磷酸铁锂动力电池技术rev2课件

汽车汽车磷酸铁锂磷酸铁锂动力电池生产动力电池生产技术技术Rev.02OUTLINE电池原理与化学电池发展 锂离子电池性能与安全 磷酸铁锂动力电池结构 动力电池存贮、装卸 电池包的安全操作电池原理与化学电池发展电池原理与化学电池发展 化学电池基本构成：正极、负极、电解液隔离膜、导线、外包装物电极反应：放电：阳极：Cu2+2e-=Cu 阴极：Zn-2e-=Zn2+电池的能量：电池能量=电势差*电量电势差正负极材的电位决定电量通过线路中的电子总量伏打电池丹尼尔电池电池原理与化学电池发展电池原理与化学电池发展 电池分类：一次电池（原电池），如锌锰干电池、碱性电池、银电池二次电池（蓄电池），如铅酸电池、镍氢电池、锂电池燃料电池，氢、甲烷、甲醇燃料电池太阳能电池 常见二次电池的基本参数：电池原理与化学电池发展电池原理与化学电池发展 1991,Sony:C6/Li-salt in PC-EC/Li1-xCoO2 In 1995,Bellcore:Polymer new process P1 锂二次电池研发分为金属锂二次电池、锂离子电池与锂聚合物电池三个阶段。1999年，锂离子聚合物电池正式投入商业化生产，松下公司为首的8家公司均有产品推出，因此，1999年被日本人称为锂聚合物电池的元年。电池发展：OUTLINE电池原理与化学电池发展 锂离子电池性能与安全 磷酸铁锂动力电池结构 动力电池存贮、装卸 电池包的安全操作锂离子电池性能与安全工业社会的发展对便携电子设备的依赖越来越高，作为设备能源提供的电池必须俱备更高的能量密度、更长的循环寿命及安全性。1992年商品化的锂离子电池提供可能性主要用途主要用途电子仪表航空动力消费用品电动车辆动力锂电池性能与安全 传统而又新兴的电动车行业对于中国汽车工业，新能源汽车是实现跨越式发展的难得机遇锂离子电池性能与安全 锂离子电池的优势 锂离子电池（Li-on Battery）是目前最佳能量存储方案，同时兼备高功率密度和高能量密度，是当前电动汽车选用锂离子电池的根本原因锂离子电池性能与安全 锂离子电池结构阴极 ：锂离子盐，提供锂离子，LiCoO2,LiFePO4等阳极 ：石墨，锂离子存贮仓库隔离膜：PE或PP,隔离阴阳极，防止短路，离子导通，电子 隔绝电解液：碳酸酯+LiPF6，锂离子通道极柱 ：Ni(Cu)、Al，电子通道，接外电路包装膜：不锈钢壳，保持稳定的电化学环境 外包装绝缘膜锂离子电池性能与安全 锂离子电池内部结构充电：正极-Li1MO2-Li1-xMO2+x Li+xe-负极-C+x Li+x e-CLix放电：正极-Li1-xMO2+x Li+xe-LiMO2 负极-CLix-C+xLi+e-锂离子电池性能与安全 锂离子电池内部结构锂离子电池性能与安全 锂离子电池阴极材料：LxMyOzli.e LiCoO2 LiNi(1-x)CoxMn(1-x)/2O2 LiMnO4 LiFePO4LiCoO2LiFePO4锂离子电池性能与安全 锂离子电池阴极材料性能比较 基于安全与成本因素，磷酸铁锂是目前技术水平条件下，最好选择。锂离子电池性能与安全 石墨阳极材料天然石墨负极材料电镜照片FSNC-1石墨化后的电镜照片锂离子电池性能与安全 石墨阳极材料容量 满充电时：LiC66C+Li+e-6个C原子能放出1个电子6摩尔C原子(72克）能放出1摩尔电子1摩尔电子的电量=1.60217733*10-19*6.022*1023 =96485库伦 =26.80安时理论石墨克容量=26.80/72=372毫安时实际石墨克容量=280370毫安时材料容量电芯比能量和体积比能量锂离子电池性能与安全 理想正负极材料的特征具有层状或隧道的晶体结构，利于锂离子电池的嵌入和脱出充放电过程中，尽可能容易的嵌入和脱出，具有高的化学容量锂离子嵌脱时，有比较平稳的充放电电压锂离子有较大的扩散系数，减少离子移动时的能耗，保证良好的充放电性能嵌入化合物应当便宜，污染小，质量轻锂离子电池性能与安全 