電動汽車動力電池管理系統(tǒng)原理與檢修 課件

電動汽車電池管理系統(tǒng)原理與維修課堂管理Classroommanagement請勿吸煙手機(jī)設(shè)為靜音練習(xí)注意事項準(zhǔn)時上下課積極參與課堂筆記目錄contents項目一動力電池發(fā)展與制造工藝項目二電動汽車動力電池類型項目三動力電池結(jié)構(gòu)項目四動力電池檢查維護(hù)與更換項目五動力電池管理系統(tǒng)項目六動力電池狀態(tài)檢測與均衡管理項目七動力電池充放電管理項目八動力電池數(shù)據(jù)通信與信息管理項目九動力電池管理系統(tǒng)故障檢修項目一動力電池發(fā)展與制造工藝學(xué)習(xí)目標(biāo)1.能夠說出動力電池技術(shù)的發(fā)展歷史與主流發(fā)展方向；2.能夠解釋動力電池材料關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀；3.能夠復(fù)述國內(nèi)外動力電池的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與要求；4.能夠復(fù)述國內(nèi)動力電池拆解回收的標(biāo)準(zhǔn)與要求。5.能夠知道動力電池電芯的制造工藝流程與要求1.1汽車動力電池技術(shù)發(fā)展6隨著世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展，能源危機(jī)和環(huán)境污染、人居安全等問題越來越嚴(yán)重，世界面臨著共同問題，中國是人口大國，汽油燃料大部分供應(yīng)缺口依賴于進(jìn)口，能源危機(jī)更加突出。隨著世界各國相繼公布禁售燃油汽車時間表，我國也制定了明確的燃油汽車時間限制，進(jìn)一步加快了汽車產(chǎn)銷向新能源電動汽車轉(zhuǎn)變的速度。1.1.1動力電池系統(tǒng)的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀7電動汽車自1831年在法國誕生以來已有120多年的歷史。無論是電動汽車的早期出現(xiàn)，還是電動汽車的繁榮時期和目前的回歸，其發(fā)展的成敗都離不開電池的技術(shù)發(fā)展。1.1.1動力電池系統(tǒng)的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀8一、伏特電池早在1799年，法國人伏特就將一塊鋅板和一塊銀板浸在鹽水中，發(fā)現(xiàn)有電流通過這兩種金屬連接的電線。所以，他在鋅片與銀墊之間墊上很多用鹽水浸泡過的絲絨或紙片，然后把它們平疊在一起。當(dāng)用手觸摸兩端時，會感到強(qiáng)烈的電流刺激。1800年，Volt用這種方法成功地制成了世界上第一個電池（圖1-1），這個電池被稱之為“Volt堆?！?。這個堆棧的發(fā)明成為早期電氣實驗和電報機(jī)的供電電源。1836年，英國的丹尼爾對“伏特電堆”進(jìn)行了改良。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”。1.1.1動力電池系統(tǒng)的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀9二、鉛酸電池1859年，法國科學(xué)家普蘭特加斯東(PlantGaston)使用了鉛片，隔層為橡皮，浸泡于硫酸溶液中發(fā)明了一種能夠產(chǎn)生較大電流的可重復(fù)充電的鉛酸電池，在此之前，電池只能使用一次。他發(fā)明的鉛酸電池至今還一直應(yīng)用于各個領(lǐng)域。1.1.1動力電池系統(tǒng)的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀10三、鋰離子電池1901年愛迪生發(fā)明了Fe-Ni（鐵鎳動力電池）電池（見圖1-3），鐵鎳動力電池又稱愛迪生電池，放電時的總反應(yīng)為：Fe+Ni2O3+3H2O=Fe（OH）2+2Ni（OH）2，；1984年荷蘭的飛利浦（Philips）公司成功研制出LaNi5儲氫合金，并制備出Ni-MH電池，Ni-MH電池是早期的鎳鎘電池的替代產(chǎn)品。1991年，可充電的鋰離子動力電池問世，實驗室制成的第一只18650型鋰離子電池容量僅為600mA/h；1992年，SONY公司開始大規(guī)模生產(chǎn)民用鋰離子電池。在1995年，SONY公司首先研制出100A/h的鋰離子動力電池，并在電動汽車上應(yīng)用，展示了鋰離子電池作為電動汽車用動力電池的優(yōu)越性能，引起了廣泛關(guān)注。1.1.1動力電池系統(tǒng)的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀11目前，電動汽車上使用的主流動力電池的性能對比電池類型鉛酸電池鎳鎘電池鎳氫電池鋰電池能量密度/(W·h/kg)35～405560～70120比功率/（W/kg）1301701701000以上循環(huán)壽命/次400～600500以上1000以上1000以上優(yōu)點技術(shù)成熟、廉價、可靠性高能量密度較高、壽命長、耐過充放性好能量密度高、壽命長能量密度高、壽命長缺點能量密度低、耐過充放性差鎘有毒、有記憶效應(yīng)、價格較高、高溫充電性差價格高、高溫充電性差價高、存在一定安全性問題注解：【1】能量密度：是指在一定的體積的電池中儲存能量的大小，單位為W·h/kg；【2】比功率：也稱功率密度，是指單位質(zhì)量或單位體積電池輸出的功率，單位為W/kg或W/L?！?】循環(huán)壽命：是指動力電池容量減少到規(guī)定值之前所能進(jìn)行的充放電循環(huán)次數(shù)。1.1.1動力電池系統(tǒng)的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀12中國從“十五”開始對電動汽車技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模有組織的研究開發(fā)?！笆濉逼陂g，國家863計劃“電動汽車”重大科技專項確立了以混合動力汽車、純電動汽車、燃料電池汽車為“三縱”，以多能源動力總成控制系統(tǒng)、驅(qū)動電機(jī)和動力電池為“三橫”的電動汽車“三縱三橫”研發(fā)布局，全面組織啟動大規(guī)模電動汽車技術(shù)研發(fā)。多能源動力總成控制系統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)和控制單元動力電池和電池組管理系統(tǒng)燃料電池汽車混合動力汽車純動力汽車13在2019年初，全球鋰電池制造能力達(dá)316千兆瓦時(GWh)，其中中國鋰電池產(chǎn)能位居世界首位。中國正主導(dǎo)著全球鋰電池供應(yīng)鏈。在中國的《中國制造2025》發(fā)展計劃中，明確了動力電池的發(fā)展規(guī)劃：2020年，電池能量密度要達(dá)到300W·h/kg；2025年，電池能量密度達(dá)到400W·h/kg；2030年，電池能量密度達(dá)到500W·h/kg。1.1.1動力電池系統(tǒng)的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀14從技術(shù)發(fā)展來看，目前三元鋰和磷酸鐵鋰電池已成為主流企業(yè)的主要技術(shù)路線，但在技術(shù)上仍有進(jìn)一步的改進(jìn)空間。我國磷酸鐵鋰電池的能量密度已經(jīng)超過了150W·h/kg，比亞迪公司在磷酸鐵鋰電池技術(shù)研發(fā)上已經(jīng)取得了一定的突破，能量密度有望達(dá)到200W·h/kg，三元鋰電池的能量密度達(dá)到200W·h/kg以上。1.1.1動力電池系統(tǒng)的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀15近年來全球主流汽車企業(yè)紛紛部署新能源汽車，汽車動力電池產(chǎn)業(yè)鏈正迅速影響新能源汽車的大規(guī)模推廣。裝配了三元鋰動力電池的車型，巡航里程基本可以達(dá)到或超過350Km。動力電池是電動汽車的核心部件，電動汽車具有加速、爬坡、行駛里程等綜合性能要求，所以動力電池將直接影響到車輛的使用性能與市場的接受程度，應(yīng)具有明確的電池容量、能量密度、比功率、循環(huán)壽命和充放電率等技術(shù)性能要求。1.1.2中國動力電池的未來技術(shù)發(fā)展方向16經(jīng)過“十五”計劃的錳酸鋰電池研發(fā)、“十一五”計劃的磷酸鐵鋰電池推廣和“十二五”計劃的三元鋰電池推廣，我國鋰離子電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模開始快速增長，在2015年超越日本和韓國進(jìn)入世界第一，近年來繼續(xù)在擴(kuò)大領(lǐng)先。目前，磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池已成為新能源汽車的主流電池。對于鋰硫電池、金屬空氣電池、固態(tài)電池等其他電池的研發(fā)，許多技術(shù)都取得了突破，但是在實際應(yīng)用中仍有許多問題需要解決。1.1.2中國動力電池的未來技術(shù)發(fā)展方向17一、磷酸鐵鋰電池技術(shù)的發(fā)展鋰離子電池正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。磷酸鐵鋰電池是指以磷酸鐵鋰為正極材料的鋰離子電池，電池能量密度提高到150W·h/kg，它主要是一個方形鋁殼電池，陽極材料包括磷酸鐵鋰和三元材料。磷酸鐵鋰電池?zé)岱€(wěn)定性好，安全，開發(fā)成本較低，一直是汽車制造廠家的優(yōu)選電池。比亞迪公司在新電池的研發(fā)中，在磷酸鐵鋰電池中加入錳，形成了一種新型磷酸鐵錳鋰電池。到2020年達(dá)到200W·h/kg，基本接近理論極限。1.1.2中國動力電池的未來技術(shù)發(fā)展方向18新型磷酸鐵鋰電池可使體積能量密度提高50%，具有較高的安全性和較長的使用壽命。磷酸鐵鋰電池的優(yōu)點有：1) 壽命長，循環(huán)壽命可達(dá)2000次以上；在同等條件下，可使用7-8年；2) 使用安全。經(jīng)過嚴(yán)格的安全測試，即使在交通事故中也不會發(fā)生爆炸；3) 快速充電；使用專用充電機(jī)，電池在1.5C下40分鐘即可充滿電；耐高溫，熱空氣值可達(dá)到350℃至500℃；4) 容量大；5) 無記憶效果。6) 環(huán)保、無毒、無污染、原料范圍廣、價格低廉。1.1.2中國動力電池的未來技術(shù)發(fā)展方向19在2020年6月，比亞迪首款搭載刀片電池的比亞迪漢發(fā)布，該車的綜合純電池續(xù)航里程為550km和605km，百公里加速僅為3.9s，從電池續(xù)航里程來看，刀片電池已經(jīng)達(dá)到了消費者要求的高度，在動力電池安全性邁上一個新臺階。電池組由100多塊刀片電池組成，比亞迪對對電芯尺寸進(jìn)行了調(diào)整，如圖1-6-2所示，呈現(xiàn)出“扁平”和“長”的外形，其長度約為65cm。在比亞迪原電池芯尺寸的基礎(chǔ)上，通過減小電池芯的厚度，增加電池芯的長度，將電池拉長變薄。