电动汽车电池技术的调研

电动汽车电池的调研 调查人 肖天丽时间 2014年4月 电动汽车电池及其管理系统 引言国内电动汽车电池及其管理系统现状国外电动汽车电池及其管理系统现状未来的展望 引言 国内背景 国家 十二五 规划纲要提出 十二五 期间 单位国内产总值能源消耗降低16 单位国内生产总值二氧化碳排放降低17 主要污染物排放总量显著减少 化学需氧量 二氧化碳排放减少8 显著改善能源环境问题 2012年3月 科技部发布 电动汽车科技发展 十二五 转向规划 引言 电动汽车优势 电动汽车与传统的内燃机汽车比较 其优势主要有 无污染 噪声低能源利用率高 多样化结构简单 使用维修方便 引言 电池分类 电池 蓄电池 燃料电池 铅酸电池锂离子电池镍金属电池高温钠电池 碱性燃料电池磷酸燃料电池熔融碳酸燃料电池固体氧化物燃料电池质子交换膜燃料电池直接甲醇燃料电池 引言 电池管理系统 电池管理系统 BMS 直接检测及管理储能电池工作的全过程 包括以下几个内容 电池充放电过程管理电池温度检测电池电压电流检测电量估计单体电池间的均衡电池故障诊断 电动汽车电池及其管理系统 引言国内电动汽车电池及其管理系统现状国外电动汽车电池及其管理系统现状未来的展望 国内电动汽车电池及其管理系统 万向集团电池类型 120Ah聚合物锂离子动力电池优点 1 电池高能量密度2 电池电压较高3 电池的自放电小4 安全性较高 可满足大电流放电5 无记忆效应6 循环充放电次数较多 使用寿命长7 锂离子对环境友好 国内电动汽车电池及其管理系统 总体控制采用分布式控制系统方案 每个单体电池Bn配置一个监控模块ICB 负责单体电池温度与电压的采集 均衡电流控制 发送与接收上位机信号整个电池管理系统配置一个上位机MC模块 实现整个电池管理系统的控制策略 电池管理系统控制机构框图 国内电动汽车电池及其管理系统 天津清源电动车辆有限责任公司电池类型 锂离子电池管理系统如图所示产品特点及功能特性电池管理系统采用分布式 模块化和数字化的系统设计方案每个电池管理模块均能够进行独立的数据采集 分析和控制 模块之间通过总线通讯 从而构成的一个完整的电池管理系统 用户可以根据被管理电池的数量选择配置电池管理模块的多少 构成积木式的电池管理结构 国内电动汽车电池及其管理系统 基本性能 耐振动性 满足QC T413绝缘耐压性 高压线路与机壳间1800VAC1min耐温度性 满足GB T2423电磁兼容性 CISPR25 ISO7637 ISO11452 ISO10605无故障工作时间 10万公里 整车行驶里程 国内电动汽车电池及其管理系统 深圳雷天公司电池类型 锂离子电池电池管理系统组成 管理主机 CPU 电压与温度采集模块电流采集模块通信接口模块 电池管理系统 国内电动汽车电池及其管理系统 特点 可检测并显示电池组的总电压 总电流 储备电量 任一单体电池的电压和电池箱的温度 最高和最低单体电池电压及电池编号 最高和最低温度 电池组的充放电量 主机还提供报警和控制输出接口 对过压 欠压 高温 低温 过流 短路等极限情况进行报警和控制输出 提供RS232和CAN总线接口 可在计算机上直接读取电池管理系统上的所有信息 国内电动汽车电池及其管理系统 比亚迪汽车公司电池类型 铁电池 磷酸铁锂电池 优点 容量高 输出电压高安全性能高工作温度范围宽良好的充放电循环性能电化学性能稳定寿命长绿色环保 国内电动汽车电池及其管理系统 分布式管理系统组成部分 电池组数据采样模块电池采样管理模块电池数据综合分析处理模块特点 有效提高采样速度 解决电池组充电不均的问题能够实现对电池组的实时监控一个电池组采样数据模块可管理多节电池电池包的电池数可根据实际应用情况调整 适用范围广泛 国内电动汽车电池及其管理系统 北京嘉捷恒信能源公司技术公司电池类型 磷酸铁锂电池组特点 采用美国TI公司的专用电池保护芯片 配合微处理器以及数字信号处理器 DSP 芯片 具有电路成熟 稳定 可靠性高的特点 主动容量均衡技术 均衡效果好 延长电池组寿命 电池管理系统 CETBAL C1电池均衡系统 国内电动汽车电池及其管理系统 吉利汽车控股有限公司电池类型 铅酸电池优点 价格低廉 可靠性高 能达到电动汽车的动力性要求缺点 使用使用寿命短 导致成本高 另一个缺点是比能量低 导致体积和质量很大 且充电单次续航短 由于铅是重金属 所以这种电池存在环境污染的问题 国内电动汽车电池及其管理系统 管理系统特点 1 主中央处理器用于采集动力电池的参数和对参数进行处理 并根据处理结果输出控制信号至执行单元 2 主中央处理器还用于向辅助中央处理器输出工作信号 3 辅助中央处理器接受来自主中央处理器的工作信号时 辅助中央处理器处于休眠状态 