免费在线.2动力电池生产工艺 Power battery Production Technology of Power Battery ★ 了解动力电池 ★ 主流动力电池介绍 ★ 动力电池管理系统功能 目录 新能源汽车发展背景 新能源汽车 动力电池介绍 01 03 02 新能源汽车 介绍 PART 01 ① ③ 动力电池的定义 ② 动力电池的分类 动力电池的工作 原理及性能参数 1 2 3 了解动力电池 主流动力 电池管理 电池介绍 系统 1、动力电池的定义 圆柱锂离子电芯 聚合物锂离子电芯 方型锂离子电芯 动力电池的定义  动力电池即为工具提供动力来源的电源，多指为电动汽车、电动列车、电动自行车、高尔夫球车提供动力 的蓄电池。电动汽车用电池的主要性能指标是比能量(E)、能量密度(Ed)、比功率(P)、循环寿命(L)和成本(C) 等。要使电动汽车能与燃油汽车相竞争，关键就是要开发出比能量高、比功率大、使用寿命长的高效电池。 2、电池的工作原理及性能参数 2、电池的工作原理及性能参数 • 标称电压 ：电池刚出厂时，正负极之间的电势差。取决于极板材料的电极 电位和内部电解液的溶度。 • 充电限制电压 ：充电过程中由恒流变为恒压充电的电压。 • 放电截止电压 ：电池充满电后进行放电，放完电时达到的电压，也是蓄电 池放电时允许的最低电压。 • 电池容量（Ah ）：电池容量是指电池所能够储存的电量的多少。 • 电池容量（Ah ）=电流（A ）×放电时间（h ） • 电池能量（Wh ）：电池储存的能量的多少。 • 电池能量（Wh ）=额定电压（V ）×工作电流（A ）×工作时间（h ） • 能量密度（Wh/Kg ）：单位体积或者单位质量所释放的能量 2、电池的工作原理及性能参数 • 放电倍率（C ）：放电倍率是指规定时间内放出其额定容量（Ah ）时所 需的电流值，表示放电快慢的量度，C值比较高的电池，内阻一般较低。 • 充放电倍率（C ）=充放电电流（I ）/额定容量（Ah ） • 循环寿命（次） ：二次电池经历一次充放电称为一个周期或者一个循 环，电池反复充放电后，容量会逐渐下降。在一定的放电条件下，电池容 量降至80%时，电池所经受的循环次数就是循环寿命。 • 成本 ：电池的成本是与电池的技术含量、材料、制作方法和生产规模 有关，目前新开发的高比能量的电池成本较高，使得电动汽车的造价也较 高，开发和研制高效、低成本的电池是电动汽车发展的关键。 ① ④ 铅酸蓄电池 锂离子电池 ② ③ 镍氢电池 燃料电池 1 2 3 了解动力 主流动力电池 电池管理 电池 系统 介绍 新能源汽车常用动力电池 02 01 04 03 1、铅酸蓄电池 — 传统燃油车 构造及工作原理 PbO + 2H SO + Pb PbSO + 2H O + PbSO ( 放电反应 ) 2 2 4 4 2 4 负极：Pb + SO 2 － －2e － === PbSO ↓ 4 4 + 2 － － ↓ 正极：PbO + 4H + SO + 2e === PbSO + 2H O 2 4 4 2 PbSO + 2H O + PbSO PbO + 2 H SO + Pb ( 充电反应 ) 4 2 4 2 2 4 阳极：PbSO + 2H O －2e － === PbO + 4H+ + SO 2 － 4 2 2 4 － 2 － 阴极：PbSO + 2e === Pb + SO 4 4 铅酸蓄电池的特点 1 ）除锂离子电池外，在常用蓄电池中 ， 铅酸蓄电池的电压最高 ，为2.0V ； 1 ）比能量低，在电动汽车中所占的质量和 2 ）价格低廉 ； 体积比较大，一次充电行驶里程短； 3 ）可制成小至1A·h大至几千安时的各种尺 寸和结构的蓄电池 ； 2 ）使用寿命短； 4 ）高倍率放电性能良好，可用于引擎启动 ； 5 ）高低温性能良好 ，可在-40~60℃条件下 3 ）充电时间长； 工作； 6 ）电能效率高达60% ； 4 ）铅是重金属，存在污染。 