1、电动车电池及其温度管理初步研究,重庆超力高科技有限责任公司2009年10月,电动车电池发展情况,1,锂离子电池,2,电池的温度管理,3,主要内容,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： 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。,电动车电池发展情况,电动车的关键问
2、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。,电动车电池发展情况,电动车用电池,蓄电池,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,镍氢蓄电池,钠硫蓄电池,锌空电池,镍镉蓄电池,锂离子电池,在众多电池中目前发展较好的是： 镍氢蓄电池 锂离子电池,电动车电池发展情况,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
3、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,电动车电池发展情况,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,锂离子电池,1000w/kg,功率比质量,1300w/kg,目前蓄电池研发的性能指标：,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,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。
4、,目前锂离子电池与其它动力电池的性能比较,故“锂离子电池”的前景极其光明！,锂离子电池,锂离子电池体系结构,锂离子电池,锂离子电池几种主要正极材料的电化学性能,锂离子电池,前驱体,掺杂元素化合物,球磨混合,固相反应,颗粒整形（气流磨）,“原位碳包覆元素掺杂” LiFePO4材料,电化学分析,微观结构和形貌分析,聚丙烯,N2气中加热,冷却,LiFePO4制备技术路线,锂离子电池,搅 拌,连续涂布,连续辊压,连续分条制片,连续卷绕,焊集流体,滚槽焊底,注液封口,化成分容,检验入库,采用连续涂布、连续辊压、连续制片、连续卷绕。,LiFePO4工艺流程设想,锂离子电池,超力电池结构设想,锂离子电池,电
5、池的温度管理,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。 就以锂离子电池为例：其正常工作的温度范围为：-25-80。,电池的温度管理,最好控制在1040。,电池的温度管理,1.冷却/加热型式:,水冷(热)式,风冷(热)式,冷却时, 翅片或热管带走电池的热量, 经过冷却的空气再带走翅片或热管的热量;加热时, 经过加热的空气加热翅片或热管, 翅片或热管再加热电池。,其介质为50%水和50%乙二醇(Glycol)的混合液体, 效果比风冷(热)式好。但是由于系统零件多, 而且复杂, 所以费用相对要高; 同时稳定性和可靠
6、性, 以及保修较差。,空调系统冷(热)式,冷却时, 空调通过电磁阀调整制冷剂回路，将电池组中的散热器作为蒸发器使用，对电池冷却。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,电池的温度管理,2.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(加热)的要求较低, 被动式翅片风冷可以满足冷却效果; 被动式翅片也可以满足电池风暖的要求. 但第三代电池的冷却要求和加暖要求较高, 必须采用“主动式”高强度冷却/加暖。3. 第三代电池冷却的初步方案设想 采
7、用”主动式”和“双向”热管技术。 既可以散热, 也可以加热。4. 第三代电池最大包容空间 由于需要至少100块电池, 所以对最大安装空间的要求高, 每个电池之间的距离在1.5mm以下。 热管长度(每端)只能比电池超出25mm。5. 第三代电池热管理成本要求 100块电池需要101块散热管，即N块电池需要N+1块散热板。 冷却系统目标费用每块散热板在10-15元。,但会增大电池组的装配空间,电池的温度管理,电 池,散热器,电池与散热器的布置示意图,电池的温度管理,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的方案。 优点：结构简单，可靠，成本低，加热制冷快，耗能少等特点。 缺点：电子控制复杂。,介质进出口,电池的温度管理,单循环制冷系统PTC加热,电池的温度管理,绝缘型翅片式空气加热器,电池的温度管理,Thank you!,
