电动车电池及其温度管理初步研究

1、重庆超力高科技有限责任公司重庆超力高科技有限责任公司2009年年10月月电动车电池发展情况1 1锂离子电池2 2电池的温度管理3 3主要内容电动车包括：电动车包括： 1.电动自行车； 2.电动摩托车； 3.四轮微型电动车； 4.电动汽车。（纯电动车bev、混合动力电动车hev、燃料电池电动车fev）电动车的优越性：电动车的优越性： 1.可使用多种资源（不受石油的限制，可利用一切能发电的资源）； 2.环境污染低（包括发电，和电池制造使用过程对环境的污染）； 3.效率高（内燃机约12%，而电池19%）； 4.噪音低； 5.结构简单，使用维修方便； 6.使用环境广，不受使用环境影响。电动车的关键问题

2、：电动车的关键问题： 除了电机及其控制系统、社会基础设施建设（充电站）外，最主要的问题是电池电池。电动车用电电动车用电池池蓄电池蓄电池燃料电池燃料电池直接将燃料的化学能转化为电能，以加注“燃料”的方式来补充能源。充电方式补充能量，任何电资源均可利用。铅酸蓄电池铅酸蓄电池镍氢蓄电池镍氢蓄电池钠硫蓄电池钠硫蓄电池锌空电池锌空电池镍镉蓄电池镍镉蓄电池锂离子电池锂离子电池在众多电池中目前发展较好的是：在众多电池中目前发展较好的是： 镍氢蓄电池镍氢蓄电池 锂离子电池锂离子电池评价车用电池的标准评价车用电池的标准 1.能量比质量，wh/kg，代表每kg的电池能够提供多少能量； 2.能量比体积，wh/l，代

3、表每l容积的电池能够提供多少能量； 3.功率比质量，w/kg，代表每kg的电池能够提供多大的马力； 4.寿命，工作时间和总行驶里程来； 5.经济性。普通燃油汽车发动机：200wh/kg普通燃油汽车发动机：440w/kg作为电动车用电池必须满足作为电动车用电池必须满足 1.贮能密度高（一次充电行驶里程长）； 2.能量输出密度高（加速性能、爬坡性能好）； 3.充电时间短、寿命长； 4.维修、保养费低； 5.安全性高（包括对环境的安全）； 6.价格低，有再利用性等技术特点。镍氢蓄电池镍氢蓄电池锂离子电池锂离子电池1000w/kg功率比质量功率比质量1300w/kg目前蓄电池研发的性能指标：目前蓄电池

4、研发的性能指标：目前技术最成熟，应用最多的还是镍氢蓄电池但锂离子电池又有不可替代的优势自放电小，无记忆效应自放电小，无记忆效应3 1能量密度高，输出功率大能量密度高，输出功率大2环境环境 “友好友好”，绿色电池，使用寿命，绿色电池，使用寿命长长6可快速充放电，充放电效率高可快速充放电，充放电效率高3 3平均输出电压高（约平均输出电压高（约3.2 v），放电平稳），放电平稳3 5工作温度范围宽工作温度范围宽 -25 +80 c4锂离子电池的优点锂离子电池的优点这将指出，对电池温度必须进行有效管理。铅酸电池铅酸电池镍氢电池镍氢电池锂离子电池（锂离子电池（lifepo4）高能量型高能量型高功率型高功

5、率型高能量型高能量型高功率型高功率型能量密度能量密度 (wh/kg)35 4070 7555 60110 12090 100功率密度功率密度 (w/kg)150 200200 250900 1000500 6002000 3000工作电压（工作电压（v）1.61.23.2循环次数循环次数3005005001500 20001500 2000目前锂离子电池与其它动力电池的性能比较目前锂离子电池与其它动力电池的性能比较故故“锂离子电池锂离子电池”的前景极其光明！的前景极其光明！锂离子电池锂离子电池正极正极负极负极隔膜隔膜电解液电解液锂离子电池体系结构锂离子电池体系结构锂离子电池几种主要正极材料的电

