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#l/e/Z;
z,R,L&
k)w5Y
2、电池的要素和组成:
+W7s
[,S/I1y4\/h:
w5~◆电极
0R9U'
y
y6`,B8T7L'
x负极:
通常将电池电极中电压较低的壹极称为负极
;
S&
V
P&
x!
y,h正极:
通常将电池电极中电压较高的壹极称为正极
◆隔膜:
于电池中,防止正负极间电子导通,而又能让离子通过(离子传导)的隔离材料,壹般为多孔薄膜材
料
-h4?
$^"
x+Z7v1R9`-b◆电解质溶液(电液):
于电池内正负极间提供离子传输作用
8?
s#~(y(W/P-o%T3x◆其他构件:
如外壳,极柱,密封件等
1j2o$j)C8V;
~-b3、电池的分类
7N5w:
G,b+V!
\6F$x
壹次电池(干电池)
\0u.z/S)Q.N4K二次电池(充电电池或蓄电池)
·
铅酸电池
镍-镉电池
镍-氢电池
锂离子电池
U0n3I;
L.l'
_+P)?
4i·
液态锂离子电池
*~#P6@*W/G0m$n:
d·
聚合物态锂离子电池
另外仍有燃料电池、太阳能电池等等
4、常见可充电电池性能比较:
组成电池能量密度电池体系负极电解液正极环保性能电压(V)Wh/kgWh/L充电循环自放电率
锂离子电池碳LiPF6LiMn2O4或绿色环保3.6130-150350-400≥10008%
0\;
F1M#?
/^9^!
ILiCoO2
铅酸电池PbH2SO4PbO2铅污染严重2.030-5050-80300-50020%
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+E9r$S!
F/f*v,v"
g镍镉电池CdKOHNiOOH镉污染严重1.250-60130-150400-60025%
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]4L"
G镍氢电池储氢KOHNiOOH环保1.260-70190-200≥50010%
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\4`-?
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K1i#I材料
%u(|*}3F0S,V(A,Q
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二、锂离子电池基础
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X5s9R$E#C*B&
C1、锂离子电池的“前世今生”:
锂离子电池是20世纪90年代开发成功的新型高能电池。
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i.C6I1l,z5l2A锂离子电池的“前世”:
早期负极为金属锂的“锂电池”,但金属锂的化学活性太大,充电时产生的枝晶,h3E$n6F0M(P#x9s:
a会使电池短路,目前尚未真正解决其安全问题。
锂离子电池的“今生”:
锂离子电池名称开始于日本企业,针对含金属锂负极的锂二次电池而言,1991年-Q6V0q3o/o%\0o-W-u由索尼公司率先实现商业化。
采用可嵌锂碳材料为负极,正极采用含锂的过渡金属氧化物,利用溶有锂盐6M,S6S"
l8E%|非水溶剂作为电介质。
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r22、2锂离子电池的优点和缺点:
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Z3g-Q$P'
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Z锂离子电池重量轻、体积小,寿命长,没有记忆效应,具备良好的温度特性,同时由于没有重金属污染、没有毒性物质,是新壹代环保型绿色电池。
被业界称之为“终极电池”
锂离子铅酸镍镉镍氢
重量5113
4J5u5N5]"
P6A/C/[寿命5234
S4g$|.L1z环保5215
5F0K,g
]9]记忆5313
温度特性5233
缺点:
锂离子电池价格相对昂贵,发展时间短,制造工艺的成熟性不如铅酸,镍镉及镍氢电池,但随时间的推
移,锂离子电池的制造工艺会越来越成熟,价格也会逐渐降低。
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z:
q+W1}8P6y-b
5、液态锂离子电池和聚合物锂离子电池的异同:
2p1v9z3x1j6v
◆相同点:
正负极活性物质相同
电池工作原理相同
单体电池工作电压相同
#o7@.t(t+S)S,m◆不同点:
液态锂离子电池的电解液是液态的有机电解液,聚合物锂离子电池的电解质是将液态的有机电解液
吸附于壹种聚合物基质上,所以被称为凝胶聚合物电解质。
T4U8d%P;
O
◆优缺点比较:
液态锂离子电池的功率较聚合物锂离子电池大的多,反映于电动自行车上,液态比聚合物有更
强的爬坡能力;
液态锂离子电池的价格较聚合物锂离子电池便宜。
聚合物锂离子电池由于不存于游离的电解液
,不存于漏液的情况。
6、液态软包装、凝胶聚合物和液态锂离子电池的安全性:
6`$f%~-T5p(Y.|;
~7}
◆目前市场上大量出现的是液态软包装电池,液态软包装电池内部电化学体系和金属壳包装电池壹样。
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I7G.g)E
S0E◆优缺点比较:
采用液体电解液,因此于大电流放电等性能上也不错。
由于采用软包装,包装较易损坏,于壹
8D%?
