資料介紹
電池系統(tǒng)的選擇和設(shè)計
如前文所介紹的情況,各家車廠面臨油耗和排放的挑戰(zhàn),不斷推出新能源汽車的情況,電池系統(tǒng)成了當(dāng)前汽車電子電氣系統(tǒng)中,一個最為昂貴也最為受人重視的子系統(tǒng)。本文將從電池系統(tǒng)的需求、車用電池的狀態(tài),以及當(dāng)前車廠和電池廠的關(guān)系角度來介紹電池系統(tǒng)。
電池系統(tǒng)是在混合動力、插入式混合動力和純電動汽車中用來存儲電能,并提供給電驅(qū)動系統(tǒng)的需要的能量。電池中的電能,其來源主要有三種,電池處在較低的荷電狀態(tài)(SOC)時,車輛利用發(fā)動機帶動高壓發(fā)電機給電池供電;剎車的時候,能量回收的時候的電能以及充電模式下,從電網(wǎng)得來的能量,如圖1所示,在電池的不同的狀態(tài),相應(yīng)的車輛也處在不同的工作模式下。
圖1 電池狀態(tài) vs 車輛模式
電池系統(tǒng)的選擇和設(shè)計,很大一部分的參數(shù)來自于設(shè)計什么樣的車型,不同的車型的規(guī)范,將直接決定電池系統(tǒng)和電驅(qū)動系統(tǒng)的參數(shù),如下圖2所示,根據(jù)所需要開發(fā)的新能源車的具體參數(shù),其電池系統(tǒng)的基本規(guī)范也可以確定下來。而電池系統(tǒng)的基本構(gòu)成,粗略的來說是從電池單體開始,構(gòu)建電池模組,配置合適電子和電氣系統(tǒng),在電池包層面進行布置和安全分析。
圖2 車型規(guī)范對電池系統(tǒng)規(guī)范的轉(zhuǎn)化
電池單體的選擇
1)電池單體的選擇
從基本來看,電池單體選擇是考慮電池容量、化學(xué)體系和單體形狀。
? 單體類型:可選的有鉛酸、鎳鎘(NiCd)、鎳氫(NiMH)、高溫電池(NaS和NaNiCl2)、液流電池和鋰離子電池,從綜合來看,目前只能依靠鋰離子電池來作為儲能單元。而離子電池內(nèi)的化學(xué)體系,其參數(shù)差異也很大。
? 密度:對電池來說,兩個比較重要的參數(shù)是能量密度(決定存儲電能)和功率密度(決定放電能力),這兩者往往不可兼得。值得注意的是,從電極材料理論密度到單體密度再到電池包密度,由于其他不儲能的部分,這兩個參數(shù)往往遞減迅速。
? 壽命:可分為循環(huán)壽命和使用壽命兩個參數(shù)。 循環(huán)壽命取決于充放電深度、電壓、 溫度和電流(負(fù)荷);使用壽命包括不使用的時間,與溫度和電壓有較大的關(guān)系。電池老化以后,直接導(dǎo)致容量下降、功率充放能力下降以及失效率增加。
? 熱特性:主要包括低溫特性和高溫特性。低溫的時候,放電的能力對寒冷地區(qū)啟動有直接的影響;當(dāng)電池的工作溫度增加,會大大影響其壽命。熱特性基于形狀。圓柱、軟包和方形的影響較大,后面會有分析。
? 安全:不同材料對電池單體的安全性差異明顯,一般會對電池安全性進行評估。
? 成本:單體的成本與極片材料有一定的關(guān)聯(lián),電池單體成本因為要符合較高的安全性,所以成本下降并不是很迅速。
如前文所介紹的情況,各家車廠面臨油耗和排放的挑戰(zhàn),不斷推出新能源汽車的情況,電池系統(tǒng)成了當(dāng)前汽車電子電氣系統(tǒng)中,一個最為昂貴也最為受人重視的子系統(tǒng)。本文將從電池系統(tǒng)的需求、車用電池的狀態(tài),以及當(dāng)前車廠和電池廠的關(guān)系角度來介紹電池系統(tǒng)。
電池系統(tǒng)是在混合動力、插入式混合動力和純電動汽車中用來存儲電能,并提供給電驅(qū)動系統(tǒng)的需要的能量。電池中的電能,其來源主要有三種,電池處在較低的荷電狀態(tài)(SOC)時,車輛利用發(fā)動機帶動高壓發(fā)電機給電池供電;剎車的時候,能量回收的時候的電能以及充電模式下,從電網(wǎng)得來的能量,如圖1所示,在電池的不同的狀態(tài),相應(yīng)的車輛也處在不同的工作模式下。
圖1 電池狀態(tài) vs 車輛模式
電池系統(tǒng)的選擇和設(shè)計,很大一部分的參數(shù)來自于設(shè)計什么樣的車型,不同的車型的規(guī)范,將直接決定電池系統(tǒng)和電驅(qū)動系統(tǒng)的參數(shù),如下圖2所示,根據(jù)所需要開發(fā)的新能源車的具體參數(shù),其電池系統(tǒng)的基本規(guī)范也可以確定下來。而電池系統(tǒng)的基本構(gòu)成,粗略的來說是從電池單體開始,構(gòu)建電池模組,配置合適電子和電氣系統(tǒng),在電池包層面進行布置和安全分析。
圖2 車型規(guī)范對電池系統(tǒng)規(guī)范的轉(zhuǎn)化
電池單體的選擇
1)電池單體的選擇
從基本來看,電池單體選擇是考慮電池容量、化學(xué)體系和單體形狀。
? 單體類型:可選的有鉛酸、鎳鎘(NiCd)、鎳氫(NiMH)、高溫電池(NaS和NaNiCl2)、液流電池和鋰離子電池,從綜合來看,目前只能依靠鋰離子電池來作為儲能單元。而離子電池內(nèi)的化學(xué)體系,其參數(shù)差異也很大。
? 密度:對電池來說,兩個比較重要的參數(shù)是能量密度(決定存儲電能)和功率密度(決定放電能力),這兩者往往不可兼得。值得注意的是,從電極材料理論密度到單體密度再到電池包密度,由于其他不儲能的部分,這兩個參數(shù)往往遞減迅速。
? 壽命:可分為循環(huán)壽命和使用壽命兩個參數(shù)。 循環(huán)壽命取決于充放電深度、電壓、 溫度和電流(負(fù)荷);使用壽命包括不使用的時間,與溫度和電壓有較大的關(guān)系。電池老化以后,直接導(dǎo)致容量下降、功率充放能力下降以及失效率增加。
? 熱特性:主要包括低溫特性和高溫特性。低溫的時候,放電的能力對寒冷地區(qū)啟動有直接的影響;當(dāng)電池的工作溫度增加,會大大影響其壽命。熱特性基于形狀。圓柱、軟包和方形的影響較大,后面會有分析。
? 安全:不同材料對電池單體的安全性差異明顯,一般會對電池安全性進行評估。
? 成本:單體的成本與極片材料有一定的關(guān)聯(lián),電池單體成本因為要符合較高的安全性,所以成本下降并不是很迅速。
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