淺談動力鋰離子電池技術(shù)需要
出處:wenteng 發(fā)布于:2011-08-27 20:50:58
對于電動汽車和混合動力車來說,其技術(shù)在于電池,與其他類型的電池比較,動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)壽命長等重要優(yōu)點(diǎn)鋰離子動力電池是20世紀(jì)開發(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,鋰離子動力電池在移動電話、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汽車中試用,將成為21世紀(jì)電動汽車的主要動力電源之一,已經(jīng)在人造衛(wèi)星、航空航天和儲能方面得到應(yīng)用。如果動力電池中單體電池?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)際使用過程中電池組有問題分析后,一般是其中一、兩個(gè)單體電池出問題然后導(dǎo)致整組電池出現(xiàn)問題,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,總體利潤呈降低趨勢。目前的鋰離子電池產(chǎn)品,85%以上是小電池。
大電池又俗稱動力電池,同樣有小型動力電池和大型動力電池兩種,前者主要用于電動工具、電動自行車等,后者用于電動汽車和儲能領(lǐng)域。目前,純電動(EV)、可插電式混合動力(PHEV)、混合動力(HEV)3種類型的動力汽車正處在快速發(fā)展時(shí)期,備受行業(yè)關(guān)注。鋰鐵電池內(nèi)容簡介鋰鐵電池是2000年后由美國永備公司所推出來并得到成功市場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,儲存時(shí)間具有顯著優(yōu)勢。總的來說,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,儲存性能好,放置期可以長達(dá)10年。
深圳市吉陽自動化科技有限公司總裁陽如坤介紹說,小電池?zé)o論是在產(chǎn)品利潤還是發(fā)展規(guī)模上都無法與大電池相比,雖然目前動力鋰離子電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模還很小,但電動汽車的量產(chǎn)為動力鋰離子電池產(chǎn)業(yè)帶來了重要的發(fā)展機(jī)會。據(jù)行業(yè)權(quán)威機(jī)構(gòu)的測算,近幾年,動力鋰離子電池市場將超過手機(jī)鋰離子電池市場的規(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)爭論的問題,而到底采用哪種技術(shù)路線,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爭力。
陽如坤表示,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)用問題。
中國電池工業(yè)協(xié)會副理事長王金良表示,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)問題,也涉及成本問題。他認(rèn)為,采用大容量單體電池串聯(lián)更合理些,也更具有市場競爭優(yōu)勢。目前有些企業(yè)采用上(數(shù))萬只“18650”小電池并串聯(lián)的方法制成動力電池組,主要基于小電池技術(shù)較成熟,已在筆記本電腦等產(chǎn)品上獲得較長時(shí)間的應(yīng)用考驗(yàn),電池一致性好,加上還沒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種動力電池的技術(shù)路線正在逐步走向成熟,它們有共同的特點(diǎn),如配件及設(shè)備成熟、相對生產(chǎn)量比較大、生產(chǎn)的廠家比較多。這3種路線是:一是卷繞圓柱電池,如動力型的18、26、32及42系列;二是卷繞的方形動力電池,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,相對來講疊片可以做更大容量的電池?!翱v觀動力鋰離子電池的發(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)和膽量的問題,而是要綜合考慮動力電池的化學(xué)機(jī)理、電池的熱學(xué)特性、電磁場特性、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。”陽如坤說。
同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院副教授魏學(xué)哲告訴記者,從電池規(guī)格來說主要分方形疊片和圓柱形,針對新能源汽車的應(yīng)用,上海恒動汽車電池有限公司將堅(jiān)持方形疊片的技術(shù)路線,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,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,滿足新能源汽車長循環(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布置上為棘手的問題之一。
魏學(xué)哲表示,毫無疑問,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,從動力電池產(chǎn)業(yè)鏈來看,做小型圓柱形電池,是把困難留給了電池模塊集成、電池包集成和車載應(yīng)用。而上海恒動汽車電池有限公司不打算回避這個(gè)問題,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)問題。
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