3新能源汽車動力電池詳解

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動力電池詳解2019年動力電池動力電池系統(tǒng)結構詳解CONTENTS動力電池動力電池的定義動力電池的意義動力電池的結構與分類硫酸鐵鋰電池與三元電池的區(qū)別/01動力電池4什么是電池？電池技術是一項偉大的發(fā)明，有著精彩而悠久的歷史，電池英文“Battery”首次出現(xiàn)在1749年，它由美國發(fā)明家本杰明富蘭克林首次使用，當時他使用了一組串聯(lián)的電容器來進行電學實驗。他使用稀硫酸作電解液，解決了電池極化問題，制造出第一個不極化，能保持平衡電流的鋅─銅電池，又稱“丹尼爾電池”動力電池5什么是電池？隨著電池技術的進步，電池的容量和放電功率逐漸加強，同時電池的穩(wěn)定性也逐漸提高電池名稱丹尼爾電池干電池堿性電池鋰（金屬）電池鋰（離子）電池電池正極銅二氧化錳二氧化錳二氧化錳鋰合金金屬氧化物電池負極鋅鋅鋅金屬鋰石墨電解液稀硫酸氯化銨+碳粉氫氧化鉀非水電解質(zhì)溶液非水電解質(zhì)溶液動力電池6為什么不能直接普通電池作為動力電池？動力電池實際上就是為交通運輸工具提供動力來源的一種電源，它與普通電池有著差別1234相對于為便攜式電子設備提供能量的小型電池而言，動力電池是指為交通運輸工具提供動力的電池；普通電池是一種以鋰金屬或鋰合金為負極材料，使用非水電解質(zhì)溶液的一次電池，而動力電池是可充電電池鋰離子聚合物性質(zhì)不同動力電池可以在短短幾分鐘內(nèi)將電量放光，但是普通電池完全做不到，因此普通電池的放電能力完全無法與動力電池相比。動力電池與普通電池最大的差別，在于其放電功率大，比能量高。由于動力型電池主要用途為車用能源供給，所以相較于普通電池要有更高的放電功率放電功率不同在都是新電池的情況下，用放電儀測試電池容量，一般動力電池的容量在1000-1500mAh左右;而普通電池的容量在2000mAh以上，有的能到3400mAh電池容量不同為電動汽車提供驅(qū)動動力的電池被稱為動力電池，而手機、筆記本電腦等消費電子產(chǎn)品使用的鋰電池一般統(tǒng)稱為鋰電池，應用不同動力電池7動力電池的結構與分類之前我們了解過，鋰電池分為兩種：鋰金屬電池，也就是使用二氧化錳為正極材料，金屬鋰或其合金金屬為負極材料的電池；鋰離子電池，使用鋰合金金屬氧化物為正極材料，石墨為負極材料電池鋰金屬電池其性質(zhì)不夠穩(wěn)定而且不能充電，所以不屬于二次電池。對于新能源汽車來講，我們平時說的鋰電池，就是指鋰離子電池動力電池8動力電池的結構與分類因正極材料不同，鋰離子電池主要分為：磷酸鐵鋰（LFP），鎳酸鋰（LNO），錳酸鋰（LMO），鈷酸鋰（LCO），以及鎳鈷錳酸三元鋰（NCM）、鎳鈷鋁酸三元鋰（NCA），負極材料主要采用石墨碳材料正極材料化學成分結構能量密度循環(huán)壽命成本安全性磷酸鐵鋰LiFePO4橄欖石中高低高鎳酸鋰LiNiO2層狀高低高低錳酸鋰LiMn2O4尖晶石低中低中鈷酸鋰LiCoO2層狀中低高低鎳鈷鋁三元LiNiCoAlO2層狀高中中低鎳鈷錳三元LiNiCoMnO2層狀高高中低動力電池9磷酸鐵鋰電池與三元鋰電池的區(qū)別安全穩(wěn)定性三元材料磷酸鐵鋰＜能量密度三元材料磷酸鐵鋰＞＞＞低溫效能三元材料磷酸鐵鋰＞＞＞循環(huán)壽命三元材料磷酸鐵鋰≈動力電池系統(tǒng)結構詳解動力電池系統(tǒng)結構與設計流程電芯模塊系統(tǒng)/02動力電池系統(tǒng)結構詳解11動力電池系統(tǒng)結構動力電池系統(tǒng)內(nèi)部，除了作為能量載體的動力電池之外，還包含了很多內(nèi)容動力電池系統(tǒng)系統(tǒng)構成電池單體（電芯）電池管理系統(tǒng)監(jiān)控單元管理單元執(zhí)行單元傳感器電壓電業(yè)溫度熱管理系統(tǒng)水冷管風扇閥門線束/連接器高壓線束低壓線束連接器結構組成殼體支架托盤輔助材料動力電池系統(tǒng)結構詳解12動力電池系統(tǒng)的設計流程電芯模塊系統(tǒng)動力電池13電芯按電芯的結構形狀來分，主要分為圓柱電芯和方形電芯以及軟包這三種，各自的優(yōu)缺點也十分明顯。