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W:
M2z3U些振动频繁的应用领域,如电动自行车等,需要谨慎。
金属壳液态液态软包装凝胶型
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U!
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M'
b,N电解液液态液态凝胶态
包装金属铝塑膜铝塑膜
放电能力很好很好差
安全性:
锂离子电池的安全性需要从正极材料入手,光靠更换软包装无法从根本上解决。
软包装的电池如果爆
炸,不存于金属物射出物,然仍无法解决燃烧等危险。
从电极材料和电解液入手,才是解决锂离子电池安全性
的根本途径。
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A0[%v7、电池的壹致性问题:
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M/t:
S!
x4P#d,f
C单体电池不存于壹致性问题,壹致性问题主要集中于电池组中,影响电池组壹致性的主要因素是电池的自放电
4t*w$B%T5]#h%g、内阻、电池中电池的数量、有无均衡线路等。
同样容量和电压的电池组,锂离子电池数量越少,对壹致性要
求越低。
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.s5}2I1C*~
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H%]$l)U8、镍氢(Ni/MH)电池的简介:
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S$b/W*e2W!
N8y
镍氢电池的工作电压为1.2V,无铅酸,镉镍电池的重金属污染问题,也属于绿色环保型电池,但和锂离子电池
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^9}%n5p(G*n相比,镍氢电池的工作电压只有锂离子电池的1/3,同样壹个电池镍氢电池需要的单体电池的数量是锂离子电
池的3倍,重量是锂离子电池的2倍左右,循环寿命也比锂离子电池短。
另外镍氢电池充电过程中发热严重,无
法长期于高温调节下使用。
低温性能不如锂离子电池,高倍率放电性能不如镉镍电池和锂离子电池,而价格和
锂离子电池相差无几。
所以镍氢电池虽然发展时间较长,但其发展的速度和潜力已远远落后于锂离子电池。
1K-m9W$q8I2f%g4`9、几种锂离子电池正极材料的综合比较
1@$f,T(a8N#]7`
1|5f7r6m8V/q钴酸锂锰酸锂磷酸铁锂镍钴锰酸锂/3元
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Z*S+K0O7?
2H耐过充×
√√×
X4f)b.X
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U氧化性很强壹般弱强
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g$t
[
Q9p+d0g"
}:
d过充极限0.5C/6V3C/10V3C/10V0.5C/6V
安全性很不安全安全性能好安全性能好不安全
6m9y!
d+t
M4z7^/Q
安全容量1Ah10~30Ah可达100Ah/
+E-x${(c0h0Y(F
+|9`)O.z3F1S大功率能力好很好很好/
价格昂贵低廉低廉壹般
三、锂电池的安全
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S-N;
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b-?
9t0Q%?
4g1?
b单体电池的安全测试项目及测试方法
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g9N/q6A%B$F3})v
4}/t%T%E$n测试项目测试条件测试要求电池数目测试标准
撞击平面9.1KG重物,0.61m高度,3个
侧面直径15.8mm的钢棒。
不起火,不爆炸3个UL
挤压平面挤压力13KN不起火,不爆炸3个UL
x*y$~-C"
F)r侧面3个
高温150℃,10min
(温升5℃/min)不起火,不爆炸5个UL
过充30A,10V不起火,不爆炸5个UL
短路电阻小于100mΩ不起火,不爆炸5个UL
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n#a&
F5{/s针刺φ5mm的钢钉从垂直于极板的
方向贯穿(钢针停留于电池中)不起火,不爆炸5个企标
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F2G4K#E
9t)K2]!
