淺談動(dòng)力鋰離子電池技術(shù)需要
出處:wenteng 發(fā)布于:2011-08-27 20:50:58
對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力車(chē)來(lái)說(shuō),其技術(shù)在于電池,與其他類(lèi)型的電池比較,動(dòng)力鋰離子電池雖然具有價(jià)格高、安全性能差的缺點(diǎn),但其具有比能量大、循環(huán)壽命長(zhǎng)等重要優(yōu)點(diǎn)鋰離子動(dòng)力電池是20世紀(jì)開(kāi)發(fā)成功的新型高能電池。這種電池的負(fù)極是金屬鋰,正極用MnO2,SOCL2,(CFx)n等。70年代進(jìn)入實(shí)用化。因其具有能量高、電池電壓高、工作溫度范圍寬、貯存壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),已廣泛應(yīng)用于軍事和民用小型電器中,鋰離子動(dòng)力電池在移動(dòng)電話(huà)、便攜式計(jì)算機(jī)、攝像機(jī)、照相機(jī)等、部分代替了傳統(tǒng)電池。大容量鋰離子電池已在電動(dòng)汽車(chē)中試用,將成為21世紀(jì)電動(dòng)汽車(chē)的主要?jiǎng)恿﹄娫粗?,已?jīng)在人造衛(wèi)星、航空航天和儲(chǔ)能方面得到應(yīng)用。如果動(dòng)力電池中單體電池?cái)?shù)量越多,電池組中單體電池的一致性要求就越高,壽命就越不好做,在實(shí)際使用過(guò)程中電池組有問(wèn)題分析后,一般是其中一、兩個(gè)單體電池出問(wèn)題然后導(dǎo)致整組電池出現(xiàn)問(wèn)題,因此不難理解為什么48V的鉛酸電池比36V的鉛酸電池反饋要高,從這個(gè)角度上講鋰電更適合動(dòng)力電池的使用。例如36V 的鋰電只需要10個(gè)單體,而36V鉛酸電池需要18個(gè)單體電池,即3只12V的電池組,而每只12V的鉛酸電池有六個(gè)單格即六個(gè)單體電池組成。
電池容量大小涉及技術(shù)和成本鋰離子電池按體積大小可分為小電池和大電池兩種,小電池通常應(yīng)用于3C電子產(chǎn)品,相關(guān)技術(shù)及產(chǎn)業(yè)已經(jīng)發(fā)展得十分成熟,總體利潤(rùn)呈降低趨勢(shì)。目前的鋰離子電池產(chǎn)品,85%以上是小電池。
大電池又俗稱(chēng)動(dòng)力電池,同樣有小型動(dòng)力電池和大型動(dòng)力電池兩種,前者主要用于電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車(chē)等,后者用于電動(dòng)汽車(chē)和儲(chǔ)能領(lǐng)域。目前,純電動(dòng)(EV)、可插電式混合動(dòng)力(PHEV)、混合動(dòng)力(HEV)3種類(lèi)型的動(dòng)力汽車(chē)正處在快速發(fā)展時(shí)期,備受行業(yè)關(guān)注。鋰鐵電池內(nèi)容簡(jiǎn)介鋰鐵電池是2000年后由美國(guó)永備公司所推出來(lái)并得到成功市場(chǎng)化的新型綠色高能化學(xué)電源,在應(yīng)用于需要的高能量高功率電源的電子設(shè)備和電動(dòng)玩具方面,顯示了非常優(yōu)越的性能。在中等放電電流以上時(shí),鋰鐵電池的放電時(shí)間可達(dá)堿錳電池的6倍左右;而與鎳氫電池相比,其放電電壓平臺(tái),儲(chǔ)存時(shí)間具有顯著優(yōu)勢(shì)??偟膩?lái)說(shuō),鋰鐵電池具有以下突出優(yōu)點(diǎn):1,與咸錳電池的可互換性,在任何用途上都可以和堿性鋅錳電池相互換;2,具有更長(zhǎng)的工作時(shí)間和更高更平的工作電壓,尤其是在中等電流以上放電;3,環(huán)保綠色電源,不使用任何汞,鉻,鉛等有毒物質(zhì);4,儲(chǔ)存性能好,放置期可以長(zhǎng)達(dá)10年。
深圳市吉陽(yáng)自動(dòng)化科技有限公司總裁陽(yáng)如坤介紹說(shuō),小電池?zé)o論是在產(chǎn)品利潤(rùn)還是發(fā)展規(guī)模上都無(wú)法與大電池相比,雖然目前動(dòng)力鋰離子電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模還很小,但電動(dòng)汽車(chē)的量產(chǎn)為動(dòng)力鋰離子電池產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了重要的發(fā)展機(jī)會(huì)。據(jù)行業(yè)權(quán)威機(jī)構(gòu)的測(cè)算,近幾年,動(dòng)力鋰離子電池市場(chǎng)將超過(guò)手機(jī)鋰離子電池市場(chǎng)的規(guī)模,這種改變將引發(fā)相關(guān)制造設(shè)備和廠房新一輪的投資熱。
