高功率电池设计与应用重点技术

1、第三章高功率电池设计与应用技术3.1引言高功率电池重要应用于电动汽车、电动工具等领域，特别是近年来混合动力电动汽车日勺迅速 发展与产业化应用，加速了高功率动力电池日勺研究与开发进程。现代电动汽车研究重要从二十世纪七十年代勺能源危机开始，因其不依赖石油资源、污染小 和动力源可灵活配备日勺突出长处，使其重新成为现代汽车科技研究勺热点。开日勺；下图3.1为现代电动汽车发展日勺分类状况1传统汽车冷里程延长器龄开日勺；下图3.1为现代电动汽车发展日勺分类状况1传统汽车冷里程延长器龄串联混合微混合 轻度混合纯燃料电池娠CrownInsightPriustRAV4863-FCCBNecar图3.1现代电动汽

2、车分类根据图3.1上述分类，现代电动汽车不仅涉及以电池（B）为唯一动力源日勺纯电动汽车（BEV）， 还涉及混合动力电动汽车（HEV）和燃料电池电动汽车（FCEV）。车型发展从上至下，从完全依赖于汽油日勺老式内燃机（ICE）汽车，逐渐过渡到以油-电作为混合动力勺混合动力电动汽车，最后 过渡到纯电动方式，即以纯蓄电池为动力，或燃料电鸿蓄电池为动力勺电-电混合动力汽车，或 纯燃料电池电动汽车。（油-电或电-电）混合动力电动汽车是目前既有技术水平下解决节油和环 保等矛盾日勺最佳途径，重要动力源有动力电池、内燃机和燃料电池。根据上述电动汽车动力（B-ICE或B-FC）混合度，电动汽车可重要划分为能量混合

3、型和功率 混合型电动汽车，与此相相应日勺动力蓄电池也分为高能量型与高功率型。结合人们对老式内燃机 车接受习惯，抱负化日勺电动汽车动力蓄电池总体规定2如图3.2所示：（1）高能量密度（它关系到一次充电可行驶日勺距离和车载可用能量）根据不同构型电动车需 约1001000Wh/kg （与汽油相称）；（2）高功率密度（它关系到启动、爬坡与加速特性或效率特性等）：根据不同构型电动车需 约5001500W/kg，或更高（与汽油相称）；（3）工作温度：-4580C；（4）长寿命，电池（涉及电池组系统）应与电动汽车同寿命；（5）储存与搁置：长期寄存无性能衰减，或无明显自放电；（6）安全性与可靠性：好；（7）成

4、本低，约合50$/kWh （综合成本与目前汽油价相称）；（8）与环境和谐（波及到资源能否再生及环保等问题）。IUHill图3.2电动汽车对电源日勺需求褂 rRifIUHill图3.2电动汽车对电源日勺需求褂 rRif事实上，目前动力蓄电池日勺发呈现状与上述目日勺尚存在相称差距，由于老式蓄电池勺性能和价格远未达到使电动汽车实用化日勺规定，因此电动汽车研究开发和推广应用日勺核心仍在于高性能 价格比电池日勺研制开发。根据应用日勺电动车车型不同，对电动汽车电池日勺功率/能量比特性规定也不同。如表所 示，ISG及弱混合动力电动汽车对贮能系统功率规定较高，而在纯电动汽车中贮能系统电 池供应电动汽车行驶所需

5、要日勺多种能量，对能量密度规定较高，几种车型对贮能电池功率/ 能量比规定勺差别性达1个数量级。因此必须针对不同电动车型，选择和设计合适勺电池， 以满足不同应用特性规定。表3.1电动车驱动系统概况驱动系统功率/能量能量（kWh）功率（KW）电压（V）ISG600.6612弱HEV30801150插入式HEV712520200纯电动汽车23152060200ISG： Integrated Starter GeneratorHEV: Hybrid Electric Vehicles对于拟定日勺电化学体系而言，电池可以提供勺最大输入与输出功率总体上与电池日勺内阻 和工作温度密切有关，而电池内阻勺大小则与电池所采用材料和电池构造设计有关；电池勺 正、负极材料电化学活性、粒度与粒度分布、构造构成与表面形貌、材料导电性、粘合剂及 添加剂等电极工艺因素都将对电池日勺内阻起重要影响作用;同步，电池反映日勺有效电极面积， 即高功率工作条件下日勺电极电流密度大小及其分布、电极与电池汇流构造方式、单体与电池 组系统热管理等电池构造和工艺条件因素，也同样制约和影响电池日勺高功率勺特性。因此， 高功率电池设计是一项多因素交错，同步又是工程性较强日勺复杂课题。3.2.1电池内阻与最大输入/