在一定程度上，電芯的性能決定了電池模組的性能進而影響整個動力電池系統(tǒng)的性能。因此在進行動力電池系統(tǒng)設計，一定要根據(jù)整車的設計要求去選擇電芯的材料及形狀電池結構圓柱形電芯方形電芯軟包電芯優(yōu)點工藝成熟度高、生產(chǎn)效率高、過程控制嚴格，成品率及電芯一致性高，殼體結構成熟，工藝制造成本低對電芯的保護作用高，可以通過減少單體電池的厚度保證內(nèi)部熱量快速傳導，安全性較高外部結構對電芯的影響小，電芯性能優(yōu)良；封裝采用的材質(zhì)質(zhì)量小，電池的能量密度最高缺點集流體上電流密度分布不均勻，造成內(nèi)部各部分反應程度不一致；電芯內(nèi)部產(chǎn)生的熱量很難得到快速釋放，累計會造成電池安全隱患殼體在電芯總重量中占比較大，導致單體電池的能量密度較低，內(nèi)部結構復雜，自動化工藝成熟度較低大容量電池密封工藝難度大、可靠性相對較差；所采用的鋁塑復合封裝膜機械強度低，其壽命決定了電池壽命動力電池14模塊在結合整車設計要求的前提下對電池模組進行設計時，電池模組設計需要考慮以下幾個方面電池成組的固定連接方式要根據(jù)動力電池系統(tǒng)設計的整體要求對選定好的電芯結構形狀進行電池模塊的裝配要求松緊度適中，各結構部件具有足夠的強度，防止因電池內(nèi)外部力的作用而發(fā)生變形或破壞電芯及電池模塊要有專門的固定裝置，結構緊湊且要根據(jù)電池箱體的散熱情況設置通風散熱通道電池單體之間的導電連接距離盡量短，連接可靠，最好是柔性連接，各導電連接部位的導電能力要滿足用電設備的最大過流能力充分考慮電池串并聯(lián)高壓連接之間的絕緣保護問題，例如絕緣間隙和爬電距離等圓柱形電芯模塊方形電芯模塊動力電池15系統(tǒng)在動力電池管理系統(tǒng)中的軟件設計功能一般包括電壓檢測、溫度采集、電流檢測、絕緣檢測、SOC估算、CAN通訊、放電均衡功能、系統(tǒng)自檢功能、系統(tǒng)檢測功能、充電管理、熱管理等其重要系統(tǒng)為電池管理系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、電氣及機械系統(tǒng)動力電池16系統(tǒng)-電池管理系統(tǒng)BMS電池系統(tǒng)（BatteryManagementSystem）BMS電池系統(tǒng)俗稱之為電池保姆或電池管家，主要就是為了智能化管理及維護各個電池單元，防止電池出現(xiàn)過充電和過放電，延長電池的使用壽命，監(jiān)控電池的狀態(tài)即時體檢，精準掌握電池狀態(tài)“安全衛(wèi)士”：電池自我的保護和人身安全的保護動力電池17系統(tǒng)-熱管理系統(tǒng)電池熱管理系統(tǒng)是從使角度出發(fā)，用來確保電池系統(tǒng)工作在適宜溫度范圍內(nèi)的一套管理系統(tǒng)，主要由電池箱、傳熱介質(zhì)、監(jiān)測設備等部件構成。電池熱管理系統(tǒng)有如下幾項主要功能電池溫度的準確測量和監(jiān)控；電池組溫度過高時的有效散熱和通風；低溫條件下的快速加熱，使電池組能夠正常工作；有害氣體產(chǎn)生時的有效通風；保證電池組溫度場的均勻分布。風冷冷卻結構水冷冷卻結構動力電池18系統(tǒng)-電氣及機械系統(tǒng)電氣及機械系統(tǒng)主要包括高壓系統(tǒng)、電池箱體、連接線束、機械接插件等，其中高壓系統(tǒng)主要由繼電器、電流傳感器、電阻和