電池芯包括很長的電池小“模塊”，包括外殼和內(nèi)部的芯組件以及多個極芯組，這些極芯可以串聯(lián)或并聯(lián)制造。刀片電池可以長達(dá)2米，但厚度非常薄?？臻g利用率比傳統(tǒng)電池組提高50%?？梢园惭b更多的電芯或模組。由于刀片電池形狀像刀片，具有超高強(qiáng)度，不易彎曲。1.1.2中國動力電池的未來技術(shù)發(fā)展方向20刀片電池是基于磷酸鐵鋰技術(shù)的創(chuàng)新，具有放熱啟動溫度高、溫升慢、產(chǎn)熱低、分解不釋放氧氣等優(yōu)點。因此，整體散熱也比較好；其次，電池短路的電路比較長，而且產(chǎn)生的熱量也會比較少，所以刀片電池針棒的性能是完美的，再結(jié)合比亞迪全面的高溫“陶瓷電池”技術(shù)，刀片電池的安全性大大提高，壽命長，并且強(qiáng)度高。1.1.2中國動力電池的未來技術(shù)發(fā)展方向21在安全性能方面，比亞迪公司公布針刺安全性測試結(jié)果，在實驗過程中，三元鋰電池在針刺的瞬間，其表面的溫度超過500℃，出現(xiàn)了極端的熱失控現(xiàn)象，放在動力電池模組上面的雞蛋被炸飛；傳統(tǒng)的磷酸鐵鋰電池被穿透后沒有明火，電池泄壓閥噴出煙霧，表面溫度達(dá)到200℃～400℃，電池表面的雞蛋被高溫蒸熟；刀片電池經(jīng)穿透后沒有明火，甚至沒有煙霧，電池表面的溫度只有30℃左右，電池表面的雞蛋沒有變化。測試表明，刀片電池幾乎完全解決了電池短路的危險，比亞迪的刀片電池是一款長電池解決方案，有望解決“自燃”問題。1.1.2中國動力電池的未來技術(shù)發(fā)展方向22二、三元鋰電池技術(shù)的發(fā)展三元鋰電池是指使用了鎳鈷錳酸鋰或鋰鎳鈷鋁酸鋰三元正極材料的鋰電池。將鎳鹽、鈷鹽和錳鹽調(diào)整為三種不同的組分比。堆芯的能量密度可達(dá)到250W·h/kg，低溫下仍能保證良好的放電性能。能量密度較高，充放電效率較高。目前，全球大多數(shù)純電動汽車公司都在使用它，特別是特斯拉上市后，甚至引領(lǐng)了三元鋰電池的發(fā)展。1.1.2中國動力電池的未來技術(shù)發(fā)展方向23三元鋰電池是電動乘用轎車的主流應(yīng)用電池，具有體積小、容量密度高、耐低溫、循環(huán)性能好等優(yōu)點。但是，三元鋰電池的化學(xué)性能卻相對活潑。在高溫條件下，三元鋰電池的三元材料在200℃下分解，產(chǎn)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，釋放出氧原子，極易在高溫下發(fā)生燃燒或爆炸。因此基于安全考慮，中國工業(yè)和信息化部于2016年1月通過專門文件，規(guī)定三元鋰電池禁止在純電動公交車上。目前乘用車的使用量明顯高于磷酸鐵鋰電池。而磷酸鐵鋰電池的耐熱溫度可達(dá)到500℃左右，在使用上安全性更高。1.1.2中國動力電池的未來技術(shù)發(fā)展方向24三、鋰硫電池技術(shù)的發(fā)展鋰硫電池是以硫為正極，實驗時理論能量密度高達(dá)2600W·h/kg。元素硫成本低，對環(huán)境友好。但是，鋰硫電池也存在許多問題沒有得到很好的解決：1）電極循環(huán)性能差。2）鋰負(fù)極的充電性能問題很難在短時間內(nèi)解決。3）鋰硫電池的體積能量密度相對較低，只能與磷酸鐵鋰電池相比。1.1.2中國動力電池的未來技術(shù)發(fā)展方向25主要解決辦法目前有兩種：第一種是改性電解液，在電解液中加入一定量的添加劑，可以有效地緩解多硫化鋰化合物的溶解。第二種是改性陰極材料與正極材料，在電解液中加入固體電解質(zhì)、凝膠電解質(zhì)或氨-硝酸鋰離子液體，以限制電極反應(yīng)過程中產(chǎn)生的多硫化鋰的溶解，降低“飛梭效應(yīng)”，提高硫的利用率與鋰硫電池的循環(huán)性能。對于正極材料的改性，主要是將導(dǎo)電性好、結(jié)構(gòu)特殊的基體材料與元素硫結(jié)合，制備出高性能的硫基復(fù)合正極材料。實驗表明，通過將活性物質(zhì)硫與活性炭、介孔炭、納米碳纖維、多壁碳納米管、石墨烯、聚丙烯腈、聚苯胺、聚吡咯結(jié)合，采用特定結(jié)構(gòu)的基體材料制備硫基復(fù)合正極材料，可以顯著提高鋰硫電池的循環(huán)性能和倍率性能。1.1.2中國動力電池的未來技術(shù)發(fā)展方向26鋰硫電池由于高的理論比容量和能量密度，以及硫的低成本和環(huán)境友好等優(yōu)勢被視為最有應(yīng)用前景的高容量存儲體系之一。但是鋰硫電池仍存在很多問題，例如，提高Li-S電池的實際能量密度和循環(huán)穩(wěn)定性、固體硫化物的絕緣性、可溶性長鏈多硫化物的穿梭效應(yīng)以及充放電期間硫的體積變化大等問題。這些問題通常導(dǎo)致硫的利用率低，循環(huán)壽命差，甚至一系列應(yīng)用安全問題。1.1.2中國動力電池的未來技術(shù)發(fā)展方向27四、其它電池技術(shù)的發(fā)展1）鋰空氣電池。目前，在金屬空氣電池領(lǐng)域，鋰空氣電池是研究的熱點，重點是突破鋰金屬/合金負(fù)極材料制備技術(shù)，提高其在電解液中的耐蝕性，提高鋰空氣電池的工作電壓和比功率。實驗獲得了能量密度大于700W·h/kg的鋰空氣電池。但鋰空氣電池對工作環(huán)境有一定的要求，許多問題尚未解決：大氣中的H2O和CO2作用引起的副反應(yīng)，放電產(chǎn)物沉淀導(dǎo)致空氣回路堵塞，充放電循環(huán)次數(shù)大。由電壓引起的催化劑問題，以及空氣電極集碳器的腐蝕。同時，li2O3沉淀反應(yīng)的抑制與電池的放電容量直接相關(guān)。鋰離子析出的另一個問題是充電過程中的大過電壓，不僅影響能量轉(zhuǎn)換效率，而且會引起鋰離子沉淀載體碳的氧化等新問題。在鋰離子和氧共存的條件下，碳材料的電位上升生成碳酸鋰，過高的電壓會使電解液分解。鋰空氣電池正極的結(jié)構(gòu)、組成和空氣催化劑的催化活性對電池的比容量和循環(huán)性能有著重要的影響。1.1.2中國動力電池的未來技術(shù)發(fā)展方向282）固態(tài)動力電池。固態(tài)動力電池具有本質(zhì)不易燃、容量大、循環(huán)壽命長等優(yōu)點，固體電解質(zhì)材料是實現(xiàn)固體鋰電池的關(guān)鍵材料，正極材料決定了電池的能量密度，鋰負(fù)極材料的穩(wěn)定輸出影響電池的循環(huán)穩(wěn)定性，實驗中獲得了能量密度大于400W·h/kg的固體鋰電池，滿足了新能源汽車高安全性和高可靠性的要求。但是，固態(tài)電池在提高能量密度、功率密度等方面還存在一些未解決的問題，需要從固體電解質(zhì)、正負(fù)極材料入手，提高能量密度，需要使用低電位、大容量的陽極材料，而高電位、大容量的電池則需要采用高電位、大容量的電池正極材料在這種情況下，存在著高壓的情況而導(dǎo)致難以直接應(yīng)用的問題，并且提高固態(tài)電池的功率密度需要提高電解液電導(dǎo)率。1.1.2中國動力電池的未來技術(shù)發(fā)展方向29我國新能源汽車動力電池的發(fā)展重點是大容量、高壓正極材料、大容量負(fù)極材料、高安全功能電解質(zhì)材料、高安全復(fù)合隔膜材料、電解液匹配技術(shù)、多孔極片模型設(shè)計等，開發(fā)高負(fù)荷電極、表面涂層電極、電池模擬設(shè)計等先進(jìn)技術(shù)和工藝。解決能量特性、功率特性、熱特性、循環(huán)穩(wěn)定性、安全性等問題，開發(fā)鋰硫電池、金屬空氣電池、固態(tài)電池等新系統(tǒng)，大力發(fā)展金屬鋰、硫/碳復(fù)合電極、空氣電極、固體電解質(zhì)等新材料，解決相關(guān)的科學(xué)和工程問題，基于新型電池體系的動力電池產(chǎn)品投入實際使用。1.1.3動力電池關(guān)鍵材料技術(shù)發(fā)展30鋰離子電池的主要構(gòu)成材料包括電解液、隔膜（隔離材料）、正極材料、負(fù)極材料等。在新能源汽車中，材料技術(shù)是電池技術(shù)的核心。動力電池關(guān)鍵材料技術(shù)主要集中在大容量/高壓正極材料、大容量負(fù)極材料、安全/高壓電、電解質(zhì)、高熔點隔板等新材料上，重點解決材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性問題，如性能、性能退化等，發(fā)展組分調(diào)整、結(jié)構(gòu)控制、表面修飾和制備技術(shù)。提高電池的能量密度是動力電池發(fā)展趨勢,而關(guān)鍵材料是動力電池發(fā)展的基礎(chǔ)。1.1.3動力電池關(guān)鍵材料技術(shù)發(fā)展31一、正極材料的技術(shù)發(fā)展正極材料是決定鋰離子電池性能的關(guān)鍵材料之一。正極材料是鋰離子電池鋰源的提供者，它從根本上決定了電池的能量密度。在目前大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用的正極材料中，磷酸鐵鋰和錳酸鋰具有較高的安全性，但比容量較低，鋰離子電池的能量密度無法超過200w·h/kg（金屬鋰負(fù)極電池除外）；鎳鈷錳三元材料具有較高的比容量，但安全性有待進(jìn)一步提高。1.1.3動力電池關(guān)鍵材料技術(shù)發(fā)展32鑒于動力電池能量密度不斷提高的需要，鎳鈷錳三元材料將是今后很長一段時間內(nèi)高能量密度動力電池的主要材料選擇，特別是鎳含量高的鎳鈷錳層狀材料（簡稱高鎳材料）和高壓鎳鈷錳層狀材料（簡稱高壓材料）。此外，尖晶石型錳酸鋰正極材料由于其高的比容量和更寬的電化學(xué)窗口，高電壓、低成本以及富鋰氧化物固溶體材料已經(jīng)成為發(fā)展的熱點。磷酸鐵鋰的能量密度以及一些新型的磷酸鹽陽極材料也在開發(fā)和應(yīng)用中。所以說，正極材料的主流方向是磷酸鐵鋰、高鎳正極。磷酸鐵鋰解決安全和成本問題，適合國民車。高鎳正極解決續(xù)航里程和成本問題，適合高檔車。1.1.3動力電池關(guān)鍵材料技術(shù)發(fā)展33二、負(fù)極材料的技術(shù)發(fā)展負(fù)極材料是決定鋰離子電池性能的關(guān)鍵因素之一。目前，應(yīng)用最廣泛的商用材料是石墨材料（天然石墨、人造石墨、中間相碳微球）。主要負(fù)極材料有以下幾種形式：無定型碳材料，硬碳和軟碳性能良好，但首次效率較低；硅基材料比容量高，但首次效率低，循環(huán)過程中體積變化大，易粉化；鈦酸鋰材料具有高低溫性能、優(yōu)良的循環(huán)性能、低比容量和高成本；石墨材料技術(shù)非常成熟，成本低廉，已在大功率鋰離子電池中得到研究和應(yīng)用。1.1.3動力電池關(guān)鍵材料技術(shù)發(fā)展34在負(fù)極材料的技術(shù)突破方面，對于碳負(fù)極材料，需要提升天然石墨和人造石墨的性能，降低他們的價格；對Si系負(fù)極材料，需要徹底顛覆其工藝技術(shù)，從裝備開始，就要兼顧循環(huán)再利用問題。目前，開發(fā)出的負(fù)極材料主要有碳負(fù)極材料和非碳負(fù)極材料。碳負(fù)極材料包括人造石墨、天然石墨、硬碳、軟碳等；非碳負(fù)極材料，包括鈦酸鋰、錫基材料、硅基材料等。