电动车电池及其温度管理初步研究

*,电动车电池及其温度管理初步研究,重庆超力高科技有限责任公司,2009,年,10,月,电动车电池发展情况,1,锂离子电池,2,电池的温度管理,3,主要内容,电动车包括：,1.,电动自行车；,2.,电动摩托车；,3.,四轮微型电动车；,4.,电动汽车。（,纯电动车,BEV,、混合动力电动车,HEV,、燃料电池电动车,FEV,）,电动车的优越性：,1.,可使用多种资源（不受石油的限制，可利用一切能发电的资源）；,2.,环境污染低（包括发电，和电池制造使用过程对环境的污染）；,3.,效率高（内燃机约,12%,，而电池,19%,）；,4.,噪音低；,5.,结构简单，使用维修方便；,6.,使用环境广，不受使用环境影响。,电动车电池发展情况,电动车的关键问题：,除了电机及其控制系统、社会基础设施建设（充电站）外，最主要的问题是,电池,。,电动车电池发展情况,电动车用电池,蓄电池,燃料电池,直接将燃料的化学能转化为电能，以加注“燃料”的方式来补充能源。,充电方式补充能量，任何电资源均可利用。,铅酸蓄电池,镍氢蓄电池,钠硫蓄电池,锌空电池,镍镉蓄电池,锂离子电池,在众多电池中目前发展较好的是：,镍氢蓄电池 锂离子电池,电动车电池发展情况,评价车用电池的标准,1.,能量比质量，,Wh/kg,，代表每,kg,的电池能够提供多少能量；,2.,能量比体积，,Wh/L,，代表每,L,容积的电池能够提供多少能量；,3.,功率比质量，,W/kg,，代表每,kg,的电池能够提供多大的马力；,4.,寿命，工作时间和总行驶里程来；,5.,经济性。,普通燃油汽车发动机：,200Wh/kg,普通燃油汽车发动机：,440W/kg,电动车电池发展情况,作为电动车用电池必须满足,1.,贮能密度高（一次充电行驶里程长）；,2.,能量输出密度高（加速性能、爬坡性能好）；,3.,充电时间短、寿命长；,4.,维修、保养费低；,5.,安全性高（包括对环境的安全）；,6.,价格低，有再利用性等技术特点。,镍氢蓄电池,锂离子电池,1000w/kg,功率比质量,1300w/kg,目前蓄电池研发的性能指标：,目前技术最成熟，应用最多的还是镍氢蓄电池,但锂离子电池又有不可替代的优势,自放电小，无记忆效应,3,1,能量密度高，输出功率大,2,环境 “友好”，绿色电池，使用寿命长,6,可快速充放电，充放电效率高,3,3,平均输出电压高（约,3.2 V,），放电平稳,3,5,工作温度范围宽,-25 +80,C,4,锂离子电池的优点,这将指出，对电池温度必须进行有效管理。,铅酸电池,镍氢电池,锂离子电池（,LiFePO4,）,高能量型,高功率型,高能量型,高功率型,能量密度,(,Wh,/kg),35 40,70 75,55 60,110 120,90 100,功率密度,(W/kg),150 200,200 250,900 1000,500 600,2000 3000,工作电压（,V,）,1.6,1.2,3.2,循环次数,300,500,500,1500,2000,1500,2000,目前锂离子电池与其它动力电池的性能比较,故“锂离子电池”的前景极其光明！,锂离子电池,锂离子电池,正极,负极,隔膜,电解液,锂离子电池体系结构,锂离子电池,锂离子电池几种主要正极材料的电化学性能,锂离子电池,前驱体,掺杂元素化合物,球磨混合,固相反应,颗粒整形,（气流磨）,“,原位碳包覆元素掺杂,”,LiFePO,4,材料,电化学分析,微观结构和形貌分析,聚丙烯,N,2,气中加热,冷却,LiFePO4,制备技术路线,锂离子电池,搅 拌,连续涂布,连续辊压,连续分条制片,连续卷绕,焊集流体,滚槽焊底,注液封口,化成分容,检验入库,采用连续涂布、连续辊压、连续制片、连续卷绕。,LiFePO4,工艺流程设想,锂离子电池,超力电池结构设想,锂离子电池,电池的温度管理,温度对充电次数和容量的影响,无论是锂离子电池还是镍氢电池，它们都有一个正常工作的温度范围。故对电池的温度管理必须提上议事日程。,就以锂离子电池为例：其正常工作的温度范围为：,-25-80,。,电池的温度管理,最好控制在,10,40,。,电池的温度管理,1.,冷却,/,加热型式,:,水冷,(,热,),式,风冷,(,热,),式,冷却时,翅片或热管带走电池的热量,经过冷却的空气再带走翅片或热管的热量,;,加热时,经过加热的空气加热翅片或热管,翅片或热管再加热电池。,其介质为,50%,水和,50%,乙二醇,(Glycol),的混合液体,效果比风冷,(,热,),式好。,但是由于系统零件多,而且复杂,所以费用相对要高,;,同时稳定性和可靠性,以及保修较差。,空调系统冷,(,热,),式,冷却时,空调通过电磁阀调整制冷剂回路，将电池组中的散热器作为蒸发器使用，对电池冷却。,加热时,空调通过电磁阀调整制冷剂回路，将电池组中的散热器作为冷凝器使用，对电池加热。,但在纯电动中难于加热电池组,需要引入冷热风，热风一般采用,PTC,加热的方式。,需要有良好的控制逻辑,电池的温度管理,2.,第二代和第三代电池温度控制要求更高,由于第二代电池对电池冷却,(,加热,),的要求较低,被动式翅片风冷可以满足冷却效果,;,被动式翅片也可以满足电池风暖的要求,.,但第三代电池的冷却要求和加暖要求较高,必须采用“主动式”高强度冷却,/,加暖。,3.,第三代电池冷却的初步方案设想,采用”主动式”和“双向”热管技术。 既可以散热,也可以加热,。,4.,第三代电池最大包容空间,由于需要至少,100,块电池,所以对最大安装空间的要求高,每个电池之间的距离在,1.5mm,以下。,热管长度,(,每端,),只能比电池超出,25mm,。,5.,第三代电池热管理成本要求,100,块电池需要,101,块散热管，即,N,块电池需要,N+1,块散热板。 冷却系统目标费用每块散热板在,10-15,元。,但会增大电池组的装配空间,电池的温度管理,电 池,散热器,电池与散热器的布置示意图,电池的温度管理,在纯电动汽车中，由于空间和结构形式的限制，故超力推荐采用与空调系统结合起来，直接采用制冷剂冷却和加热电池组的方案。,优点：结构简单，可靠，成本低，加热制冷快，耗能少等特点。,缺点：电子控制复杂。,介质进出口,电池的温度管理,单循环制冷系统,PTC,加热,电池的温度管理,绝缘型翅片式空气加热器,电池的温度管理,Thank you!,