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    • 動(dòng)力鋰電池的電化學(xué)性能

      添加時(shí)間:2020-10-21 16:03:09   瀏覽次數: 次   作者:鑫動(dòng)力小編    【 】   打印   關(guān)閉窗口

       對于設計研發(fā)人員,電池PACK的電子和電氣組件在較強的機械載荷下是否會(huì )發(fā)生連接松動(dòng)?是否會(huì )加速老化?電氣與結構組件之間的距離是否會(huì )影響絕緣性能?BMS功能失效是否會(huì )導致電芯發(fā)生過(guò)充進(jìn)行引起熱失控?溫度變化對電池荷電狀態(tài)(SOC)計算精度會(huì )產(chǎn)生怎樣的影響?長(cháng)期高溫環(huán)境使用,電池壽命衰減程度如何?

       

      電池包作為新能源汽車(chē)動(dòng)力系統的核心部件,安全與性能是最重要的指標。電池包系統集成,在于梳理機、電、熱、化之間的相互關(guān)系,相互作用、相互影響,定量和定性地分析產(chǎn)品是否可以滿(mǎn)足產(chǎn)品設計指標。

       

      電池包裝載在汽車(chē)上,首先得考慮和滿(mǎn)足機械方面的特征,產(chǎn)品需要具有足夠的強度和剛度,在振動(dòng)、沖擊等機械載荷下不發(fā)生形變和功能異常,在碰撞、擠壓、翻滾、跌落等事故狀態(tài)下有足夠的安全防護。

       

      電動(dòng)汽車(chē)依靠電能驅動(dòng)車(chē)輛行駛,瞬時(shí)功率可能高達幾百千瓦,電壓范圍從幾十伏特到幾百伏特,電流也可以達到正負幾百安培,大電流的充電和放電,以及高電壓的輸出,意味著(zhù)電池包有很高的電氣載荷要求。

       

      此外,整個(gè)電池包由非常多的單體電池構成,為了有效地管理這些電池,控制電池包的充放電,以及響應整車(chē)層面的功能需求,電池包還有一套非常復雜的電池管理系統(BMS),由傳感器、執行器、控制器(電控單元)等組件構成,采集系統的電壓、電流、溫度等數據,進(jìn)行復雜的計算,與整車(chē)其他部件進(jìn)行通信,完成特定的功能,實(shí)施判定系統的運行邊界,控制系統的異常狀態(tài)等。

       

      1、首先是針對外部環(huán)境的熱管理要求,在北半球的高緯度地區,冬季的室外溫度會(huì )達到-30℃,甚至更低,而在低緯度地區,夏季的地面溫度可以達到50℃以上,電動(dòng)汽車(chē)必須面對嚴寒和酷暑這兩個(gè)極端的使用環(huán)境溫度要求。目前的電池技術(shù),還無(wú)法應對這種挑戰,為了延長(cháng)電池的使用壽命,也不能讓電池工作在如此寬廣的環(huán)境溫度下,所以必須在電池包設計的時(shí)候,為電池裝配“空調”系統,夏季能夠降溫,冬季能夠加熱,從而解決大范圍變化的環(huán)境溫度所帶來(lái)的挑戰。

       

      2、針對內部熱管理要求,因為電池內阻和電氣部件阻抗的存在,充放電條件下,電池包內部會(huì )發(fā)熱,電流越大,發(fā)熱量越大,如果不能及時(shí)把內部熱量散出去,輕則影響電池壽命,導致使用壽命快速衰減,重則引起熱失控,帶來(lái)安全問(wèn)題。電池包產(chǎn)品的熱管理系統是非常復雜的,要解決加熱、散熱、保溫、熱均衡等幾方面問(wèn)題。

       

      化指的是電化學(xué),即電池的電化學(xué)機理。以目前大量使用的鋰電池為例,其表現出來(lái)的物理特性是有電化學(xué)機理所決定的。鋰離子在正極和負極之前來(lái)回的穿梭,與正極和負極發(fā)生化學(xué)反應,改變分子結構,從而在正負極之間表現出充電和放電的物理特性(電子移動(dòng))?;瘜W(xué)反應的數量規模,決定了電池的充放電的能量(產(chǎn)生的電子數量);化學(xué)反應的快慢,決定的充放電速度;化學(xué)反應的的可控與不可控,決定了電池的安全性;化學(xué)反應的可逆程度,決定了電池的壽命。電池內部的化學(xué)反應,除了跟電池本身的材料相關(guān)之外,還與外部的電氣載荷和溫度有非常大的相關(guān)性。如我們所知的,大倍率的充放電或者高溫度下使用,會(huì )導致電池壽命的衰減,短路會(huì )導致熱失控等現象。

       

      電池PACK系統集成,是復雜系統產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵,除了對各個(gè)子系統需要有深入的研究之外,還要特別關(guān)注子系統的接口、交叉、相互影響等,以及由此表現出來(lái)的新特性。系統集成需要應用大量的過(guò)程分析方法、輔助以仿真分析和測試驗證,才能達到產(chǎn)品設計目標。


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