負(fù)極材料作為鋰電產(chǎn)業(yè)鏈的一環(huán)，發(fā)展取決于產(chǎn)業(yè)鏈的生態(tài)圈，尤其是新型負(fù)極材料。就目前來說，由于高性價比，石墨類負(fù)極材料是市場主流，新型負(fù)極材料還處于試驗階段。1.1.3動力電池關(guān)鍵材料技術(shù)發(fā)展35三、隔膜材料的技術(shù)發(fā)展鋰離子電池隔膜是鋰離子電池結(jié)構(gòu)中的四大材料之一。它隔離了電池中的正負(fù)電極反應(yīng)，允許電解液中的陰陽離子自由通過。為了提高隔離材料的熱穩(wěn)定性和電解液的潤濕性，國內(nèi)企業(yè)一般在隔膜上涂一層陶瓷或有機(jī)膠，甚至達(dá)5層，涂層后性能會有所提高，但也會占用電池空間并增加電池重量。1.1.3動力電池關(guān)鍵材料技術(shù)發(fā)展36目前鋰離子電池隔膜主要有聚烯烴隔膜、陶瓷復(fù)合隔膜、無紡布隔膜。聚烯烴基有機(jī)隔膜具有價格低廉、力學(xué)性能好、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點。缺點是電解液潤濕性差，熱穩(wěn)定性差?？梢酝ㄟ^表面改性和復(fù)合無機(jī)納米粒子提高隔膜性能。在陶瓷復(fù)合隔膜領(lǐng)域，有機(jī)材料與其它復(fù)合材料的良好結(jié)合可以提高隔膜的潤濕性和離子導(dǎo)電性，從而達(dá)到更好的電池性能和循環(huán)穩(wěn)定性，但對制備工藝要求較高。納米纖維非織造薄膜成本低，制備工藝簡單，具有一定的環(huán)境友好性。對于納米纖維非織造薄膜的技術(shù)發(fā)展，提高隔膜的均勻性、安全性和電化學(xué)性能是主流方向。1.1.3動力電池關(guān)鍵材料技術(shù)發(fā)展37四、電解液的技術(shù)發(fā)展在鋰離子電池的關(guān)鍵材料中，電解液被稱為電池的“血液”。它可以是液體、凝膠或固體。電解液在鋰離子電池中起著正負(fù)極間傳輸鋰離子的作用，對提高電池的放電容量、循環(huán)性能和安全性能具有重要作用。目前，具有良好性能的凝膠電解質(zhì)聚合物基質(zhì)包括聚環(huán)氧乙烷（PEO）、聚丙烯腈（PAN）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚偏氟乙烯（PVDF）和這4種聚合物衍生物。1.1.3動力電池關(guān)鍵材料技術(shù)發(fā)展38鋰離子電池電解液一般應(yīng)符合下列基本要求：1) 當(dāng)電極材料在循環(huán)過程中發(fā)生體積變化時，保持良好的電極-電解質(zhì)界面；2) 高離子電導(dǎo)率一般應(yīng)大于10-4秒/cm；低電子電導(dǎo)率一般應(yīng)小于10-10秒/cm；3) 熱穩(wěn)定性高，在較寬的溫度范圍（-40℃-60℃）內(nèi)不分解；4) 化學(xué)穩(wěn)定性好，在寬電壓范圍內(nèi)電化學(xué)性能穩(wěn)定；5) 與電池的其他部件（如電極材料、電極集電器和隔膜等）有良好的兼容性；6) 安全、無毒、無污染。現(xiàn)階段使用的有機(jī)溶劑電解液在電池被外界損壞時極易起火甚至爆炸，這是鋰離子電池生產(chǎn)和使用中的不安全因素之一。未來鋰離子電池電解液的發(fā)展趨勢是從目前的有機(jī)液體電解液逐步向固體電解液過渡，包括其他的各種電解液。電解液的研發(fā)需要綜合考慮電解液的電化學(xué)性質(zhì)、熱力學(xué)性質(zhì)、動力學(xué)性質(zhì)、與相應(yīng)正負(fù)極材料的相容性以及電池的具體應(yīng)用條件進(jìn)行綜合設(shè)計來提高各項綜合性能指標(biāo)。1.1.3動力電池關(guān)鍵材料技術(shù)發(fā)展39五、汽車動力電池管理系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展動力電池管理系統(tǒng)（BMS）是一個包含重要電池參數(shù)采集、電池狀態(tài)分析、能量控制管理、熱控制管理、電池安全保護(hù)、數(shù)據(jù)通信和存儲的協(xié)同處理系統(tǒng)。它是電動汽車和混合動力汽車的關(guān)鍵組件。為了保證電池的安全可靠運行，電池管理系統(tǒng)需要具備電池狀態(tài)監(jiān)測與評估、充放電控制、電池平衡等功能。與HEV相比，PHEV和BEV電池系統(tǒng)具有更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和更高的電池壽命和安全性要求，為了合理有效地管理和控制動力電池，必須使用技術(shù)更成熟可靠的動力電池管理系統(tǒng)，這是減少動力電池火災(zāi)或爆炸、延長電池壽命、降低使用成本的有效途徑之一。1.1.3動力電池關(guān)鍵材料技術(shù)發(fā)展40目前國外BMS產(chǎn)品大多采用主動均衡設(shè)計，主動均衡也稱為無損均衡。當(dāng)能量轉(zhuǎn)移時，單位能量高的部分轉(zhuǎn)移到單位能量低的部分，或者將全部能量補(bǔ)充到最低的電池單元。在運行過程中，需要一個儲能環(huán)節(jié)來實現(xiàn)能量的均勻再分配。該方法技術(shù)含量高，成本高，是技術(shù)發(fā)展的趨勢。目前寶馬Mini-E、日產(chǎn)凌風(fēng)、特斯拉S等車型均采用主動BMS均衡，不僅可以達(dá)到電池組均衡的目的，而且具有較高的監(jiān)控精度。例如，特斯拉的BMS成功實現(xiàn)了對每個電池模塊的狀態(tài)監(jiān)測、模塊內(nèi)電池功率平衡和電池保護(hù)等功能。1.1.3動力電池關(guān)鍵材料技術(shù)發(fā)展41中國國內(nèi)電動汽車大多采用被動均衡技術(shù)，主要是對電池電壓、剩余電池電量和電池健康狀況的實時顯示進(jìn)行均衡。該功能簡單，容易出現(xiàn)汽車自燃、虛假續(xù)航里程問題。使用時，它們與需要平衡的電池兩端并聯(lián)，當(dāng)動力電池充電電壓上升到一定值時，起動開關(guān)接通放電電阻以熱能的形式消耗多余的電能。這種被動式均衡的動力電池管理方式會產(chǎn)生不安全因素，也不利于節(jié)能環(huán)保，但價格便宜，功能簡單。1.1.3動力電池關(guān)鍵材料技術(shù)發(fā)展42使電動汽車動力電池在各種工況下獲得最佳性能和最長使用壽命是電動汽車發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。為了監(jiān)測和管理電池組的運行狀態(tài)，提高動力電池的能效和使用壽命，開發(fā)電池管理系統(tǒng)（BMS）已成為實現(xiàn)這一目標(biāo)的當(dāng)務(wù)之急。中國在主動均衡BMS技術(shù)的研發(fā)上，特別是吉利汽車、比亞迪公司在核心技術(shù)研發(fā)方面從未停止過這方面的攻關(guān)。1.1.3動力電池關(guān)鍵材料技術(shù)發(fā)展43對于動力電池，電池管理系統(tǒng)的三個核心功能是電池監(jiān)測、荷電狀態(tài)估算和動力電池狀態(tài)平衡。通過合理設(shè)計和配置電池管理系統(tǒng)，不僅可以顯著提高動力電池的安全性能，而且可以有效提高20%以上的電池使用壽命。許多專業(yè)廠家、動力電池公司和汽車制造商都已開始研發(fā)和生產(chǎn)。BMS領(lǐng)域的公司有比亞迪、寧德時代、上海杰能、北汽新能源、依能、華亭電力、奇瑞、丹碩電子、貴博新能源、普瑞、重慶長安、卡內(nèi)特、杭州杰能、貝克、韓國科技、國軒高新、威萊汽車、哈廣宇、創(chuàng)達(dá)新能源、威瑞電氣等企業(yè)。針對BMS技術(shù)要求的升級和未來技術(shù)的發(fā)展趨勢，BMS管理系統(tǒng)需要綜合多種能力，從芯片的角度進(jìn)行解決和優(yōu)化。未來，具有主動均衡的BMS管理系統(tǒng)將成為主流技術(shù)。1.2動力電池相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)44電動汽車技術(shù)的發(fā)展給動力電池技術(shù)的發(fā)展帶來了機(jī)遇。動力電池是整個電動汽車的核心部件，直接影響到整車的安全性、成本、行駛里程和用戶體驗。動力電池相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，確立了動力電池產(chǎn)品規(guī)范、編碼規(guī)則、回收利用剩余能量測試等標(biāo)準(zhǔn)，這對制定動力電池行業(yè)規(guī)范具有重要意義，并將對動力電池企業(yè)和新能源汽車行業(yè)產(chǎn)生影響。1.2.1歐、美電動汽車動力電池標(biāo)準(zhǔn)體系45每個國家和公司都有自己的動力電池標(biāo)準(zhǔn)體系。歐盟國家在ISO（國際標(biāo)準(zhǔn)化組織）和IEC（國際電工委員會）標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，最早制定了自己的動力電池標(biāo)準(zhǔn)。技術(shù)水平高，在動力電池生產(chǎn)、制造、檢驗等相應(yīng)環(huán)節(jié)制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，并與ISO、IEC制定的標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合。動力電池標(biāo)準(zhǔn)體系需要涵蓋動力電池的設(shè)計、生產(chǎn)、檢驗、安全等各個方面，并符合國家和行業(yè)相關(guān)法律法規(guī)的要求。1.2.1歐、美電動汽車動力電池標(biāo)準(zhǔn)體系46一、歐盟國家動力電池標(biāo)準(zhǔn)體系國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）發(fā)布的鋰離子動力電池標(biāo)準(zhǔn)如下：（1）ISO12405系列ISO12405系列對應(yīng)于動力鋰離子電池模塊和鋰離子電池系統(tǒng)。第一部分為動力型動力鋰離子電池模塊及系統(tǒng)，第二部分為動力型動力鋰離子電池模塊及系統(tǒng)，這兩個標(biāo)準(zhǔn)充分描述了電氣性能、環(huán)境和對兩種電池模塊和系統(tǒng)進(jìn)行更嚴(yán)格（安全）測試的方法。第3部分為安全性能要求，分別描述了高功率型電池、高能量型電池以及安全性能要求，主要是是為整車廠的車載動力電池提供可選擇的測試項和測試方法。1）ISO12405-1。電動道路車輛鋰離子動力電池系統(tǒng)試驗規(guī)范第1部分：大功率應(yīng)用；2）ISO/FDIS12405-2。電動道路車輛鋰離子動力電池系統(tǒng)試驗規(guī)范第2部分：高能應(yīng)用；3）ISO/CD12405-3。電動道路車輛鋰離子動力電池組和電池系統(tǒng)試驗規(guī)范第3部分：安全性能測試要求與測試方法。1.2.1歐、美電動汽車動力電池標(biāo)準(zhǔn)體系47（2）IEC62660系列IEC62660系列是關(guān)于動力鋰離子電池的性能、可靠性和濫用的標(biāo)準(zhǔn)測試規(guī)范體系。