7 ）易于浮充使用，没有“记忆”效应 ； 2、镍氢电池— 运用电动汽车 MH + NiOOH → M + Ni(OH)2 ( 放电反应 ) - 负极：MH + OH - e-→ M + H2O - - 正极：NiOOH + H2O + e → Ni(OH)2 + OH M + Ni(OH)2 → MH + NiOOH ( 充电反应 ) - - 阳极：Ni(OH)2 + OH - e → NiOOH + H2O - - 阴极：M + H2O + e → MH + OH 2、镍氢电池的特点 镍氢电池具有无污染、高比能、大功率、 快速充放电、耐用性等许多优异特性。与铅蓄电池相 比，镍氢电池除具有比能量高、质量轻、体积小、循环寿命长的特点外，还具有以下特点。 比功率高。目前商业化的镍氢功率型电池能做到1350W/kg。 1 循环次数多。目前电动车镍氢动力电池 ，80%放电深度可循 环1000次以上 ，是铅酸蓄电池的3倍以上。 2 无污染。镍氢电池不含铅、镉等对有害的金属。 3 能耐过充过放。 4 无记忆效应。 5 使用温度范围宽。正常使用温度范围宽-30~55℃ ； 储存温度范围-40 ~70℃。 6 安全可靠。短路、挤压、针刺、安全阀工作能力、 跌落、加热、耐振动等安全性、可靠性试验无爆 7 炸、燃烧现象。 3、燃料电池 分类方法 燃料电池种类 Click质子交换膜燃料电池、碱性燃料电池、磷酸燃料电池、 01.电解质 熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、直接甲醇燃料 燃 电池、再生型燃料电池、锌空燃料电池、质子陶瓷燃料电池 02.燃料种类 氢燃料电池、甲醇燃料电池、乙醇燃料电池 料 03.使用类型 直接型燃料电池、间接型燃料电池、再生型燃料电池 电 04.燃料状态 液体型燃料电池、气体型燃料电池 池 05.运行机理 酸性燃料电池、碱性燃料电池 06.工作温度 低温型（ 200℃ ）、中温型（200~750℃ ）、高温型（ 750~1000℃ ）、超高温型（1000℃ ） 燃料电池是一种化学电池，基于燃料、氧化剂基础上，发生化学反应时直接将释放出的能量变换为电能。 3、燃料电池 优点 缺点 1)燃料种类单一。主要是液态氢、气态氢以及 1)节能、转换效率高。燃料电池的运转效率约 碳水化合物经过重整后转换的氢，氢气的产生、 为50%~70% ，低功率下的运转效率高，其短 存储、保管、运输和灌装或重整，都比较复杂， 时间的过载能力可以达到额定功率的200% ， 对安全性要求高。 适合于汽车的加速和爬坡。 2)要求高质量的密封。燃料电池组中的单体电 2)排放基本达到零污染。碳氢化合物燃料电池 池间的电极连接时，必须要有严格的密封，否 主要生成物质为水、C02、CO等，属于“超低 则氢气泄漏会降低氢的利用率并严重影响燃料 污染”；氢氧燃料电池的反应物只有清洁的水。 电池发动机的效率，还会引起氢气燃烧事故。 3)无振动和噪声，寿命长。发生的是电化学反 应，过程中没有噪声和机械振动的产生，从而 3)价格高。制造成本高，电池价格昂贵。 减少机械器件的磨损，延长了使用寿命。 4)需要配备辅助电池系统。通常在燃料电池汽 4)结构简单，运行平稳。能量转化在静态下完 车上还要增加辅助电池，来储存燃料电池富裕 成，结构比较简单，构件的加工精度要求低。 的电能和汽车在减速时接受再生制动的能量。 燃料电池的特点 4、锂离子电池 — 大规模普及 什么叫锂离子电池？ Li-Ion battery 锂离子电池的命名: • 锂离子电池是指Li+ 嵌入化合物为正、负极的二次电池。 • 正极采用锂化合物Li CoO 、Li NiO 、Li MnO 、 X 2 X 2 X 2 LiFePO 的三元复合材料。 4 • 负极采用锂-碳层间化合物Li C 。 高度 X 6 65mm 在充放电过程中，Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌， 被形象的称为“摇椅电池”。 + 充电池时，Li 从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极 处于富锂状态。 Ø 18mm 放电时则相反。 18650 4、锂离子电池 — 大规模普及 工作原理 电池在充电时，锂离子从正极材料晶格中脱出 ， 通过电解质溶液和隔膜，嵌入到负极中；放电时 ，锂 离子从负极脱出，通过电解质溶液和隔膜 ，嵌入到正 极材料晶格中。在整个充放电过程中，锂离子往返于 正负极之间。 4、锂离子电池 — 大规模普及 1)工作电压高。锂离子电池工作电压为3.6V ，是镍氢和镍镉电池工作电压的3倍。 2)比能量高。锂离子电池比能量已达到150W·h/kg ，是镍镉电池的3倍，镍氢电池 的1.5倍。 优 3)循环寿命长。目前锂离子电池循环寿命已达到1000次以上，在低放电深度下可达 几万次，超过了其他几种二次电池。 点 4)自放电率低。锂离子电池月自放电率仅为6%~8% ，远低于镍镉电池25%~30% 和镍氢电池15%~20%。 5)无记忆性。可随时充电，而不会降低电池性能。 6)对环境无污染。锂离子电池中不存在有害物质，是名副其实的“绿色电池”。 7)能够制造成任意形状。 1)成本高。主要是正极材料LiCoO2的价格高，但按单位瓦时的 缺 价格计算，已经低于镍氢电池，与镍镉电池持平，但高于铅酸蓄 电池。 点 2)必须有特殊的保护电路，以防止过充。 主流动力电池比较 目前根据2018年国家最新新能源汽车的补贴标准以电 池包系统的能量密度为重要指标 ，政策规定当电池系统能 量密度超过105Wh/kg ，才可享受，介于120Wh/kg和 能量 140Wh/kg之间只能享受1倍补贴。 密度 磷酸铁锂电池单体能量密度通常在90-120Wh/kg之间， 而三元锂电池单体能量密度可以达到200Wh/kg左右，可 见三元锂电池的能量密度优势较为明确 ，这也是近年内国 内大量上线三元锂电池产线的原因所在，再加了日韩在三 元锂电池技术方向上的坚持 ，为市场注入强有力的信心。 我们知道，就材料体系而言，三元锂电池正极材料的分解温度在200℃左右，磷酸铁锂 电池正极材料的分解温度在700℃左右。实验室测试环境下短路磷酸铁锂电池单体，基 安全 本不发出现着火的情况，三元锂电池则不然，在使用三元锂电池时尤其要对热管理提 性 出较高的要求。对于整车电池包来讲，安全措施更加完善与科学，通过BMS有效对锂 电池进行管理，电池可以工作在安全的状态下。 主流动力电池比较 以北京为例，作为电动汽车的主力市场，北京夏季 最高温度在40℃左右，而冬季则基本保持在零下 温度适 16℃左右，甚至更低。这样的温度区间显然适合低 温性能更佳的三元锂电池。而注重耐高温性能的磷 应性 酸铁锂电池在北京的冬季会显得有些乏力。 除了续航之外，充电也是电动汽车在实际使用中的 重要环节，而三元锂电池在充电效率方面较磷酸铁 锂电池有着非常大的优势。 充放电 从表中可以看出，三元锂电池与磷酸铁锂电池在 效率 10C以下充电时，恒流比无明显差距，10C以上倍 率充电时，磷酸铁锂电池恒流比例迅速降低，充电 效率迅速降低。 磷酸铁锂与三元的市场之争，目前仍是平分秋色，各有所长。在电池技术日新月异不断革新的情况下， 不久的将来迎来性的变化也在意料之中。 ① 动力电池管理系 ② 统定义及结构 动力电池管理系 3 统功能 动力电池管 理系统 1 2 了解动力 主流动力 电池 电池介绍 二次电池存在下面的一些缺点，如存储能量少、寿命短、串并联使用问题、使用安 简介 全性、电池电量估算困难等。电池的性能是很复杂的，不同类型的电池特性亦相差 很大。电池管理系统(BMS)主要就是为了能够提高电池的利用率，防止电池出现过 充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。 结构 定义 电动汽车电池管理系统 组成：数 据采集模 (BMS)是连接车载动力 块、主控 电池和电动汽车的重要 模块、通 讯模块、 纽。