锂电系统研究所 陈保贵,锂电单体及系统集成知识,锂电系统研究所 陈保贵锂电单体及系统集成知识,目录,一、锂电池单体性能,二、大容量电池与小容量电池并联特征,三、小电池并联与大电池的安全性比较,四、不同结构的电池特性,五、电池组合形式,六、纯电动汽车用动力电源系统的设计,目录一、锂电池单体性能,动力型圆柱电池规格表,1,锂电池单体性能,动力型圆柱电池规格表1 锂电池单体性能,容量型圆柱锂电池规格表,1,锂电池单体性能,容量型圆柱锂电池规格表1 锂电池单体性能,大容量电池的特点,2,大容量电池和小容量电池并联特征,优点,组合方便,指标占优势（体积比能量、质量比能量等）,组合方便，仅需考虑串联组合,缺点,工艺复杂，合格率低,内部电流密度、温度的分布均匀性,部分结构电池（如软包装等，引流能力受限）,大容量电池的特点2 大容量电池和小容量电池并联特征优点,小容量电池的特点,2,大容量电池和小容量电池并联特征,优点,电池表面积,/,体积大，,散热性能好,圆柱：比表面积,/,体积,=2*(1/h+1/r),其中，,h,指高度，,r,指半径；,方形电池时，比表面积/体积,=2*,（,1/a+1/b+1/c,），,a,、,b,、,c,分别指电池的长、宽、高）,安全系数高,缺点,大容量电池需并联应用,串并联,组合设计复杂,，组合成本高,串并联组合体积大，影响部分应用,小容量电池的特点2 大容量电池和小容量电池并联特征优点,电动汽车对电池安全性的要求,安全性是电动汽车第一指标。
电动汽车电池的使用特点：高速移动、剧烈震动、高温工作、快速充放电，潜在着撞击、刺伤、短路、跌落、浸水、火烧、甚至枪击的可能性因此，电动汽车对动力电池的安全性要求极高，对,百万分之一的非安全概率,都会造成极其严重的后果，它意味着大陆年产,100,万辆新能源汽车每年都要发生多起安全事故对锂动力电池科研、生产、使用过程：召回制度、安全隐患对锂电池企业是致命性的打击安全、安全、再,安全是锂动力电池永久的话题,3,小电池并联与大电池的安全性比较,电动汽车对电池安全性的要求安全性是电动汽车第一指标3 小,世界上没有绝对安全的电池,电池是能量的载体，本质上就存在不安全因素不同的电化学体系，不同的容量，使用工艺参数，使用环境，使用程度，都对安全性有较大的影响所有的安全性均与温度有关：控制温度的重要性所有电池包括一次电池、各类二次电池，均存在安全性问题,3,小电池并联与大电池的安全性比较,世界上没有绝对安全的电池电池是能量的载体，本质上就存在不安,安全性本质：电池中的能量,以,20Ah,锂离子电池为例,:,20Ah,（,3.6V,）,72Wh,259.2KJ,1,克,TNT,4.20KJ,20Ah,锂离子电池的能量,61.7,克,TNT,能量,3,小电池并联与大电池的安全性比较,20Ah,锂离子电池仅,存储的电能,相当于,61.7,克,TNT,炸药的能量。
以上计算还未计,电解液,燃烧所含能量，及,正极活性物质,分解的能量安全性本质：电池中的能量以20Ah锂离子电池为例:3 小电池,电解液的能量,锂离子电池的电解液用量,6mL/AH,汽油的密度,0.71,克,/mL,1,克汽油,42KJ,1,克,TNT,4.183KJ,1 Ah,电池的电解液能量,178.9KJ,1 Ah,电池的电解液能量,42.6,克,TNT,20 Ah,电池的电解液能量,832,克,TNT,3,小电池并联与大电池的安全性比较,注意：该能量不具备直接爆炸条件,电解液的能量锂离子电池的电解液用量 6mL/AH3 小电,安全性结论,1,、电池容量越高，贮存能量越多，安全性越差,2,、保护措施,外置保护电路,内装置,PTC,（但会增加电池内阻）,电解液添加阻燃剂（会影响电池性能）,3,、热管理的重要性,4,、外部保护不能解决电池内部问题,电池设计,质量控制,PACK,设计,3,小电池并联与大电池的安全性比较,安全性结论1、电池容量越高，贮存能量越多，安全性越差3 