在本標(biāo)準(zhǔn)體系中，標(biāo)準(zhǔn)主框架包括：尺寸、重量、容量、荷電狀態(tài)（SOC）調(diào)整、功率密度、比功率、能量、電荷保持能力、存儲壽命、循環(huán)壽命、能效等。請說說具體試驗項目有哪些？1.2.1歐、美電動汽車動力電池標(biāo)準(zhǔn)體系48二、美國動力電池標(biāo)準(zhǔn)體系美國汽車工程師學(xué)會（SAE）制定的動力電池標(biāo)準(zhǔn)具有很高的權(quán)威性，已被汽車工業(yè)和其他行業(yè)廣泛采用，并有不少被采納為美國國家標(biāo)準(zhǔn)。本標(biāo)準(zhǔn)引用了許多成熟的國際標(biāo)準(zhǔn)，并詳細(xì)介紹了充放電控制系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)在單一功能失效時的安全性能。在試驗過程中，SAEJ292-2011規(guī)定了純電動汽車和混合動力汽車鋰離子電池的放電電流，并詳細(xì)說明了試驗過程中電池系統(tǒng)的狀態(tài)。1.2.1歐、美電動汽車動力電池標(biāo)準(zhǔn)體系49本標(biāo)準(zhǔn)分為兩部分：一部分是測試電動汽車運行過程中可能出現(xiàn)的正常情況，如振動、熱沖擊和抗振性。另一部分是測試電動汽車運行過程中可能出現(xiàn)的異常情況。例如跌落、浸水、機(jī)械沖擊、模擬汽車火災(zāi)、短路、過充保護(hù)、過放電保護(hù)等試驗。本標(biāo)準(zhǔn)中浸水、汽車火災(zāi)、溫度沖擊、碰撞等條件下的電池安全性能試驗，較好地保證了電池的安全性。此外，SAEJ292-2011還規(guī)定了在測試中、測試后1小時的觀察期內(nèi)，樣品必須滿足試驗要求才能通過測試。50美國保險商實驗室（UL）是美國最權(quán)威的安全檢驗機(jī)構(gòu)，也是世界上從事安全檢測和鑒定的大型私營機(jī)構(gòu)。2011年，UL發(fā)布了新的電動汽車用電池UL2580標(biāo)準(zhǔn)。請說說電動汽車用電池UL2580標(biāo)準(zhǔn)的主要有哪些內(nèi)容？511.2.2中國對動力電池的測試標(biāo)準(zhǔn)要求中國也建立了自己的動力電池標(biāo)準(zhǔn)體系。為了規(guī)范電池行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，國家質(zhì)檢總局和國家標(biāo)準(zhǔn)委員會制定了更符合電動汽車實際使用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。國家標(biāo)準(zhǔn)不僅適用于鋰離子動力電池，還對電動汽車動力電池進(jìn)行了規(guī)范。該標(biāo)準(zhǔn)對動力電池模組進(jìn)行了重新定義，不再僅僅指5個或更多的電池單元串聯(lián)，而是根據(jù)實際產(chǎn)品串并聯(lián)的形式。此外，國家標(biāo)準(zhǔn)還對動力電池組和動力電池系統(tǒng)進(jìn)行了定義，還要求對系統(tǒng)進(jìn)行測試，這將使我國的動力電池國家標(biāo)準(zhǔn)更加實用。目前，我國動力電池行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范主要從電池性能、電池壽命、安全性三個方面界定了評價標(biāo)準(zhǔn)和明確的測試方法。具體見以下三個標(biāo)準(zhǔn)：52一、GBT31484-2015電動汽車用動力電池循環(huán)壽命要求及試驗方法GB/T31484-2015是電動汽車動力電池的循環(huán)壽命要求和試驗方法。主要考察動力電池電池、模塊和系統(tǒng)的循環(huán)壽命，涵蓋乘用車和商用車。1）在標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)壽命試驗中，充放電比增大，充放電結(jié)束后均增大到1小時，放電深度由80%變?yōu)?00%。此外，改進(jìn)了判斷標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)容量衰減到初始值的80%時，循環(huán)試驗超過1000次，或當(dāng)容量衰減到初始值的90%時，循環(huán)試驗超過500次。2）在工作循環(huán)壽命試驗中，不同于簡單的模擬工況，采用了新的工作循環(huán)圖，并將試驗工況區(qū)分為乘用車和商用車。判斷標(biāo)準(zhǔn)沒有變化，仍然參考了企業(yè)規(guī)定的數(shù)據(jù)。國家標(biāo)準(zhǔn)重新規(guī)定了動力電池的循環(huán)壽命，有利于提高動力電池的性能，延長電池壽命，降低電動汽車的成本。53二、GBT31485-2015電動汽車用動力電池安全要求及試驗方法請說說GBT31485-2015電動汽車用動力電池安全要求及試驗方法主要有哪些？1.2.3動力電池回收拆解標(biāo)準(zhǔn)54一、車用動力電池回收利用拆解規(guī)范國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T34015-2017《車用動力電池回收利用余量測試》和GB/T34014-2017《汽車動力電池編碼規(guī)則》的發(fā)布，標(biāo)志了我國動力電池回收利用標(biāo)準(zhǔn)體系已基本建立。GB/T34014-2017規(guī)定了動力電池編碼的基本原則、編碼對象、編碼結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)載體。根據(jù)電池規(guī)范，在生產(chǎn)中對電池進(jìn)行管理、維護(hù)和追溯，對電動汽車關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，并對動力電池進(jìn)行回收，具有可追溯性和唯一性，準(zhǔn)確確定動力電池回收的責(zé)任主體1.2.3動力電池回收拆解標(biāo)準(zhǔn)55GB/T34015-2017中剩余能量是指電動汽車動力電池報廢后的實際剩余電量。由于缺乏剩余能量檢測的標(biāo)準(zhǔn)，人們對廢舊電池是分期使用還是回收利用存在很大爭議。除上述國家標(biāo)準(zhǔn)外，工業(yè)和信息化部還發(fā)布了《電動汽車動力電池回收利用技術(shù)政策（2015年版）》、《新能源汽車廢舊動力電池綜合利用行業(yè)規(guī)范》，《新能源汽車廢動力電池綜合利用行業(yè)規(guī)范》和《新能源汽車廢舊動力電池綜合利用行業(yè)規(guī)范公告管理暫行辦法》三個文件，以促進(jìn)加強(qiáng)新能源汽車廢動力電池綜合利用管理，規(guī)范行業(yè)和市場秩序，促進(jìn)規(guī)模化，規(guī)范化、專業(yè)化發(fā)展新能源汽車廢舊動力電池綜合利用，提高新能源汽車的使用量以及動力電池綜合利用水平。1.2.3動力電池回收拆解標(biāo)準(zhǔn)56測評標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行（1）動力電池材料的測試與評價。目前，國際上的重點是從電池機(jī)理入手，研究開發(fā)適合整車使用的電池。在我國，動力電池材料的檢測和評價的重要性相對較低，電池生產(chǎn)廠家通常會確定其配置比例，這使得材料的優(yōu)化使用成為不可能。因此，迫切需要建立一個完整的動力電池正極材料、負(fù)極材料、隔板、電解質(zhì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，以提高材料的最佳篩選和匹配效果。（2）對動力電池進(jìn)行性能測試和評價。目前國內(nèi)對動力電池性能的測試和評價主要集中在對電池電氣性能和安全性的研究和驗證、對電池加速老化壽命、熱電化學(xué)耦合特性的研究以及基于實際車輛使用不足的電池失效機(jī)理分析。（3）動力電池系統(tǒng)性能測試與評價。國外對電池系統(tǒng)的測試和評估，基本上是車企、動力電池廠商和動力電池集成應(yīng)用公司合作，實施V型研發(fā)應(yīng)用流程，從動力電池的機(jī)理分析入手，結(jié)合車輛的需求，重點分析動力電池的本質(zhì)特性，確保產(chǎn)品的最佳匹配和綜合應(yīng)用。雖然國內(nèi)的OEM廠商主要關(guān)注國家標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的測試，但動力電池制造商和動力電池集成應(yīng)用公司之間的互動較少。1.2.3動力電池回收拆解標(biāo)準(zhǔn)57實現(xiàn)路徑為：（1）建立科學(xué)、全面的動力電池測試評價體系。分析我國新能源汽車動力電池及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，避免制約技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，分析發(fā)展趨勢，形成從單體電池、模塊到系統(tǒng)的綜合評價體系。綜合考慮評價體系的構(gòu)成和評價體系的兼容性。在評價體系的構(gòu)成上，區(qū)分了不同性質(zhì)、層次定位和適用范圍。在評價體系的相容性上，考慮了標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的要求和產(chǎn)品開發(fā)質(zhì)量評價的相容性。（2）加強(qiáng)動力電池全壽命周期性能評價技術(shù)的研究?？紤]到動力電池材料、系統(tǒng)和電池之間的對應(yīng)關(guān)系，從機(jī)理研究入手，研究建立了動力電池加速老化壽命的評估方法、動力電池?zé)犭婑詈咸匦缘难芯糠椒ǎ⒏鶕?jù)汽車動力電池的老化失效實際運用分析等方法，拓展動力電池研究的深度和廣度。（3）加強(qiáng)動力電池上下游企業(yè)的互動與合作。整合新能源汽車相關(guān)產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢資源，搭建通用技術(shù)研發(fā)平臺，聚焦動力電池系統(tǒng)關(guān)鍵問題，結(jié)合整車實際使用條件和要求開展聯(lián)合研究，實施V型研發(fā)應(yīng)用流程，并確保最佳的產(chǎn)品匹配和集成應(yīng)用。1.2.3動力電池回收拆解標(biāo)準(zhǔn)58二、GB/T34015-2017中關(guān)于動力電池拆解標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)技術(shù)要求請說說GB/T34015-2017中關(guān)于動力電池拆解有哪些技術(shù)要求？1.2.3動力電池回收拆解標(biāo)準(zhǔn)59動力電池拆解作業(yè)程序要求廢舊動力電池拆解程序應(yīng)嚴(yán)格遵循安全、環(huán)保和資源循環(huán)利用的三大原則。動力電池是帶電設(shè)備，容易發(fā)生火災(zāi)爆炸，動力電池組重量大，拆卸過程需要切斷，這使得拆卸過程危險。