6、化学性能锂离子电池几种主要正极材料的电化学性能前驱体前驱体 掺杂元掺杂元素化合素化合物物 球磨混合球磨混合固相反应固相反应颗粒整形颗粒整形（气流磨）（气流磨）“原位碳包原位碳包覆元素掺覆元素掺杂杂” ” lifepo4材料材料 电化学分析电化学分析 微观结构和形貌分析微观结构和形貌分析 聚丙烯聚丙烯 n2气气中加热中加热 冷却冷却 lifepo4制备技术路线制备技术路线搅搅 拌拌连续涂布连续涂布连续辊压连续辊压连续分条制片连续分条制片连续卷绕连续卷绕焊集流体焊集流体滚槽焊底滚槽焊底注液封口注液封口化成分容化成分容检验入库检验入库采用连续涂布、连续辊压、连续制片、连续卷绕。lifepo4工艺流程

7、设想工艺流程设想超力电池结构设想温度对充电次数和容量的影响温度对充电次数和容量的影响 无论是锂离子电池还是镍氢电池，它们都有一无论是锂离子电池还是镍氢电池，它们都有一个正常工作的温度范围。故对电池的温度管理必须个正常工作的温度范围。故对电池的温度管理必须提上议事日程。提上议事日程。 就以锂离子电池为例：其正常工作的温度范围就以锂离子电池为例：其正常工作的温度范围为：为：-25-80。最好控制在1040。1.冷却冷却/加热型式加热型式:水冷水冷(热热)式式风冷风冷(热热)式式冷却时冷却时, 翅片或热管带走电池的热量翅片或热管带走电池的热量, 经过冷却的空气再带走翅经过冷却的空气再带走翅片或热管的

8、热量片或热管的热量;加热时加热时, 经过加热的空气加热翅片或热管经过加热的空气加热翅片或热管, 翅片或热管再加热电翅片或热管再加热电池。池。其介质为其介质为50%水和水和50%乙二醇乙二醇(glycol)的混合液体的混合液体, 效果比风冷效果比风冷(热热)式好。式好。但是由于系统零件多但是由于系统零件多, 而且复杂而且复杂, 所以费用相对要高所以费用相对要高; 同时稳定同时稳定性和可靠性性和可靠性, 以及保修较差。以及保修较差。空调系统空调系统冷冷(热热)式式冷却时冷却时, 空调通过电磁阀调整制冷剂回路，将电池组中的散热空调通过电磁阀调整制冷剂回路，将电池组中的散热器作为蒸发器使用，对电池冷却

9、。器作为蒸发器使用，对电池冷却。加热时加热时,空调通过电磁阀调整制冷剂回路，将电池组中的散热器空调通过电磁阀调整制冷剂回路，将电池组中的散热器作为冷凝器使用，对电池加热。作为冷凝器使用，对电池加热。但在纯电动中难于加热电池组需要引入冷热风，热风一般采用ptc加热的方式。需要有良好的控制逻辑2.第二代和第三代电池温度控制要求更高第二代和第三代电池温度控制要求更高 由于第二代电池对电池冷却由于第二代电池对电池冷却(加热加热)的要求较低的要求较低, 被动式翅片风冷可以满足冷却效果被动式翅片风冷可以满足冷却效果; 被动式翅片也被动式翅片也可以满足电池风暖的要求可以满足电池风暖的要求. 但第三代电池的冷

10、却要求和加暖要求较高但第三代电池的冷却要求和加暖要求较高, 必须采用必须采用“主动式主动式”高强度冷却高强度冷却/加暖。加暖。3. 第三代电池冷却的初步方案设想第三代电池冷却的初步方案设想 采用采用”主动式主动式”和和“双向双向”热管技术。热管技术。 既可以散热既可以散热, 也可以加热也可以加热。4. 第三代电池最大包容空间第三代电池最大包容空间 由于需要至少由于需要至少100块电池块电池, 所以对最大安装空间的要求高所以对最大安装空间的要求高, 每个电池之间的距离在每个电池之间的距离在1.5mm以下。以下。 热管长度热管长度(每端每端)只能比电池超出只能比电池超出25mm。5. 第三代电池热管理成本要求第三代电池热管理成本要求 100块电池需要块电池需要101块散热管，即块散热管，即n块电池需要块电池需要n+1块散热板。块散热板。 冷却系统目标费用每块散热板在冷却系统目标费用每块散热板在10-15元。元。但会增大电池组的装配空间电电 池池散热器散热器电池与散热器的布置示意图电池与散热器的布置示意图 在纯电动汽车中，由于空间和结构形式的限制，故超力推荐采用与空调系在纯电动汽车中，由于空间和结构形式的限制，故超力推荐采用与空调系统结合起来，直接采用制冷剂冷却和加热电池组