小电,安全性比较,小容量电池,容易实现过充过放保护措施,(,单体电池保护设计）,电池容量低，出现问题能量释放少，对周围电池影响小,大容量电池,保护措施少,内部问题释放能量大，连锁反应引起周围电池故障，安全失控,3,小电池并联与大电池的安全性比较,安全性比较小容量电池3 小电池并联与大电池的安全性比较,结构特点比较,4,不同结构的电池特性,结构特点比较4 不同结构的电池特性,电池结构,4,不同结构的电池特性,软包装,圆柱,方形,电池结构4 不同结构的电池特性 软包装 圆柱 方形,电池结构,4,不同结构的电池特性,电池结构4 不同结构的电池特性,代表性厂家,4,不同结构的电池特性,圆柱形产品：,A123,、,Valance,、力神、,CENS,、微宏、新太行等,方形电池：星恒、雷天、洛阳天空、力神、,ATL,、国轩等,软包装：中信国安、万向、双登、丰江、环宇等,相对来讲，纯电动汽车用软包装（方形外壳）和方形电池居多，混合电动车用圆柱和方形（金属壳体）居多。
代表性厂家4 不同结构的电池特性圆柱形产品：A123、Va,圆柱电池组合形式,5,电池组合形式,拼装卡板,模块内部组合示意图,圆柱电池组合形式5 电池组合形式拼装卡板模块内部组合示意图,方形电池组合形式,5,电池组合形式,方形电池组合形式5 电池组合形式,软包装电池组合形式,5,电池组合形式,软包装电池组合形式5 电池组合形式,串并联组合设计注意点,5,电池组合形式,如何降低电池组合的内阻,串联容量的一致性,并联内阻的均匀性,单体电池电流的均匀性,串并联组合设计注意点5 电池组合形式如何降低电池组合的内阻,动力电源系统设计目的,6,纯电动汽车用动力电源系统的 设计,根据整车的设计要求，为其提供具有最佳使用性能的动力电源系统安全性要求,电性能要求,电池选型与系统配置,动力电源系统设计目的6 纯电动汽车用动力电源系统的 设计 根,要解决的问题,6,纯电动汽车用动力电源系统的 设计,在允许的尺寸、重量范围内进行结构和工艺设计，使其满足整车系统的用电要求,寻找简单可行的工艺,降低成本,在条件许可的情况下，提高产品的技术性能,克服和解决环境污染问题,要解决的问题6 纯电动汽车用动力电源系统的 设计在允许的尺,设计流程,6,纯电动汽车用动力电源系统的 设计,设计流程6 纯电动汽车用动力电源系统的 设计,确定的参数与解决的问题,6,纯电动汽车用动力电源系统的 设计,（,1,）电气特性：,标称电压及运行电压范围,标称容量及可用容量范围,电源系统常规放电电流,电源系统充电要求,（,2,）功率特性,电源系统最大输出功率及持续时间,电源系统最大反馈功率及持续时间,（,3,）环境特性,电源系统使用温度范围,充电温度范围,贮存温度范围,确定的参数与解决的问题6 纯电动汽车用动力电源系统的 设计（,确定的参数与解决的问题,6,纯电动汽车用动力电源系统的 设计,（,4,）物理特性,电源系统的结构组成与尺寸,电源系统质量,其他机械性能、防护性能等要求,（,5,）,BMS,要求,BMS,具备的管理与保护功能（最大程度避免电池过充过放）,电池的,SOC,、,SOH,判断,通讯方式及收发器件设计要求,电气控制要求,及通讯协议,（,6,）整车接口要求,物理接口：包括电池安装、固定方式、冷却介质的空间走向、相关管路,电气接口：包括整车线束定义及技术规范、连接件的型号及管脚定义,通讯接口：包括与整车的通讯、,BMS,内部通讯、与充电机通讯,确定的参数与解决的问题6 纯电动汽车用动力电源系统的 设计（,需要了解的整车信息,6,纯电动汽车用动力电源系统的 设计,对整车的了解越详细，设计的电源系统越完善。
不仅仅是电机、整车控制策略等会影响到电源系统的设计，整车的质量、尺寸、空间、运行工况等均需进行详细了解填写产品信息输入表1,）整车参数,2,）整车电机参数,3,）整车要求的续驶里程,4,）反馈功率,5,）电源系统安装空间尺寸，安装固定要求,6,）电源系统质量要求,7,）充电方式及接口,8,）车辆行驶工况,9,）使用环境温度范围,10,）充电环境温度范围,11,）辅助系统功率要求,12,）辅助电源特征参数,需要了解的整车信息6 纯电动汽车用动力电源系统的 设计 对整,谢 谢！,谢 谢！,。