動力電池包含有毒和有害的有機(jī)物質(zhì)，如重金屬、冷卻液和電解質(zhì)。粗心的操作會造成環(huán)境污染。廢動力電池含有大量有價值的金屬元素，經(jīng)過物理拆解后可以回收再進(jìn)行化學(xué)回收。請詳細(xì)說出動力電池拆解作業(yè)要求有哪些？1.2.3動力電池回收拆解標(biāo)準(zhǔn)60三、動力電池拆解后存儲和管理要求動力電池拆卸過程中收集的廢液和廢物，應(yīng)按照相應(yīng)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行分類和處理；電池應(yīng)按照《廢電池污染防治技術(shù)政策》（環(huán)保部2016年第82號）等政策要求統(tǒng)一存放，禁止人工拆卸、處置、填埋或焚燒電池；獲得的電池芯、部件和材料必須分類存放在相應(yīng)的容器中并貼上標(biāo)簽，并定期進(jìn)行日常檢查，妥善管理和防止丟失；回收拆解企業(yè)應(yīng)當(dāng)向回收企業(yè)提供回收報告，并出具加工證明，確保動力電池流入合法渠道，規(guī)范拆解。1.2.3動力電池回收拆解標(biāo)準(zhǔn)61請詳細(xì)說明動力鋰電池的倉庫管理要求有哪些？1.2.3動力電池回收拆解標(biāo)準(zhǔn)62請詳細(xì)說出動力電池儲存與搬運要求1.3動力電池電芯制造工藝與流程631.3.1電池電芯的制造流程64鋰離子電池的結(jié)構(gòu)主要包括正極、負(fù)極、電解液、隔膜和外殼。生產(chǎn)過程一般可分為前、后兩個部分。電芯制造前段工藝包括篩粉、烘粉、配膠、合漿、涂布、輥壓、分切、制片、卷繞、入殼、底焊、輥槽及烘烤等流程，前段工序的核心是將粉末狀的正負(fù)極材料制作成一顆卷芯。電芯制造后段工藝包括注液、焊接、封口、清洗及套膜等流程。其中，前端生產(chǎn)工藝是決定電池性能的關(guān)鍵。65具體生產(chǎn)流程與工藝要求如下：第一道工序：篩粉。導(dǎo)電劑是制備鋰離子電池電極的基本原料。制作鋰離子電池電極時，先將導(dǎo)電劑倒入篩粉機(jī)，按下啟動按鈕，篩粉機(jī)開始工作，直到導(dǎo)電劑完全磨成粉末。該程序要求導(dǎo)電劑必須完全磨成粉末狀，且不得有任何顆粒。66第二道工序：烘粉1）正極、鋰離子電池正極材料（磷酸鐵鋰、鈷酸鋰）置于140℃恒溫箱中8小時，抽真空2小時，然后烘烤1小時，抽真空半小時。將干燥后的磷酸鐵鋰和鈷酸鋰放入50℃恒溫箱中保存。對于長期存放，每天早晚需要疏散1小時，以便隨時取出使用。2）負(fù)極、石墨、鋰離子電池負(fù)極材料CMS置于140℃恒溫箱中8小時，然后抽真空2小時，然后烘烤1小時，抽真空半小時。將干燥的石墨存放在50℃恒溫箱中。請說出烘粉工藝要求。67第三道工序：配膠1）正極：將粘結(jié)劑PVdF溶解于NMP中，加入含鋰鹽的有機(jī)溶劑中，制備正極漿料。配置比為：3gPVdF:30gNMP=1:10。2）負(fù)極：用NMP溶解粘結(jié)劑PVdF，與負(fù)極活性材料石墨或MCMB（中間相炭微珠）混合，制備負(fù)極漿料。配置比為：PVdF:NMP=1:10。3）配膠時間及溫度：正極50℃恒溫2小時；負(fù)極60℃恒溫2小時。3）配膠時間及溫度：正極：50℃恒溫2小時；負(fù)極60℃恒溫2小時。68第四道工序：活性材料的制漿攪拌，也稱為勻漿。勻漿工序是指正極或負(fù)極粉末、導(dǎo)電劑及黏接劑按一定比例均勻混合成懸濁漿料。在勻漿車間，將電極活性材料、粘結(jié)劑、溶劑等混合在一起，充分?jǐn)嚢璺稚⒑?，形成漿料。充分?jǐn)嚢鑴驖{罐中正負(fù)極所用的材料。在此過程中，工藝流程復(fù)雜，對原料配比、混料步驟、攪拌時間等都有較高的要求。勻漿質(zhì)量控制的好壞，將直接影響電池的質(zhì)量和成品合格率。必須嚴(yán)格控制粉塵，防止粉塵影響電池的一致性。691）正極：將主要材料（磷酸鐵鋰、鈷酸鋰粉末，90%以上）與sp混合，放入均質(zhì)機(jī)中，攪拌40分鐘（設(shè)定低速10r/min，高速100r/min），然后加入配膠攪拌15分鐘（設(shè)定低速40r/min），第二次后用0.08MPa完成真空最后加入適量的NMP。倒轉(zhuǎn)氣泡60分鐘（將速度設(shè)置為30r/min），再次排空0.08Mpa。注意，漿料的粘度必須控制在6000-8000。2）負(fù)極：將主體材料石墨碳粉（90%以上）與sp混合，放入均質(zhì)機(jī)中，攪拌40分鐘（設(shè)定低速10r/min，高速100r/min），然后加入配膠攪拌15分鐘，設(shè)定低速40r/min，加入第二道膠后，用0.08MPa真空完成，最后加入適量的NMP。倒轉(zhuǎn)氣泡60分鐘（將速度設(shè)置為30r/min），然后排空0.08MPa。注意，漿料的粘度必須控制在3000-5000之間。70第五道工序為涂布工序。涂布工序是指將漿料通過涂布機(jī)在集流體表面涂覆一層厚度均勻的涂層，即將上一道工序已經(jīng)攪拌好的漿料以指定厚度均勻涂布到集流體（鋁箔或銅箔等）上，然后在專用油加熱的烘箱中進(jìn)行懸浮干燥烘干溶劑，以避免漿料流動，保證均勻的附著力。涂布過程中需要保證極片厚度和重量一致，保證成品電池性能的一致性，必須確保沒有顆粒、雜物、粉塵等混入極片。否則會導(dǎo)致電池放電過快，甚至?xí)霈F(xiàn)安全隱患。請說說涂布工序工藝流程與精調(diào)的作業(yè)要點？71第六道工序：碾壓。涂布完成后，將電極按要求依次穿過各輥，極片需通過輥壓機(jī)根據(jù)需要調(diào)整軋輥間隙、收放卷位置、張力糾編等，并用試片試壓，確保試壓后的試片厚度符合工藝參數(shù)要求后，正確安裝待壓極片。碾壓過程可根據(jù)需要自行調(diào)整是保持聯(lián)動狀態(tài)或單動狀態(tài)。在碾壓車間，通常使用壓力約50噸的輥軸將附著正負(fù)極材料的鋁箔碾壓，一方面使涂層材料更致密，提高能量密度，厚度一致；另一方面進(jìn)一步控制粉塵和濕度。72第七道工序：正負(fù)極分切。先用試片試壓，確保試壓后的試片厚度符合工藝參數(shù)要求。將根據(jù)需要生產(chǎn)電芯的尺寸進(jìn)行分切，將碾壓后的極片根據(jù)需要生產(chǎn)電池的尺寸進(jìn)行分切，并充分管控毛刺的產(chǎn)生，避免毛刺扎穿隔膜，產(chǎn)生嚴(yán)重的安全隱患。最后在制片機(jī)上焊接極耳并在極耳位置貼上絕緣膠包覆裸露的集流體和極耳，極耳模切工序是用模切機(jī)形成電芯用的導(dǎo)電極耳。極耳就是從電芯中將正負(fù)極引出來的金屬導(dǎo)電體，是電芯充放電正極與負(fù)極接觸點。制片時應(yīng)防止極耳虛焊、偏焊、漏焊或極片掉料及絕緣膠偏貼或漏貼等。73第八道工序：正極片烘烤。分切完成后，通過烘烤極片里的水分處理掉，否則會影響電池性能，但是，需要注意的是：水分過少會產(chǎn)生掉粉，同樣會影響電芯的性能。該工序最主要的工藝管控點在于環(huán)境的濕度控制，因為水分是鋰離子電池生產(chǎn)過程中需要嚴(yán)格控制的關(guān)鍵指標(biāo)，環(huán)境濕度較大、水性黏結(jié)劑的使用等因素都會導(dǎo)致極片制備過程中水分含量的增加。74第九道工序：電芯卷繞。將電池的正極片、負(fù)極片、隔離膜以卷繞的方式組合成裸電芯，在這個過程中，烘烤后極片被加上白色的隔膜后在這里纏繞成卷芯。由于負(fù)極需要包裹正極，中間還有隔膜，正負(fù)極極片的差需要控制在零點幾毫米內(nèi)完成負(fù)極包裹正極與隔膜，所以，為了保障電芯極片不錯位，需要使用先進(jìn)的CCD視覺檢測設(shè)備來實現(xiàn)自動檢測和自動糾偏。這一工序管控要點在于負(fù)極極片必須完全包覆正極極片，而隔膜必須完全包覆負(fù)極極片，對工藝精度的要求非常高。如果負(fù)極未充分包覆正極，則充電過程中隔膜上有析鋰現(xiàn)象發(fā)生，隨著析鋰程度加重導(dǎo)致正負(fù)極接觸短路，由于鋰枝晶導(dǎo)致的內(nèi)短路事故是電池失效的重要形式，可能引起起火爆炸等事故。如果隔膜未包覆負(fù)極，直接導(dǎo)致正負(fù)極接觸，電芯短路，造成嚴(yán)重安全事故。75第十道工序：電芯裝配。電芯卷繞成卷芯后，在裝配線上將電芯從入殼到清洗套膜進(jìn)行電芯裝配。電芯的裝配工藝好壞將影響電池的高效與穩(wěn)定使用，是非常重要的工序。卷芯完成后需放入鋼殼并通過底焊使得負(fù)極耳與鋼殼連接，這時整個鋼殼就是電池的負(fù)極，再通過輥槽固定鋼殼內(nèi)的卷芯。入殼與輥槽工序不能破壞卷芯，輥槽高度需嚴(yán)格把控，過低時，卷芯被破壞。過高時，卷芯容易松動。76第十一道工序：去除水分和注入電解液。電芯烘烤是為了使電池內(nèi)部水份達(dá)標(biāo)，確保電池在整個壽命周期內(nèi)具有良好的性能。注液就是往電芯內(nèi)注入電解液，通過注液機(jī)將電解液注入烘烤后水分要求合格的卷芯，電解液就像電芯身體里流動的血液，能量的交換就是帶電離子的交換。這些帶電離子從電解液中移動到另一電極完成充放電過程。注液完成后，鋰電池的四大主材均被應(yīng)用到電芯之中，注液工序關(guān)鍵在于精控注液量、控濕控溫及防水，且需達(dá)到電解液能夠較好地浸潤滲透到正負(fù)極極片的效果。電解液量的多少直接關(guān)系著電池的安全性能和容量，電解液注入主要通過全自動的注液、稱重來控制電解液注入量。如果電解液注入量過大，電芯內(nèi)部產(chǎn)氣量較大，圓柱形電芯的安全閥往往會過早開啟，會導(dǎo)致電池發(fā)熱甚至直接失效。如果注入量過少，則又影響電池的循環(huán)性，電池容量會偏低而且析鋰，更容易產(chǎn)生熱失控甚至引起爆炸。77第十二道工序：正極帽蓋焊接封口。將注液后的電芯加上帽蓋后進(jìn)行焊接封口，將蓋板與正極耳焊接在一起，這時整個蓋板就是電池的正極，焊接的管控點在于防止虛焊、偏焊及蓋帽外觀不良。雖然程序叫封口，但其實每個電芯在帽蓋上都會設(shè)計一個安全閥，當(dāng)電池發(fā)熱量過大時，電芯上的安全閥會打開泄壓，防止單顆電芯的故障影響電池模組甚至整個動力電池組和車輛的安全。封口是將鋼殼與蓋板密封，將整個卷芯與外部環(huán)境隔離，整個卷芯就是一個密閉的電化學(xué)系統(tǒng)。封口工序是整個電芯制造最后一道至關(guān)重要的工序，其壓力成形技術(shù)的工藝穩(wěn)定性決定了電池的密封性是否完好、可靠。完成封口工序意味著一顆外形完整的電芯制造已經(jīng)全部結(jié)束。第十三道工序：清洗工序，目的是清除電池鋼殼表面殘留的電解液，防止電解液腐蝕鋼殼，而套膜工序是保證電芯正負(fù)極端分開，防止外部電路發(fā)生短路，同時使電池有一定的美觀度，這兩道工序還需要對外觀不良電芯進(jìn)行篩選。78第十四道工序：噴碼裝盤。所有制造好后的每一個電芯單體都具有一個單獨的二維碼，記錄著出生日期，制造環(huán)境，性能參數(shù)等等。強(qiáng)大的追溯系統(tǒng)可以將任何信息記錄在案，在以后的使用過程中如果出現(xiàn)故障，只要通過掃碼就可以看到這顆電池的所有信息，誰家提供的原材料，在哪條生產(chǎn)線生產(chǎn)，生產(chǎn)過程中的一切環(huán)節(jié)都能做到有據(jù)可查，同時，這些大數(shù)據(jù)可以提供電池后續(xù)改良設(shè)計的數(shù)據(jù)支持。