預測在做出成本降低預測的基礎上，羅蘭貝格還預見到2015年全球（尤其是美國、日本）的車用鋰電池產(chǎn)能將達到實際需求的兩倍。產(chǎn)能過剩的同時，也會造成車用鋰電池行業(yè)的兼并重組，其預計未來5-7年內(nèi)全球?qū)⒅皇?-7家大型的車用鋰電池生產(chǎn)商。鋰電池單元成本預測9/2/2023第49頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月日立混合動力車用鋰離子電池量產(chǎn)線9/2/2023第50頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)展電動汽車用動力電池的社會意義：減少對石油的依賴程度；減少CO2的排放量，減緩全球溫室效應；優(yōu)良的電池性能有助于改善汽車的整體性能；9/2/2023第51頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月減少對石油的依賴程度中國石油總需求供需缺口中國原油需求和消費圖《BP世界能源統(tǒng)計2006》的數(shù)據(jù)表明，以目前的開采速度計算，全球石油儲量可供生產(chǎn)40年，煤炭可用160年，對于我國這樣一個多煤少油的國家而言，發(fā)展鋰電池新能源應用勢在必行。2009年我國石油對外依存度提高2.5個百分點，已到達53%。目前，我國原油消費60％用于交通用油，所以如何降低交通用油量，減少對原油進口的依賴程度有重要的意義。9/2/2023第52頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月減少CO2的排放量中國目前是世界上第二大CO2排放國，WWF預測到2010年中國將成為全球第一大CO2排放國，中國面臨著越來越大的碳減排壓力。從OICA的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，汽車尾氣排放已占據(jù)CO2排放總量的16％，因此，推廣使用清潔能源汽車，是勢在必行的一項重大舉措。汽車占CO2排放量的16％From：OICA9/2/2023第53頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)展電動汽車用動力電池的經(jīng)濟意義：電池是目前新能源汽車技術(shù)和成本上最大的瓶頸，同時也是新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈中利潤最豐厚的一環(huán)，而且豐厚利潤將長期維持；動力電池行業(yè)從無到有，市場容量從目前的十幾億到2018年的約325億，未來幾年是十幾倍的增長，巨大的增長空間將使整個產(chǎn)業(yè)鏈受益。電動汽車將帶動與產(chǎn)業(yè)配套的相關(guān)設備產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，如充電站，充電適配器，大功率充電設備連接器等。9/2/2023第54頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月汽車用動力鋰電池市場分析（一）目前全球鋰電池主要滿足手機，筆記本電腦，PDA等電子產(chǎn)品需求，市場規(guī)模為50億美元。未來5年、10年左右，電動汽車將推動鋰電池市場規(guī)模達約110、550億美元規(guī)模。全球鋰電池市場規(guī)模（億美元）預測

From：IIT中信建設研發(fā)部9/2/2023第55頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月國內(nèi)已經(jīng)有完整的鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈，比亞迪、比克等已居全球鋰電池行業(yè)前列，且在動力電池關(guān)鍵的電池組成領(lǐng)域并不落后國外廠商（比亞迪全球第一個推出商用插電式混合動力汽車F3DM，天津力神將與邁爾斯合作生產(chǎn)動力電池），產(chǎn)業(yè)整體的規(guī)模和技術(shù)競爭力并不明顯落后于國外。動力電池和電動汽車目前面臨的最大挑戰(zhàn)是降低成本，中國企業(yè)在降低電池制造成本中能發(fā)揮比日、美企業(yè)更大的作用。中國汽車產(chǎn)業(yè)在傳統(tǒng)的發(fā)動機技術(shù)上與國外差距大，資產(chǎn)沉淀少，政府和企業(yè)有更大動力推動電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。汽車用動力鋰電池市場分析（二）9/2/2023第56頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月全球鋰電池的產(chǎn)值增長趨勢From：IIT報告上述數(shù)據(jù)表明，在2003年－2018年鋰電池產(chǎn)業(yè)將保持較好的增長態(tài)勢，到2018年鋰電池產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值將達到320億美元。鋰電池市場未來的增長主要來源于電動汽車等動力鋰電池領(lǐng)域、筆記本電腦等小型鋰電領(lǐng)域?qū)︿囯姵匦枨蟮目焖僭鲩L，其中2018年電動汽車領(lǐng)域的鋰電池產(chǎn)值將占50％以上，超過160億美元。9/2/2023第57頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月目前國內(nèi)鋰電池生產(chǎn)結(jié)構(gòu)分析隨著國內(nèi)鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈的逐步完善，以及應用市場需求的逐步擴大，鋰電池市場將呈現(xiàn)持續(xù)性增長的趨勢，加上中國作為一個低廉的勞動成本和豐富的原材料資源大國，鋰電池市場格局將不再被日韓廠商所主導。9/2/2023第58頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月國內(nèi)鋰電池廠商多集中在廣東、深圳、浙江、天津等地，其中，深圳是國內(nèi)最大的鋰電池生產(chǎn)基地，有代表性的是比亞迪、比克、ATL等。9/2/2023第59頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月各國政府新能源汽車政策9/2/2023第60頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月1.十城千輛工程：由科技部、財政部、發(fā)改委、工業(yè)和信息化部于2009年元月共同啟動，主要內(nèi)容是，通過提供財政補貼，計劃用3年左右的時間，每年發(fā)展10個城市，每個城市推出1000輛新能源