車用鋰離子動力電池系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)

技術(shù)名稱：車用鋰離子動力電池系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)

技術(shù)類別：減碳技術(shù)

所屬領(lǐng)域及適用范圍：汽車行業(yè)交通運輸領(lǐng)域

該技術(shù)應用現(xiàn)狀及產(chǎn)業(yè)化情況：

鋰離子電池具有重量輕、儲能容量大、功率大、無污染、壽命長、自放電系數(shù)小、溫度適應范圍廣等優(yōu)點，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)汽車企業(yè)進行電動汽車開發(fā)的首選目標。自 2009 年 1 月我國啟動新能源汽車“十城千輛”推廣工程以來，已經(jīng)覆蓋北京、上海、重慶等 25 個城市。受政策和市場驅(qū)動，2014 年我國新能源汽車產(chǎn)銷量呈井噴式增長，全年產(chǎn)量突破 8.4 萬輛，銷量達 7.6萬輛，產(chǎn)銷量增長均超過 300%。商用車是新能源汽車行業(yè)現(xiàn)階段發(fā)展最快的領(lǐng)域，尤其在客車領(lǐng)域，由于公共交通需求而釋放的潛力將極大地促進電動汽車行業(yè)的發(fā)展。

主要技術(shù)指標：

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：

快換式純電動客車動力電池系統(tǒng)開發(fā)項目、車用方型動力電池開發(fā)項目

技術(shù)內(nèi)容

技術(shù)原理

電動汽車通過動力電池系統(tǒng)為驅(qū)動電動機提供電能，電動機將電能轉(zhuǎn)化為機械能，通過傳動裝置直接驅(qū)動車輪。與傳統(tǒng)燃油機動車相比，電動汽車在行駛中不排放二氧化碳，其排放量按動力電池所耗電量進行折算。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行充電，其單位里程排放量低于燃油機動車的排放量，從而實現(xiàn)二氧化碳減排，并有效提高其經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵技術(shù)

（1）電池分選配組技術(shù)

通過對大量單體電池的數(shù)據(jù)統(tǒng)計和軟件分析，評估單體電池不同電壓差、內(nèi)阻差、容量差等分檔情況對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準，組建自動化的電池分選裝備，提升電池分選配組的效率。

（2）電池系統(tǒng)熱管理技術(shù)

通過有限元（FEA）計算機輔助設計（CAE）進行電池單體、電池模塊熱性能模擬，確定被測單元在不同工況下的熱性能表現(xiàn)和電池單體在實際工況下的發(fā)熱狀況及發(fā)熱點，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)

電動汽車的車載能量通常由串聯(lián)成組的動力電池來提供。但由于存在一致性問題，成組電池在可用容量、使用壽命等方面遠不及單體電池，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)，在準確估測電池系統(tǒng)SOC的基礎上，準確評估電池系統(tǒng)的SOH。通過優(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)評價誤差影響，正確評價電池充放電狀態(tài)，優(yōu)化充放電管理。

（5）電池系統(tǒng)測試驗證技術(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、可靠性的測試驗證標準及方法，建立綜合性的測試驗證平臺。

（6）電池系統(tǒng)模擬仿真技術(shù)

對電池系統(tǒng)進行流場、熱場、機械強度及控制策略等的模擬仿真，保證系統(tǒng)設計的可靠性。

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

（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、負極極片；

（3）裝配。按正極片/隔膜/負極片/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、封口等工藝過程，即完成電池的裝配過程，制成成品電池；

（4）化成。用專用的電池充放電設備對成品電池進行充放電，激活其內(nèi)部活性物質(zhì)，然后對每一只電池檢測，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)阻差異標準對電池進行分組；

（6）組合。采用專用的設備對成組的單體電池進行復檢，將經(jīng)過絕緣處理后的電池進行焊接，與保護線路板進行焊接后，再進行電性能檢測，并進行入殼、貼標簽和包裝。

電池管理系統(tǒng)（BMS）示意圖

編輯：黃飛

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