第十五道工序：通過化成將電芯激活。鋰電池后端的生產(chǎn)過程主要分為容分、化成、測試包裝和儲存四個步驟?；墒菍ψ⒁汉蟮碾娦具M(jìn)行激活的過程，通過充放電使電芯內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成SEI膜（SEI膜：是鋰電池首次循環(huán)時由于電解液和負(fù)極材料在固液相間層面上發(fā)生反應(yīng)，所以會形成一層鈍化膜，就像給電芯鍍了一層面膜。），保證后續(xù)電芯在充放電循環(huán)過程中的安全、可靠和長循環(huán)壽命。將電芯的性能激活，還要經(jīng)過X-ray監(jiān)測、絕緣監(jiān)測、焊接監(jiān)測，容量測試等一系列“體檢過程”。化成工序當(dāng)中還包括對電芯“激活”后第二次灌注電解液、稱重、注液口焊接、氣密性檢測、自放電測試、高溫老化及靜置。79通過這一系列的工序制造流程，一個電池的電芯就完成了，接下來就是通過選擇性能一致的單體電池，然后根據(jù)不同車企的需求進(jìn)行模組裝配和PACK封裝（請詳見動力電池組的PACK生產(chǎn)流程），形成動力電池組以提供電動汽車的裝配使用。由于電池原材料、生產(chǎn)工藝等不同，電池容量、電壓、內(nèi)阻等性能存在差異，使電池組性能低于單體電池水平，使用壽命遠(yuǎn)低于單體電池，影響電動汽車的使用。例如，一輛純電動汽車需要由數(shù)千個18650個圓柱形鋰離子電芯串、并聯(lián)組裝而成。如果任何一個電池有問題，可能會影響整體性能。因此，生產(chǎn)的電池在PACK前必須經(jīng)過篩選,電池篩選工藝包括活化、化成、陳化、分選及分容工序?；罨ば蚴鞘闺姵啬ぴ诤銣丨h(huán)境中保持一段時間，使電解液充分滲入極片和隔膜，以防止電解液的不均勻潤濕導(dǎo)致鋰沉淀，活化過程需要控制環(huán)境的溫度和時間。80化成工序是鋰離子電芯的第一次充電。此步驟使電極表面形成“固體電解質(zhì)界面膜”（SEI膜），這意味著在鋰離子電池首次充電期間，電解液通過氧化還原分解。電極材料表面形成的界面膜具有離子傳導(dǎo)和電子絕緣的特性。Li+可以通過薄膜自由插入和解吸。SEI膜是鋰離子電池長期穩(wěn)定運行的保證，對其容量、倍率、循環(huán)和安全性能有著至關(guān)重要的影響。選擇合適的形成電流、形成電壓、形成溫度等，對優(yōu)化和提高電池性能起著非常重要的作用。在實際操作過程中，要防止電池反接、過充和接觸不良。81陳化工序是將電池在一定的恒溫環(huán)境中保持一定的充電狀態(tài)一段時間，并通過測試前后的電壓來篩選數(shù)據(jù)，以消除電壓降過大或異常的電池。一般情況下，當(dāng)電池內(nèi)部發(fā)生微短路或嚴(yán)重的副作用時，電池的電壓降會很大，反映出電池性能差存在一定的安全隱患。因此，電壓降是電池選擇的重要參考指標(biāo)之一。由于室溫老化時間較長，為了縮短生產(chǎn)周期，大多數(shù)鋰離子電池生產(chǎn)廠家采用高溫或高充電狀態(tài)下的老化方法。過程控制的關(guān)鍵是要密切監(jiān)視排架過程中是否出現(xiàn)異常情況，并及時采取措施。確保安全，因為一般高溫老化室是一個封閉的空間，初期不易及時發(fā)現(xiàn)。一旦發(fā)生火災(zāi)，后果不堪設(shè)想。82分選工序是根據(jù)電芯的交流內(nèi)阻選擇不同的內(nèi)阻齒輪電池，消除異常內(nèi)阻電池，便于選擇合適的電池來進(jìn)行串、并聯(lián)。因此，內(nèi)阻對電芯的選擇是很重要的一個參考指標(biāo)。分容工序是根據(jù)不同的容量尺度來測量電池容量，剔除不合格電池。動力電池組使用的電芯必須是經(jīng)過電壓降、內(nèi)阻和容量篩選的合格電池。由于容量與溫度的關(guān)系較大，容量劃分時環(huán)境溫度控制越精確，容量越接近真實值，檔位分配越精確。請說說鋰離子電芯制造注意事項有哪些？1.3.2動力電池組的PACK生產(chǎn)流程83動力電池組系統(tǒng)是將大量電芯串聯(lián)或并聯(lián)，并集成電源和熱管理等電池硬件系統(tǒng)的電池組。汽車電池自動裝配生產(chǎn)線按規(guī)定要求加工組裝成電池成型模塊，再組裝成成品電池盒。裝配線采用機(jī)器人、計算機(jī)及可編程控制、條碼識別、精密機(jī)械、氣動等技術(shù)，使整個生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)合理，自動化程度高，檢測精度和裝配精度高，工作穩(wěn)定可靠，生產(chǎn)周期快，數(shù)據(jù)處理、存儲能力強(qiáng)。1.3.2動力電池組的PACK生產(chǎn)流程84整個裝配線由電芯自動分組線、小盒裝配線、上盒裝配線、整體裝配線四個子線組成。汽車動力電池自動裝配生產(chǎn)線由包片工區(qū)、匯流排、焊接工區(qū)、槽蓋膠封工區(qū)、槽蓋固化及端子焊接、色膠固化工區(qū)等組成。焊接站采用激光焊接技術(shù)，并設(shè)有通風(fēng)裝置，能及時清除焊接產(chǎn)生的鉛煙，減少車間環(huán)境污染。汽車動力電池自動裝配生產(chǎn)線采用無級變速電機(jī)作為動力，可單獨任意調(diào)節(jié)各環(huán)節(jié)速度。各站出風(fēng)口設(shè)有調(diào)節(jié)風(fēng)門，可根據(jù)需要關(guān)閉或調(diào)節(jié)。有一個收塵機(jī)構(gòu)來回收從電極板上落下的鉛粉。1.3.2動力電池組的PACK生產(chǎn)流程85電池組是動力電池系統(tǒng)生產(chǎn)、設(shè)計和應(yīng)用的關(guān)鍵。它是連接上游電池生產(chǎn)和下游車輛的應(yīng)用核心環(huán)節(jié)。設(shè)計要求通常由電池廠或汽車廠提出，通常由電池廠、汽車廠或第三方包裝廠完成。鋰電池組生產(chǎn)線相對簡單。如圖1-34所示，核心工序包括上料、支架粘貼、焊接、檢測等工序。核心設(shè)備是激光焊接機(jī)和各類粘貼測試設(shè)備。電源組通常由五個系統(tǒng)組成。這五個系統(tǒng)通過螺栓、螺母、扎線帶、卡箍、線束拋釘?shù)炔考B接形成一個總成。1.3.2動力電池組的PACK生產(chǎn)流程86動力電池PACK生產(chǎn)線主要工藝包括：分選配組工藝、自動焊接工藝、半成品組裝工藝、老化測試工藝、PACK檢測工藝、PACK包裝工藝等。PACK包括電池組、匯流排、軟連接、保護(hù)板、外包裝、輸出（包括連接器），青稞紙、塑膠支架等輔助材料這幾項共同組成PACK其PACK方法如下：1）串并聯(lián)方式。電池由單體電池串并聯(lián)而成，并聯(lián)增加容量，電壓不變。串聯(lián)后電壓加倍，容量不變。例如，3.6V/10Ah電池由單個18650/2Ah通過5并組成。2）先并聯(lián)后串聯(lián)。由于內(nèi)阻不同，并聯(lián)散熱不均勻，會影響并聯(lián)后電池的循環(huán)壽命。但是，如果一個電池失效，它將自動退出，除非容量減少，并且不會影響并聯(lián)后的使用。并聯(lián)過程更加嚴(yán)格。單元電池并聯(lián)短路時，并聯(lián)電路中的電流很大，通常通過增加熔斷器保護(hù)技術(shù)來避免。3）先串聯(lián)后并聯(lián)。根據(jù)整個組的電池容量，先串聯(lián)，如整個組容量的1/3，最后并聯(lián)，降低了大容量電池組的故障概率。1.3.2動力電池組的PACK生產(chǎn)流程87電芯要求：根據(jù)設(shè)計需求選擇相應(yīng)的單元，并聯(lián)或串聯(lián)的動力電池必須是同一型號、同一型號，容量、內(nèi)阻、電壓差不大于2%。一般情況下，電池串并聯(lián)后，容量損耗為2%-5%。電池越多，容量損失就越大。無論電池是柔性封裝還是圓柱形電池，都需要多串組合。如果一致性差且電池容量受到影響，則電池組中容量最低的電芯將確定整個電池組的容量。電動汽車要求動力電池具有高電流放電性能，例如驅(qū)動電機(jī)的起動電流是正常工作電流的三倍，大電流放電可以改善驅(qū)動電機(jī)的動態(tài)性能。動力電池需要很好的散熱性能。電芯的數(shù)量眾多，電池盒內(nèi)電池產(chǎn)生溫度會越高且溫升不易擴(kuò)散，造成電池間溫度不均、放電特性不同，從而導(dǎo)致電池性能長期退化。在生產(chǎn)工藝上，特別是點焊工藝要求很高，焊接后，必須進(jìn)行試驗，必須能夠承受崎嶇道路的沖擊，以防止假焊和脫焊。1.3.2動力電池組的PACK生產(chǎn)流程88電池的PACK有兩種方式，一種是激光焊接或超聲波焊接或脈沖焊接。這是一種常用的焊接方法。優(yōu)點是可靠性更好，但不易更換。第二種是通過彈性金屬片的接觸。優(yōu)點是不需要焊接，電池易于更換。缺點是可能導(dǎo)致接觸不良。動力電池組制造過程中的氣密性試驗分為兩個環(huán)節(jié)：1）熱管理系統(tǒng)級氣密性試驗；2）組件級氣密性試驗。國際電工委員會（IEC）起草的保護(hù)等級體系規(guī)定，動力電池組必須達(dá)到IP67級。軟件刷寫過程是將BMS控制策略以代碼形式刷寫到BMS中的CMU和BMU中，在電池測試和使用過程中采集電池狀態(tài)信息數(shù)據(jù)，由電子控制單元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。然后根據(jù)分析結(jié)果向系統(tǒng)中的相關(guān)功能模塊發(fā)出控制指令，最后對外傳遞信息。1.3.2動力電池組的PACK生產(chǎn)流程89電池性能檢測通常分為哪三個環(huán)節(jié)？在充放電時間試驗中，充電時間=（電池容量×充電系數(shù)）/充電電流。電池的放電率用放電時間或在一定放電電流下放電額定容量所需的小時系數(shù)來表示。其中，放電率=額定容量/放電電流。動力電池組組裝過程包括貼片、電池焊接、固定和測試。電池組是新能源汽車的核心能源，為整車提供動力。它主要通過外殼形成電池組的主體。電池組由電池、模塊、電氣系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、外殼和BMS組成。1.3.2動力電池組的PACK生產(chǎn)流程1.3.2動力電池組的PACK生產(chǎn)流程91在PACK過程中，會用到如鎳片、銅鋁復(fù)合匯流排、銅匯流排、總正負(fù)匯流排、鋁匯流排、銅軟連接、鋁軟連接、銅箔連接等，需要從以下幾個方面對母線和軟連接的加工質(zhì)量進(jìn)行評價：1）材料是否復(fù)合，匯流排材料不合格，都會增加電阻率。2）臨界尺寸差可能導(dǎo)致高壓裝置在組裝過程中安全距離不足，造成嚴(yán)重的安全隱患。3）軟連接硬區(qū)的結(jié)合力和軟區(qū)的應(yīng)力吸收。4）軟連接的實際加工和匯流排過流能力是否符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，絕緣熱塑性套管是否有損壞。思考題92序號問題自檢結(jié)果1什么是鋰電池？