目前,究竟采用單體大容量電池技術(shù)方案還是采用小容量電池并聯(lián)技術(shù)方案,一直是業(yè)內(nèi)爭(zhēng)論的問(wèn)題,而到底采用哪種技術(shù)路線(xiàn),關(guān)鍵看電池組的結(jié)果,要看是否在體積、重量、產(chǎn)品質(zhì)量、性能、價(jià)格、安裝的方便性等方面具有競(jìng)爭(zhēng)力。
陽(yáng)如坤表示,在PHEV、HEV和EV上使用單體大容量電池與小容量并聯(lián)電池是有很大區(qū)別的,采用單體大容量電池存在裝配成本低,但制造直通率低,電池成本高,不利于散熱管理等不足;小容量并聯(lián)的電池組單體直通率高,成本低,安全性能好,但它們之間有太多連接,需要很好地解決集成裝配費(fèi)用問(wèn)題。
中國(guó)電池工業(yè)協(xié)會(huì)副理事長(zhǎng)王金良表示,電池組采用大容量單體電池還是小容量電池并聯(lián),這不僅涉及技術(shù)問(wèn)題,也涉及成本問(wèn)題。他認(rèn)為,采用大容量單體電池串聯(lián)更合理些,也更具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。目前有些企業(yè)采用上(數(shù))萬(wàn)只“18650”小電池并串聯(lián)的方法制成動(dòng)力電池組,主要基于小電池技術(shù)較成熟,已在筆記本電腦等產(chǎn)品上獲得較長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)用考驗(yàn),電池一致性好,加上還沒(méi)有成熟的大電池生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)等方面考慮。從數(shù)理概率分析,上(數(shù))萬(wàn)只電池混聯(lián),存在產(chǎn)品缺陷和工藝缺陷的幾率將大幅度增加,另外小電池要用更多的零配件。
電池結(jié)構(gòu)要綜合考慮除了容量大小外,目前在動(dòng)力鋰離子電池中,采用的結(jié)構(gòu)也不盡相同:高功率型的采用卷繞結(jié)構(gòu)比較多,高能量型的采用疊片結(jié)構(gòu)比較多。
他認(rèn)為,從有利于制造的角度講目前有3種動(dòng)力電池的技術(shù)路線(xiàn)正在逐步走向成熟,它們有共同的特點(diǎn),如配件及設(shè)備成熟、相對(duì)生產(chǎn)量比較大、生產(chǎn)的廠家比較多。這3種路線(xiàn)是:一是卷繞圓柱電池,如動(dòng)力型的18、26、32及42系列;二是卷繞的方形動(dòng)力電池,表現(xiàn)為內(nèi)部多電芯組合,形成大容量(50安時(shí)左右);三是疊片電池,相對(duì)來(lái)講疊片可以做更大容量的電池?!翱v觀動(dòng)力鋰離子電池的發(fā)展,單體能夠在100安時(shí)以上的大規(guī)模生產(chǎn)的不多,我們認(rèn)為這不是一個(gè)單純的設(shè)計(jì)和膽量的問(wèn)題,而是要綜合考慮動(dòng)力電池的化學(xué)機(jī)理、電池的熱學(xué)特性、電磁場(chǎng)特性、電池的可制造性、電池的材料及元部件供給、設(shè)備的成熟性和可靠性等方面的因素。”陽(yáng)如坤說(shuō)。
同濟(jì)大學(xué)汽車(chē)學(xué)院副教授魏學(xué)哲告訴記者,從電池規(guī)格來(lái)說(shuō)主要分方形疊片和圓柱形,針對(duì)新能源汽車(chē)的應(yīng)用,上海恒動(dòng)汽車(chē)電池有限公司將堅(jiān)持方形疊片的技術(shù)路線(xiàn),主要依據(jù)是:
從單體而言,方形疊片技術(shù)可以更好地把電池內(nèi)部的熱量導(dǎo)出來(lái),有利于溫度分布的一致性;從模塊而言,有利于將單體散熱與模塊及電池包的冷卻系統(tǒng)相結(jié)合,滿(mǎn)足新能源汽車(chē)長(zhǎng)循環(huán)壽命和擱置壽命的要求。
方形疊片成組時(shí)可以有更好的空間利用率,空間利用率是目前新能源汽車(chē)布置上為棘手的問(wèn)題之一。
魏學(xué)哲表示,毫無(wú)疑問(wèn),目前小型圓柱形電池生產(chǎn)工藝和設(shè)備的成熟度要高于大型方形疊片電池,也就是說(shuō),從動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)看,做小型圓柱形電池,是把困難留給了電池模塊集成、電池包集成和車(chē)載應(yīng)用。而上海恒動(dòng)汽車(chē)電池有限公司不打算回避這個(gè)問(wèn)題,將以方形疊片電池設(shè)計(jì)和制造為突破口,以模塊集成和電池包設(shè)計(jì)為基本應(yīng)用邊界,結(jié)合電池管理技術(shù),以明確干凈的接口解決產(chǎn)業(yè)鏈上的基本技術(shù)問(wèn)題。
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