鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1326次 | 2020年11月16日
好的鋰電池會是什么樣子的?有什么優(yōu)點(diǎn)?
電池包設(shè)計,第一步就是選擇使用什么樣的鋰電池。那么,什么樣的電池才算好電池呢?
1、壽命長
二次電池壽命,包括循環(huán)壽命和日歷壽命兩個指標(biāo)。循環(huán)壽命是指電池經(jīng)歷了廠家承諾的循環(huán)次數(shù)后,剩余容量仍然大于等于80%。日歷壽命是指無論使用與否,在廠家承諾的時間段內(nèi),其剩余容量不得小于80%。
壽命,是動力電池的關(guān)鍵性指標(biāo)之一,一方面,更換電池這個大動作確實(shí)麻煩且用戶體驗(yàn)不好;另一方面,根本上,壽命是成本問題。
有這樣一個概念"全生命周期度電成本",動力電池總電量乘以循環(huán)次數(shù)得到電池全生命周期可以利用的電量總和,用電池包總體價格除以這個總和,得到全生命周期內(nèi)每度電的價格。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
我們平時所說的電池價格,比如1500元/kWh,都只是按照新電芯的總能量去計價,其實(shí),全生命周期度電成本,才是終端客戶的直接利益所在。最直觀的結(jié)果就是,同樣的價格買到同樣電量的兩個電池包,一個充放50次就到了壽命終點(diǎn),另一個充放了100次還能再用。這兩個電池包,那個便宜哪個貴就一目了然了。
2、成本低
電池本身每度電的價格低,是最直觀的成本。加上前面所說,對用戶來說,成本是否真的低,還要看"全生命周期度電成本"。
除了上面的兩種成本,電池的維護(hù)成本也需要考慮。針對電芯本身的維護(hù),主要指手動均衡。BMS自帶的均衡功能受限于自身設(shè)計均衡電流的大小,可能無法實(shí)現(xiàn)電芯之間的理想均衡,隨著時間的積累,電池組中就會出現(xiàn)壓差過大問題。遇到此類情形,只得進(jìn)行手動均衡,對電壓過低的電芯單獨(dú)充電。這種情形出現(xiàn)的頻率越低,則維護(hù)成本越低。
3、能量密度高/功率密度高
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測繪、無人設(shè)備
能量密度,指單位重量或者單位體積內(nèi)包含的能量;功率密度是指單位重量或者體積對應(yīng)的最大放電功率的數(shù)值。在道路車輛有限的空間內(nèi),只有通過提高密度才能有效提高總體能量和總體功率。加之,當(dāng)前的國家補(bǔ)貼,把能量密度和功率密度作為衡量補(bǔ)貼檔次的門檻,更加強(qiáng)化了密度的重要性。
但能量密度與安全性之間,存在著一定的矛盾關(guān)系,隨著能量密度的提高,安全性總會面臨更新更艱巨的挑戰(zhàn)。
4、庫倫效率高
鋰電池放電過程中放出的能量與此次放電之前電池從0開始充入電池的能量之比,叫做庫倫效率。效率的高低,主要與電池內(nèi)阻大小有關(guān)。相對于其他類型的可充電電池,鋰電池的充放電效率比較高,一般都在98%以上,因此,這個參數(shù)往往不被過多提及。
5、電壓高
由于負(fù)極材料基本都采用石墨電極,鋰電池的電壓主要的由正極材料的材料特性決定,磷酸鐵鋰電壓上限3.6V,三元鋰和錳酸鋰電池最高電壓4.2V左右。研發(fā)高電壓電芯,是鋰電池提高能量密度的一條技術(shù)路線。提高電芯輸出電壓,需要電勢高的正極材料,電勢低的負(fù)極材料和穩(wěn)定電壓高的電解液。
6、高溫性能好
鋰電池高溫性能良好,指電芯處在較高的溫度環(huán)境中,電池正負(fù)極材料,隔膜和電解液還能夠保持良好的穩(wěn)定性,在高溫下能夠正常工作,壽命不會加速衰減,高溫不容易引起熱失控事故。
鋰電池的安全風(fēng)險,很大程度上來自于高溫。一般鋰電池的最高工作溫度在50℃左右,特別的可以達(dá)到60℃。負(fù)極表面的SEI膜在90℃左右就可以開始溶解,使得電芯進(jìn)入自生熱階段。自生熱帶來額外的溫升,如果不及時制止,就會有熱失控的危險出現(xiàn)。
7、低溫性能好
鋰電池低溫性能好,指低溫下,電池內(nèi)部的鋰離子和電極材料還都保持較高活性,剩余容量高,放電能力衰減少,允許充電倍率大。
隨著溫度的下降,鋰電池剩余容量衰減成加速形勢。溫度越低,容量衰減越快。低溫下強(qiáng)行充電的危害極大,非常容易引起熱失控事故。低溫下鋰離子和電極活性物質(zhì)活力下降,鋰離子嵌入負(fù)極材料內(nèi)部的速率嚴(yán)重下降。外加電源以超過電池允許的功率充電時,大量鋰離子堆積在負(fù)極周圍,來不及嵌入電極的鋰離子得電子后直接沉積在電極表面,形成鋰單質(zhì)結(jié)晶。枝晶生長,直接穿透隔膜,刺向正極。引發(fā)正負(fù)極短路,進(jìn)而導(dǎo)致熱失控的發(fā)生。鋰單質(zhì)性質(zhì)活潑,在180℃左右就可以劇烈反應(yīng),無疑是熱失控的助推劑。
8、一致性好
一致性,指應(yīng)用于同一個電池包的電芯,容量、開路電壓、內(nèi)阻、自放電等參數(shù)極差小,性能近似。自身具有優(yōu)異性能的電芯單體,如果一致性不好,成組后,往往其優(yōu)異性都被抹平。有研究表明,成組后電池組容量由最小容量電芯決定,電池包壽命小于壽命最短電芯壽命。
9、安全性好
鋰電池的安全性,既包括內(nèi)部材質(zhì)的穩(wěn)定性,又包括電芯安全輔助措施的有效性。內(nèi)部材質(zhì)安全性指正負(fù)極材料、隔膜和電解液,熱穩(wěn)定性好,電解液與電極材料相容性好,電解液自身阻燃性好。安全輔助措施,指電芯的安全閥設(shè)計,熔斷器設(shè)計,溫度敏感電阻設(shè)計,靈敏度適當(dāng),單個電芯故障后,可以防止故障蔓延起到隔離作用。
10、設(shè)計友好,方便組裝
鋰電池能量密度高,為了防止單點(diǎn)能量過高,電池單體普遍能量較小。應(yīng)用于電動汽車的電池,需要把大量電芯組織起來,連接成一個整體使用。單體電芯經(jīng)過焊接、壓接等各種手段,形成模組,模組再經(jīng)過高壓導(dǎo)線連接,形成電池包。這個過程中,單體電芯是否易于焊接,是否為壓接設(shè)計了連接接口,是否方便熱管理系統(tǒng)對每個電池單體發(fā)揮作用,都會影響成組設(shè)計的簡潔性和成組效率的高低。有的電芯單體密度高,但形狀不友好,加工成電池包以后,能量密度只有單體的一半。電芯單體的連接特性不好,就會白白浪費(fèi)了電芯的能量密度。
用上面這些尺子去衡量電芯的優(yōu)劣,利用清單檢查關(guān)鍵項(xiàng)目,是工程設(shè)計中一個簡單有效的好方式。
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