2為什么稱鋰電池為“搖椅電池”？

3動力電池研究的主要任務(wù)有哪些？

4磷酸鐵鋰與三元鋰電池有什么區(qū)別？

5正極材料在應(yīng)用上有哪些要求？

6負(fù)極材料在應(yīng)用上有哪些要求？

7隔膜材料的作用是什么？

8電解液的作用是什么？

9中國的863計劃中，在BMS管理技術(shù)的研究上取得了哪些成果？

10ISO、IEC創(chuàng)建的動力電池標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容有哪些？

11美國SAEJ292-2011標(biāo)準(zhǔn)中對動力電池提出了哪些要求？

12美國UL2580標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容有哪些？

13中國GBT31484-2015標(biāo)準(zhǔn)中提出了哪些規(guī)范與要求？

14中國GBT31485-2015標(biāo)準(zhǔn)中提出了哪些規(guī)范與要求？

15中國GBT31486-2015標(biāo)準(zhǔn)中提出了哪些規(guī)范與要求？

16請說說電芯制造前段工藝與后端工藝分別有哪些工序？

17請說說動力電池電芯的具體生產(chǎn)流程與工藝有哪些？

18請說說動力電池電芯PACK工序有哪些

19請說說動力電池電芯PACK工藝要求有哪些？

項目二電動汽車動力電池類型學(xué)習(xí)目標(biāo)1.能夠說出動力電池相關(guān)技術(shù)參數(shù)與電動汽車對動力電池的技術(shù)性能要求；2.能夠說出動力電池的種類；3.能夠知道各種動力電池的結(jié)構(gòu)與工作原理；4.能夠知道各種動力電池的技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用。2.1動力電池應(yīng)用要求952.1.1動力電池的基本概念96為幫助大家能更好地理解動力電池的有關(guān)概念，首先來了解一下有關(guān)于動力電池常見的名稱所指的含義。一、有關(guān)電池技術(shù)常見名稱解讀電芯：也稱為單體蓄電池，是指含有正負(fù)電極的單一電化學(xué)電池，電池模組或動力電池組中最小的單元，一般由正極、負(fù)極、電解液、隔膜、外殼和端子（電極）組成，能直接在電能和化學(xué)能之間轉(zhuǎn)換。2.1.1動力電池的基本概念97電池PCAK：電池PCAK是電池的包裝、封裝和裝配。單體電池需要通過串聯(lián)或并聯(lián)，電壓、容量才能滿足用戶的需要。與保護(hù)板串聯(lián)或并聯(lián)形成多個電池單元以形成滿足用戶需求的電池模組的過程稱為電池PCAK。2.1.1動力電池的基本概念98蓄電池電芯組：是指一組并聯(lián)的單體蓄電池，車用級的蓄電池電芯組通常包括電芯工況信息采集、監(jiān)控電路與保護(hù)裝置。2.1.1動力電池的基本概念99蓄電池模塊：也稱為電池模組，單體蓄電池連接到物理結(jié)構(gòu)和電路，形成蓄電池組或蓄電池系統(tǒng)的最小分組。每個蓄電池模塊組件封裝在蓄電池模塊外殼中，并以特定方式緊密固定。這種類型的固定能夠承受車輛整個生命周期中最惡劣的條件。2.1.1動力電池的基本概念100動力電蓄池組：它也稱為動力電池包、動力電池箱，是包括單體蓄電池或電池模塊的儲能裝置，通常還包括電池電子元件、高壓電路、過電流保護(hù)裝置和電池盒，以及與其他外部系統(tǒng)的接口，如高壓插頭、通信和冷卻接口。2.1.1動力電池的基本概念101二、動力電池的化學(xué)能與電能轉(zhuǎn)換基本原理所謂電動汽車，是指以電能為動力的汽車。動力電池及其管理系統(tǒng)、驅(qū)動電機(jī)及其控制系統(tǒng)、車輛控制系統(tǒng)是現(xiàn)代電動汽車的三大核心技術(shù)組成部分。無論是哪種動力來源的電動汽車，最終都要依靠電池供電。電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的裝置，所以也叫化學(xué)電池。電池應(yīng)用過程是將電能輸入轉(zhuǎn)化為化學(xué)儲能，再輸出為電能的能量轉(zhuǎn)換過程。盡管不同的電池有不同的正負(fù)電極材料、電化學(xué)特性和應(yīng)用特性，但它們的基本概念、評價參數(shù)和電化學(xué)原理有許多相似之處。在比較不同電池特性時，也有必要在這些基本概念的基礎(chǔ)上，利用各種性能參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行比較。2.1.1動力電池的基本概念102為了了解電池是如何將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過程，以經(jīng)典的丹尼爾電池化學(xué)反應(yīng)為例進(jìn)行介紹，其化學(xué)反應(yīng)過程為：