国内电动汽车电池及其管理系统 奇瑞汽车股份有限公司电池类型 阀控铅酸 VRLA 蓄电池阀控铅酸蓄电池是普通铅酸蓄电池的改进 正负极板栅用铅钙锡合金铸成 可以减少氢气析出 国内电动汽车电池及其管理系统 电池管理系统特点 1 监测的蓄电池参数包括端电压U 充放电电流I以及表面温度t 2 蓄电池充放电管理需要适时监测蓄电池的相关参数 3 优化蓄电池的充放电状态 4 电源管理系统根据监测的蓄电池参数 计算蓄电池的健康状态SOH 5 电源管理系统根据健康状态SOH与预设的预警值比较 当健康状态SOH达到预警值时 发出预警 国内电动汽车电池及其管理系统 东风汽车集团电池类型 镍氢电池特点 外部温度越低 镍氢电池充满之后保持的电压越高 反之电压越低 充电电流越大 镍氢电池自身温度升温越快 电池充满之后 继续充电 电池电压反而下降 长时间闲置 自身会消耗内部电量 国内电动汽车电池及其管理系统 镍氢电池管理电路主要通过主控芯片控制外围电压采集电路 电流检测电路 温度监测电路和UART通讯电路 电动汽车电池及其管理系统 引言国内电动汽车电池及其管理系统现状国外电动汽车电池及其管理系统现状未来的展望 国外电动汽车电池及其管理系统 日产自动车株式会社电池类型 锂离子电池锂离子蓄电池正极采用尖晶石 立体晶格 构造锰酸锂负极是储锂材料 电解质是锂盐的有机溶液或聚合物 特点 由于结晶构造强固 稳定性良好 使用耐久性提高 而锰比钴 镍金属储存量丰富 每公斤单价便宜 国外电动汽车电池及其管理系统 丰田汽车株式会社电池类型 镍氢蓄电池锰酸锂锂离子蓄电池普锐斯插电式混合动力车整个动力蓄电池系统由3个蓄电池包组成 每个蓄电池包由32个单体电池组成 由金属箱包覆 动力蓄电池包的内部紧凑布置在一起有动力蓄电池 蓄电池冷却风扇 蓄电池充电监视系统 充电控制器 国外电动汽车电池及其管理系统 国外电动汽车电池及其管理系统 美国通用汽车公司电池类型 锂离子电池 燃料电池 铅酸蓄电池EV1电动汽车由26个铅酸蓄电池供电 放电深度80 电池寿命是450个深度放电周期 管理系统 国外电动汽车电池及其管理系统 EV1的电池管理系统包括四个组成部分 电池模块软件BPM电池组热系统电池组高压断电保护装置与一般电池管理系统的区别 电池组可靠性高可靠性措施有 电池组高压断电保护装置手动断电开关地线绝缘失效检测自动开关与手动开关连锁 国外电动汽车电池及其管理系统 德国巴伐利亚机械制造厂 宝马 电池类型 高压锂离子蓄电池BMWi3通过专门研发的高压锂离子蓄电池给驱动系统以及所有其它车辆功能供电特点 高压蓄电池的智能加热 冷却系统可保证能量输出和车辆的续航里程受温度波动的影响小于通常使用的同类蓄电池 有助于提高电池的性能和使用寿命 高压蓄电池的保用期为8年或者100 000km 国外电动汽车电池及其管理系统 电池管理系统由电池管理单元和电芯监控传感单元两个部分组成 其任务是通过给高压电池进行均匀的充电来保证电池的最佳性能 电芯监控传感器对每一个电池单体的电压和温度都会进行实时监控 电池管理单元对监控数据进行处理 从而对不同的电荷状态进行调节 以此保证电池的最佳性能 国外电动汽车电池及其管理系统 其他电池管理系统德国的BADICHEQ系统及BADICOaCH系统BADICHEQ系统特点 能同时对20个电池单元进行电压测量 能进行电流和温度测量 能根据电池单元对主充电机的充电电流进行控制 能用一个小的充电机对单个电池进行均衡充电 能储存历史数据和与PC机进行数据通信 在仪表盘上显示最差电池单元的剩余电量 电池电流 实际电池电量以及各种异常报警 国外电动汽车电池及其管理系统 BADICOaCH是BADICHEQ系统的改进 它有以下特点 它的一个最重要的特点是在每个电池单元上加一个非线性电路 WLC 来测量电压 并将一个电池组的八个单元电压都通过一条信号线传递给BADICOaCH系统 并在那里解码 装有两条PWM信号输出线来控制充电电流和电压的大小 最差电池单元的剩余电量被显示出来 给最差电池单元以过放保护 给出停止使用信号 对最近24个充放电周期的详细数据进行存贮并允许在对电池好坏作判断时进行快速查找电池基本信息和错误使用情况 与PC机数据传送采用RS232标准 国外电动汽车电池及其管理系统 美国Aerovironment公司开发的SmartGuard系统特点 过充检测并防止过充 提供放电极性反向报警 电池历史记录和归档 提供最差电池单元的剩余电量信息 电动汽车电池及其管理系统 引言国内电动汽车电池及其管理系统现状国外电动汽车电池及其管理系统现状未来的展望 未来的展望 在目前市场上的电池中 锂离子电池 锂离子电池和锂聚合物电池 除在价格和安全性方面处于劣势以外 其他方面均处于绝