車(chē)用鋰離子動(dòng)力電池系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)

技術(shù)名稱(chēng)：車(chē)用鋰離子動(dòng)力電池系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)

技術(shù)類(lèi)別：減碳技術(shù)

所屬領(lǐng)域及適用范圍：汽車(chē)行業(yè)交通運(yùn)輸領(lǐng)域

該技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及產(chǎn)業(yè)化情況：

鋰離子電池具有重量輕、儲(chǔ)能容量大、功率大、無(wú)污染、壽命長(zhǎng)、自放電系數(shù)小、溫度適應(yīng)范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，已逐漸取代鉛酸電池和鎳氫電池，成為目前世界上大多數(shù)汽車(chē)企業(yè)進(jìn)行電動(dòng)汽車(chē)開(kāi)發(fā)的首選目標(biāo)。自 2009 年 1 月我國(guó)啟動(dòng)新能源汽車(chē)“十城千輛”推廣工程以來(lái)，已經(jīng)覆蓋北京、上海、重慶等 25 個(gè)城市。受政策和市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)，2014 年我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量呈井噴式增長(zhǎng)，全年產(chǎn)量突破 8.4 萬(wàn)輛，銷(xiāo)量達(dá) 7.6萬(wàn)輛，產(chǎn)銷(xiāo)量增長(zhǎng)均超過(guò) 300%。商用車(chē)是新能源汽車(chē)行業(yè)現(xiàn)階段發(fā)展最快的領(lǐng)域，尤其在客車(chē)領(lǐng)域，由于公共交通需求而釋放的潛力將極大地促進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展。

主要技術(shù)指標(biāo)：

①單體電池

電壓：3.2 V、3.6 V、3.75 V；

容量：5.5 Ah～130 Ah；

內(nèi)阻：≤10 mΩ。

②商用大巴電池系統(tǒng)

電壓：120～360 V；

容量：245 Ah～615 Ah；

能量：110 kWh～221 kWh；

最大放電電流：540 A。

③乘用車(chē)電池系統(tǒng)

電壓：144～358 V；

容量：4.4 Ah～115 Ah；

能量：0.6336 kWh～38.33 kWh；

最大放電電流：500 A。

典型案例：

快換式純電動(dòng)客車(chē)動(dòng)力電池系統(tǒng)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目、車(chē)用方型動(dòng)力電池開(kāi)發(fā)項(xiàng)目

技術(shù)內(nèi)容

技術(shù)原理

電動(dòng)汽車(chē)通過(guò)動(dòng)力電池系統(tǒng)為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)提供電能，電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過(guò)傳動(dòng)裝置直接驅(qū)動(dòng)車(chē)輪。與傳統(tǒng)燃油機(jī)動(dòng)車(chē)相比，電動(dòng)汽車(chē)在行駛中不排放二氧化碳，其排放量按動(dòng)力電池所耗電量進(jìn)行折算。由于電力可以采用常規(guī)火電和其他可再生能源電力獲得，且可充分利用晚間低谷電進(jìn)行充電，其單位里程排放量低于燃油機(jī)動(dòng)車(chē)的排放量，從而實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排，并有效提高其經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵技術(shù)

（1）電池分選配組技術(shù)

通過(guò)對(duì)大量單體電池的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和軟件分析，評(píng)估單體電池不同電壓差、內(nèi)阻差、容量差等分檔情況對(duì)電池模塊一致性程度的影響，確定更合適的單體電池分選和配組標(biāo)準(zhǔn)，組建自動(dòng)化的電池分選裝備，提升電池分選配組的效率。

（2）電池系統(tǒng)熱管理技術(shù)

通過(guò)有限元（FEA）計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAE）進(jìn)行電池單體、電池模塊熱性能模擬，確定被測(cè)單元在不同工況下的熱性能表現(xiàn)和電池單體在實(shí)際工況下的發(fā)熱狀況及發(fā)熱點(diǎn)，構(gòu)建適宜的電池模塊冷卻系統(tǒng)。

（3）電池系統(tǒng)均衡技術(shù)

電動(dòng)汽車(chē)的車(chē)載能量通常由串聯(lián)成組的動(dòng)力電池來(lái)提供。但由于存在一致性問(wèn)題，成組電池在可用容量、使用壽命等方面遠(yuǎn)不及單體電池，采用電池系統(tǒng)均衡技術(shù)可有效提高成組電池的使用性能。

（4）電池管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

關(guān)鍵技術(shù)包括電池剩余電量（SOC）、健康狀態(tài)（SOH）估算和均衡技術(shù)，在準(zhǔn)確估測(cè)電池系統(tǒng)SOC的基礎(chǔ)上，準(zhǔn)確評(píng)估電池系統(tǒng)的SOH。通過(guò)優(yōu)化充放電控制算法，在原有容量、電壓、溫度等參考參數(shù)的前提下，引入內(nèi)阻等電池特性參數(shù)，進(jìn)行基于多參數(shù)的充放電控制算法，有利于降低電池充放電狀態(tài)評(píng)價(jià)誤差影響，正確評(píng)價(jià)電池充放電狀態(tài)，優(yōu)化充放電管理。

（5）電池系統(tǒng)測(cè)試驗(yàn)證技術(shù)

研究單體電池、電池系統(tǒng)、BMS 系統(tǒng)的功能、性能及安全性、可靠性的測(cè)試驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)及方法，建立綜合性的測(cè)試驗(yàn)證平臺(tái)。

（6）電池系統(tǒng)模擬仿真技術(shù)

對(duì)電池系統(tǒng)進(jìn)行流場(chǎng)、熱場(chǎng)、機(jī)械強(qiáng)度及控制策略等的模擬仿真，保證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性。

工藝流程

電芯生產(chǎn)工藝流程示意圖

電池組生產(chǎn)工藝流程示意圖

主要制作工藝技術(shù)路線如下：

（1）制漿。用專(zhuān)門(mén)的溶劑和粘接劑分別與粉末狀的正負(fù)極活性物質(zhì)混合，經(jīng)高速攪拌均勻后，制成漿狀的正負(fù)極漿料；

（2）涂膜。將制成的漿料均勻地涂敷在金屬箔的表面，烘干，分別制成正、負(fù)極極片；

（3）裝配。按正極片/隔膜/負(fù)極片/隔膜自上而下的順序放好，經(jīng)卷繞制成電池極芯，再經(jīng)滾槽、注液、封口等工藝過(guò)程，即完成電池的裝配過(guò)程，制成成品電池；

（4）化成。用專(zhuān)用的電池充放電設(shè)備對(duì)成品電池進(jìn)行充放電，激活其內(nèi)部活性物質(zhì)，然后對(duì)每一只電池檢測(cè)，篩選出合格的成品電池待下一流程使用；

（5）分選。采用智能的分選軟件，根據(jù)合理的容量、電壓及內(nèi)阻差異標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電池進(jìn)行分組；

（6）組合。采用專(zhuān)用的設(shè)備對(duì)成組的單體電池進(jìn)行復(fù)檢，將經(jīng)過(guò)絕緣處理后的電池進(jìn)行焊接，與保護(hù)線路板進(jìn)行焊接后，再進(jìn)行電性能檢測(cè)，并進(jìn)行入殼、貼標(biāo)簽和包裝。

電池管理系統(tǒng)（BMS）示意圖

編輯：黃飛

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