在化學(xué)反應(yīng)中，Cu2+和Zn2+在25℃的標(biāo)準(zhǔn)自由能△G是-212kJ/mol。如果把鋅加入Cu2+溶液中，銅就會沉淀出來了。反應(yīng)式可以分解為兩個電化學(xué)反應(yīng)步驟：

2.1.1動力電池的基本概念103這兩種反應(yīng)在鋅表面同時發(fā)生。但是，如果鋅和銅是兩個獨立的元素，則上述反應(yīng)式必須在兩個不同的位置（電極）發(fā)生，并且只有當(dāng)兩個電極之間有電流連接時，反應(yīng)才能在特定情況下進(jìn)行。通過控制正負(fù)極的連接狀態(tài)，可以有效地控制其化學(xué)反應(yīng)，使化學(xué)能按需轉(zhuǎn)化為有用的電能。2.1.1動力電池的基本概念104三、電動汽車常見動力電池與主要技術(shù)指標(biāo)動力電池從傳統(tǒng)的鉛酸電池發(fā)展到鎳氫動力電池、鈷酸鋰、錳酸鋰、聚合物、三元鋰材料，磷酸鐵鋰等先進(jìn)的綠色動力電池一次電池（不可充電電池）金屬鋰電池：鋰錳電池、鋰亞電池、鋰鐵電池等；干電池：鋅錳干電池、堿性鋅錳電池等；貯備電池：銀鋅電池。二次電池（可充電電池）鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋅空氣電池、液態(tài)鋰離子電池、聚合物鋰離子電池等。其它電池（只能發(fā)電，不能儲電）燃料電池：氫氧燃料電池、直接甲醇燃料電池等；太陽能電池：單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池、非晶硅太陽能電池、光敏化學(xué)太陽能電池等。2.1.1動力電池的基本概念105電動汽車的主要部件是動力電池、驅(qū)動電機(jī)和能量轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)。為了達(dá)到快速充電、安全等高性能要求，動力電池必須具有高比能量、高比功率、快速充電和深放電性能，并且要求盡可能低的成本和最長的使用壽命。電動汽車的性能、可靠性取決于動力電池的能量密度，其核心技術(shù)指標(biāo)主要包括能量、能量密度、充放電比、循環(huán)壽命、安全性、一致性、可靠性等指標(biāo)。計算方法如下：動力電池系統(tǒng)額定電壓=單體電池額定電壓×單體電池串聯(lián)數(shù)量；動力電池系統(tǒng)容量=單體電池容量×單體電池系列數(shù)量；動力電池系統(tǒng)總能量=動力電池系統(tǒng)額定電壓×動力電池系統(tǒng)容量；動力電池系統(tǒng)重量比能量=動力電池系統(tǒng)總能量÷動力電池系統(tǒng)重量；動力電池總功率=單體電池數(shù)量×單體電池的能量密度。2.1.1動力電池的基本概念106四、電池的主要性能指標(biāo)要求1.能量密度請詳細(xì)說明。2.1.1動力電池的基本概念1072.動力電池一致性動力電池的一致性是一個重要的指標(biāo)，單體電池的性能指標(biāo)包括能量、內(nèi)阻和開路電壓。鋰離子電池一致性是指單體電池組初始性能指標(biāo)的一致性，包括：容量、阻抗、電極電特性、電氣連接、溫度特性、衰減率等，電池不一致是指同一規(guī)格型號的電池在電壓、內(nèi)阻、容量、充電接受度、循環(huán)壽命等參數(shù)上的差異。電池不一致性將直接影響運行時輸出電參數(shù)的差異，鋰離子電池組的不一致或電池組的離散現(xiàn)象是指同一規(guī)格型號的單體蓄電池組成電池組后，蓄電池組的電壓、荷電量、容量、衰退率、內(nèi)阻及其隨時間變化率、壽命、溫度影響、自放電率及其隨時間變化率。2.1.1動力電池的基本概念1083.電動勢電池的電動勢是熱力學(xué)雙極平衡電極電位之間的差。電動勢是衡量電池理論輸出能量的指標(biāo)之一。如果其他條件相同，電動勢越大，理論輸出能量越大。4.開路電壓開路電壓是指在開路狀態(tài)下（幾乎沒有電流流動時）動力電池兩極之間的電位差，通常用C開路表示。動力電池的開路電壓取決于動力電池正負(fù)極材料的活性、電解液和溫度條件，與動力電池的幾何形狀和尺寸無關(guān)。5.額定電壓額定電壓也稱為公稱電壓或標(biāo)稱電壓，是指電池在規(guī)定條件下工作時的標(biāo)準(zhǔn)電壓。2.1.1動力電池的基本概念1096.工作電壓工作電壓是指動力電池與負(fù)載連接后放電過程中所顯示的電壓。也稱為負(fù)載電壓或放電電壓。電池放電開始時的電壓稱為初始電壓。動力電池接上負(fù)載后，由于歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻的存在，動力電池的工作電壓低于開路電壓，也低于電動勢。7.放電終止電壓放電終止電壓又稱截止電壓，是指電池放電時電壓降至不適宜繼續(xù)放電的最低工作電壓，是所有二次電池的重要指標(biāo)。根據(jù)不同類型的電池和不同的放電條件，對電池容量和壽命的要求也不同，所以規(guī)定的端接電壓也不同。一般來說，在低溫或大電流放電時，終端電壓規(guī)定得較低；小電流長時間或間歇放電時，終端電壓值規(guī)定得較高。8.電池容量電池在一定放電條件下能放電的電量稱為電池容量，用符號C表示，其單位通常用a·h或mA·h表示。2.1.1動力電池的基本概念1109.動力電池內(nèi)阻當(dāng)電流通過電池時，會受到電阻的影響，從而降低電池的工作電壓，這種電阻稱為動力電池內(nèi)阻。由于動力電池的內(nèi)阻，當(dāng)動力電池放電時，端子電壓低于電動勢和開路電壓。充電過程中充電端電壓高于電動勢和開路電壓。電池內(nèi)阻是化學(xué)電源極為重要的參數(shù)，電池的內(nèi)阻不是恒定的，它在放電過程中根據(jù)活性物質(zhì)的組成、電解液的濃度、電池溫度和放電時間而變化。電池內(nèi)阻包括歐姆內(nèi)阻以及電極在電化學(xué)反應(yīng)過程中表現(xiàn)出的極化內(nèi)阻，兩者之和稱為電池的總內(nèi)阻。10.電池能量電池能量是指電池在一定放電狀態(tài)下所能釋放的能量，通常用W·h或kW·h表示，電池能量分為理論能量和實際能量。1）理論能量：假設(shè)電池在放電過程中始終處于平衡狀態(tài)，放電電壓保持電動勢E值，活性物質(zhì)利用率為100%，放電容量和輸出能量為理論容量。2）實際能量：實際能量是指電池放電時實際輸出的能量。它在數(shù)值上等于電池的實際放電電壓、放電電流和放電時間的積分。2.1.1動力電池的基本概念11111.功率和功率密度電池功率是指電池在一定放電制度下單位時間輸出的能量，單位為瓦（W）或千瓦（kW）；功率密度是指電池單位質(zhì)量或單位體積輸出的功率，也稱為比功率，單位為W/kg或W/L；比功率表示電池能承受的工作電流，如果電池的比功率大表明它能承受大電流放電；比功率是評價電池和電池組能否滿足電動汽車加速爬坡能力的重要指標(biāo)。2.1.1動力電池的基本概念11212.放電深度和放電制度放電深度（DOD）是放電容量與額定容量的百分比。放電系統(tǒng)是指電池放電時規(guī)定的各種條件，主要包括放電率、終止電壓和溫度。1）放電電流：指電池放電時的電流。放電電流的大小直接影響電池的各項性能指標(biāo)。在引入電池容量或能量時，必須說明放電電流的大小，并指出放電條件。放電電流通常用放電率來表示。放電率是指電池放電的速率，有速率或速率兩種形式。2）放電終止電壓：終止電壓值與電池材料直接相關(guān)，受電池結(jié)構(gòu)、放電速率、環(huán)境溫度等諸多因素的影響。在低溫大電流放電時，電極極化較大，活性物質(zhì)不能充分利用，電池電壓下降較快。2.1.1動力電池的基本概念11313.循環(huán)壽命循環(huán)壽命是評價電池使用技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的重要參數(shù)。電池經(jīng)過一次充放電，稱為一次循環(huán)或一個周期。在一定的放電制度下，在二次電池容量降至規(guī)定值之前，電池能承受的循環(huán)次數(shù)稱為電池的循環(huán)壽命或使用周期。14.自放電率自放電率是指電池在無負(fù)載存儲期間自放電，導(dǎo)致電池失去容量的速率。自放電率表示為單位時間（月或年）電池容量減少的百分比。2.1.1動力電池的基本概念11415.使用壽命隨著充放電循環(huán)次數(shù)的增加，二次電池容量衰減是一個不可避免的過程。這是因為在充放電循環(huán)過程中，電池內(nèi)部會發(fā)生一些不可逆的過程，導(dǎo)致電池的放電容量衰減。這些不可逆因素主要有：1）在充放電過程中，電極的活性比表面積不斷減小，增大了工作電流密度與極化率。2）電極上的活性物質(zhì)被分離或轉(zhuǎn)移。3）在電池運行過程中，一些電極材料被腐蝕。4）在循環(huán)過程中，電