锂离子电池设计安全性电池内部几乎为真空，在密闭环境下充放电隔膜具有高温保护功能，当温度达到130度，离子无法通过，切断电路充电或放电电流过大时，电芯内部的保护板会切断电流安装在PTC温度控制端子或保险丝，可限制电流 过大时产生 的高温锂离子电池性能与安全 锂离子电池设计安全性 锂离子电池是已成功的商业化且安全的电池 每年超过20亿安时的产量 过充、过放、低温循环会导致损坏锂离子电池性能与安全 过放电 电压放到2.0V，阳极铜集电体 溶于电解液，在阴极析出，生成铜枝晶，刺破隔离膜，造成短路 加热 加热超过150温，导致热失控（化学能电化学能，阴极结构 塌陷 低温充电 温度低于0度，对电池充电，在阳极表面有锂析出，过程为不可逆反应，损害电池。E=E0-RT/nFlg氧化态/还原态锂离子电池性能与安全 磷酸铁锂电池性能LFP电芯标准充电曲线：安全上限电压3.8V LFP电芯标准放电曲线：安全下限电压2.5VLFP电芯在不同温度下的放电容量LEP电池系统对温度敏感66Ah电芯为例：充放电电芯表面温升LFP 电池系统也要做好热处理OUTLINE电池原理与化学电池发展 锂离子电池性能与安全 磷酸铁锂动力电池结构 动力电池存贮、装卸 电池包的安全操作 主要部件外箱 ：支架作用，箱体、上盖、绝缘膜、极柱模组 ：工作单元，电芯、BUSBARBMS :控制系统，BMU、电压采集线、温度采集线继电器:开关熔断器：安全保护热管理：全天候运行保证，加热片、风扇其他 ：正负极引线、支架磷酸铁锂动力电池结构磷酸铁锂动力电池结构 电芯与模组采集线电压采集温度采集 电池包1外观：2箱手形对称标称：19.6Kwh,60A联接：100串，324V箱体：钣金或重铸上盖：铝板防护：IPX7？绝缘：500M磷酸铁锂动力电池结构 电池包电池包2 2外观：单箱标称：25Kwh,80AH联接：100S，320V磷酸铁锂动力电池结构箱体：低压铸造上盖：玻璃钢防护：IP68绝缘：500M 电池包3外观：3箱标称：55Kwh,120AH联接：150S，460V磷酸铁锂动力电池结构箱体：钣金上盖：钣金防护：IPXX绝缘：500M箱体材质性能比较箱体材质性能比较磷酸铁锂动力电池结构箱体箱体优点优点缺点缺点钣金箱钣金箱体体重量轻、强度高、导电（能够用于电磁屏蔽）、成本低、不受规模限制，冲压模具制造简单、成本低，产品尺寸变异大，重量相对较重，对PACK比能量影响较大，容易产生缝隙或透点，不易达到IP67要求，表面处理要求相对较高重力铸重力铸造箱体造箱体重量相对较轻，适用批量生 产，成本低，重力模具制造简单，产品尺寸变异相对较小孔隙较多，表面处理复杂，加工周期长低压铸低压铸造箱体造箱体重量较轻，尺寸变异小，生产效率高，产品相对致密，缺陷少模具设计周期长，产成品成本较高，加工周期长碳纤维碳纤维轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，耐腐蚀性好，X射线透过性好。良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等，剪断强度弱，加工时需要进行复杂的应力计算，阳光下时会逐渐变白，破损难修复，对成形模具要求较高 OUTLINE电池原理与化学电池发展 锂离子电池性能与安全 磷酸铁锂动力电池结构 动力电池存贮、装卸 电池包的安全操作 贮存动力电池存贮与装卸贮存温度：025；湿度：75R.H（无水汽凝结）；存储室内清洁、干燥、阴凉、通风，避免与腐蚀性物体或气体接触标识清晰，远离火源及热源，要做好绝缘处理 电池箱体保护盖板安装紧固，无缺损、破坏等缺陷；正、负极接线柱用绝缘胶带或者其他绝缘材料绝缘，无金属裸露；短期储存（3个月内）SOC30，电芯电压 2.5V；长期贮存SOC50，电芯电压 3.0V，需定期进行充放电测试，推荐一个月进行一次充放电，充放电电流0.2C，同时检查BMS功能 搬运动力电池存贮与装卸轻拿轻放，正面朝上，不可倒放或斜放用专门运载工具，严禁徒手搬移，拖动，破坏电池外观（比如造成划痕，凹点）搬运前检查绝缘性：总正总负对系统金属外壁绝缘电阻 500Mohm 搬运前检查继电器是否断开：前后箱接插件应当保护 装卸动力电池存贮与装卸用叉车将电池系统的托盘升高至液压升降台架同一平面，将电箱推至液压升降台面上；将车辆用举升架升至适当高度；推液压升降小车至车下，调整电箱方向，对准安装位置，升起液压升降台，微调升降台位置，使定位孔对准安装孔，继续升高液压升降台至各孔位对齐后，进行安装；将前后箱接插件对接即可完成安装，与整车的高、低压线连接在车体内部进行。