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]四、保护板BMS具体功能介绍
2}%P2J1N)i9F保护板BMS(BatteryManagementSystem)有5大功能:
*}7z/V.Y-m(U&
L
O&
N
)B6j9F7l,J,}1、过充(过压)保护
因为锂电池是很“脆弱”的电池,所以不能造成过充。
锰酸锂是于4.2v保护,磷酸铁锂是于3.6v左右(具
体可参考供应商规格书);
1s5|$~.V9u0P.T造成过充时,壹般保护板会有恢复功能。
比如壹块锰酸锂电池保护板设置的过充保护是4.25v,当过充时,
保护板保护,停止充电,当电压降至4.15v时,才能恢复充电动作。
2、过放(欠压)保护
因为锂电池是很“脆弱”的电池,所以不能造成过放。
锰酸锂是于2.7v或3.0v保护,磷酸铁锂是于2.3v左
右(具体可参考供应商规格书);
造成过放时,壹般保护板会有恢复功能。
比如壹块锰酸锂电池保护板设置的过放保护是3.0v,当过放时,
保护板保护,停止放电,当电压升至3.1v时,才能恢复放电动作。
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s*g;
[)b9z8`9H+R
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Y"
D-@3、过流保护
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k#m.o!
b.b#G#I!
v(f:
U当放电电流或者瞬间放电电流超过电池本身所能承受的电流时,BMS会停止放电动作。
壹般恢复过流保护有2个办法。
壹是断开负载,重新连接电池和负载;
壹是更换烧坏掉的保险丝。
具体见每
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X个厂家的产品是如何设置。
8P:
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H2d'
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壹般BMS会设置壹个例如30A/8ms(30安培8毫秒)的峰值电流保护参数。
就是说:
当电流大于30A且且时
间大于8ms时,过流保护会动作。
假如是50A3ms,那么过流保护不会动作,
4X0d#l'
l+L(`&
b1W5|
这对带电机类的负载是非常适合的,因为壹些负载于起动时会有壹个非常大的脉冲/峰值电流,只要这个电
*b(K:
X:
k)j
I0D*n#U流能过去,正常工作就不是问题了。
所以有时候电池带电机类负载会不工作,很大壹个原因是因为BMS上的脉
冲/峰值电流给挡掉了,而不是电池出了问题。
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s3R%H5~;
O!
Z5A&
o
1^$R$K/B6J(测量这个电流需要示波器,很多业务不好展开就是这个电流没有测量到。
我们测过壹个Trimmer的峰值电流有90A,很高,相对这样大的电流,做BMS就是壹个很高的要求)
.}%}8}4n;
S5d1n8u,t
3~9G2S2d
W)U4、过温保护
锂电池于所规定的温度范围里是能够正常工作的,当超过所规定的温度范围,BMS会停止放电动作以保护电池,壹般此功能为可选功能。
r4E2O0h7T!
B%H
5、均衡功能
因为电芯壹致性的问题,串且联的电芯越多,壹致性问题越突出,电池组的性能会越不好。
使用时间长了,每个电芯的电压容量内阻会有所差别,会降低整体电池的性能和寿命。
有了均衡功能,可尽可能充满每个电芯的容量,降低每个电芯的差别,提高整体电池的性能和寿命。
i1g!
~1h"
N*g7a,N
k-V6@0j8M
f目前均于用的是“电阻放电法”,即给电池组中先充满电的电芯放电,让没充满电的电芯继续充电,当每个电芯均充满电了,整组电池才停止充电。
(放电时当整组电池中有壹个电芯放完电,整组电池停止放电)
*D'
k#C/P
g7I*`3x
C!
x
4],s,v2u/]"
A-T+D*Z.R/r另壹方法是“双向无损均衡充电”,即让充满电的电芯给没充满电的电芯充电,也就是让电芯互相充电。
这样效率很高,目前也可实现,但成本太高,不适合商业化操作。
2q6M9h5P2k;
a3B)@.A五、锂离子电池的储藏和运输
(u9?
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)e1I(r
j-m锂离子电池的储藏会导致容量下降
+q*n%|8Q-`/e#z*{2H)J高电压会导致正负极集流金属板的被腐蚀和电介质的分解
长时间处于放电状态将导致电机保护层分解,容量下降。
锂离子电池的储藏
x(O5H(Z%u1.电池组需长期储存时,请将电池组充电至半饱和(放完电后,用充电器充电2~3小时即可)状态,放置于干燥,通风处,每二个月用充电器充电2~3小时;
u(_)d6l2D'
o+M.O2.电池组和充电器应贮存于清洁、干燥、通风处,应避免和腐蚀性物质接触,远离火源及热源;
3.电池组贮存条件:
环境温度-20~35℃;
环境湿度5~65%RH;
-[!
h3u:
o;
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D(E/[
1s1\:
W1C4C5V*B)r:
S运输:
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4[1v9_3P&
m
电池组应包装成箱进行运输,于运输过程中应防止剧烈振动、冲击或挤压,防止日晒雨淋。
/G6@9p:
u
~:
H运输工具可使用汽车、火车、船舶、飞机等交通工具进行运输。
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- 培训 体系 锂电池 培训资料