操作工具动力电池存贮与装卸OUTLINE电池原理与化学电池发展 锂离子电池性能与安全 锂离子动力电池结构 动力电池存贮、装卸 电池包的安全操作 操作人员资质懂得锂电方面的专业知识有电工证，熟悉电路知识经相关专业培训，俱有识别可能的危险能力安全标识电池包的安全操作小心轻放绝缘防雨、防潮禁止堆放禁止随意丢弃 操作安全守则禁止将电池组正负极连接或将电池组与能够引起短路的物品接触和混放禁止用尖锐器物碰撞动力电池系统或穿着有金属外露的服装、佩戴金属饰品接触动力电池操作时必须戴绝缘手套、穿绝缘鞋，不得徒手接触电池的极柱禁止将动力电池与其他类型电池混合装配在同一辆车上混用电池组应远离热源、火源，避免阳光长时间直射禁止将电池组放置于火中、液体（如水、溶剂）或高湿环境中未经授权严禁拆解、损毁、安装动力电池系统组件禁止擅自解剖电池或电池组，以免发生危险电池包的安全操作 充电安全电池包的安全操作电芯温度标准充电快速充电猛烈充电 55不允许充电电池包的安全操作动力电池或者电池模块、电箱的运输安全卡动力电池或者电池模块、电箱的运输安全卡人机（车）料法环1司机应经过安全消防培训，会用水、水雾灭火。车上应配喷雾灭火器、雨衣雨鞋绝缘手套等防触电防护用品电池不得用泡棉、海绵等易燃材料包装，外包装为木箱的应开观察口（喷雾灭火口）电池出现异常时应靠边停车或开到偏僻处处理车箱的温度不得高于60，不要在暴晒情况下不通风的长时间停留。2司机能够判断货物标示电压，明白安全电压50V以下，还是超过安全电压车箱内应包保硅酸铝耐火棉（耐火、保温、隔热），少用海绵、泡沫塑料等易燃材料空运电池，加5厘米厚的硅酸铝材料包装，担当耐火、阻燃、保温作用厂外出现异常及时向警方报警不不得得让让货货物物淋淋水水,淋淋雨雨，溅溅水。水。3司机明白对超过安全电压的用水灭火，要穿 戴 PPE(雨 衣雨靴手套)防范触电车体货箱应有观察口，贴透明薄膜（喷雾灭火口），必要时刻将喷雾器的喷管伸入灭火，或者从此口灌水灭火电池包装过程中须采取防短路的措施，有干燥剂、缠绕薄膜防潮措施异常电池如已串联电压超过50V，须穿着PPE（雨衣雨靴手套）防范触电，再用水灭火。要要缓缓慢慢进进入入温温差差大大的的地地点点，避避免免剧剧烈烈的的温温度度差差产产生生冷冷凝凝水水（相相对对湿湿度度超超过过45%45%，温温度度差差超超过过5 5会会产产生生冷冷凝凝水）水）4司机明白安全电压以下，不必穿戴PPE来灭火。车厢必须是箱式，有效防水；夏季车厢有通风口散热，如果车厢顶部有隔热层更好电池包装必须固定，防止运输过程中过度撞击导致电池损坏小火喷雾，大火倒水。伸喷嘴到观察口来喷雾灭火，或者向观察口里面灌水灭火防潮防雨淋、防冷凝水产生导致电池极柱电解，保持干燥剂、缠绕薄膜防潮措施完好。电池包的安全操作电池异常：典型异常-电池胀气、泄露有液体或者异常味道、腐蚀变色、短路后局部碳化痕迹、绝缘破损等。危险异常-过热、冒烟、着火，要立刻采取应急措施。异常处理：对于典型的异常，立即通知安全负责人；对异常负责人，处理流程如下：报警报警 =看见冒烟起火，马上报警穿戴防护穿戴防护 =口罩、面罩、雨衣雨鞋和手套断电断电 =关设备电源或者电池电箱继电器喷水喷水/雾灭火雾灭火=用喷雾器，或消防盘管/水带灭火,对准失火的电池模块或电箱排烟开风机排烟开风机干燥和中和干燥和中和=风干淋水后的电箱；洒石灰中和电解液 故障维修电池包的安全操作电池包的安全操作