鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:233次 | 2024年08月16日
高電壓電池包的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)及有效處理方法分解
綠色革命可能不久就將迎來(lái)一場(chǎng)重大獲勝。在大規(guī)模的電能成為“可儲(chǔ)存”和“便攜式”能源之時(shí),能量效率將獲得顯著改善,而且可再生能源的推動(dòng)工作也將取得進(jìn)展??蓛?chǔ)存性和便攜性是液體燃料的重要優(yōu)點(diǎn),而通過(guò)電池系統(tǒng)供應(yīng)的電力則擁有供應(yīng)一種可行替代方法的潛力。電能可在幾乎所有的耗能設(shè)備中使用,而且,電能也可以從幾乎所有的可用能源來(lái)萌生。核能、太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮芎鸵后w燃料(汽油、柴油、乙醇、氫等等)都能很容易地轉(zhuǎn)換成電能。因此,與石油燃料相比,電力的重大優(yōu)點(diǎn)是可以利用最具成本效益的處理方法隨時(shí)隨地萌生能量。
對(duì)電能的規(guī)范化可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì),并免除局部燃料消耗所需的基礎(chǔ)設(shè)施。優(yōu)越的電能可儲(chǔ)存性便于發(fā)電(效率最高,且不是“按需”型的),目前的情況大體如此。例如:風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電未必與峰值功率需求模式相吻合,而可儲(chǔ)存特性則能緩解這個(gè)問(wèn)題有所緩解。優(yōu)越的便攜性準(zhǔn)許電能作為汽車(耗能大戶)的能源。隨著時(shí)間的推移,其他傾向于使用綠色能源的使用肯定將得益于此項(xiàng)技術(shù)。
電動(dòng)汽車對(duì)電池系統(tǒng)的要求
電動(dòng)汽車為綠色革命供應(yīng)了一個(gè)巨大的發(fā)展機(jī)遇,原由有很多。電動(dòng)汽車采用電網(wǎng)電力取代了燃?xì)鈩?dòng)力。電網(wǎng)電力的生成效率很高,可以從幾乎所有的能源來(lái)獲得。此外,電動(dòng)汽車的能源使用效率也高于燃油汽車。大多數(shù)汽車在運(yùn)行時(shí)將經(jīng)歷一個(gè)“加速、減速和空轉(zhuǎn)”的持續(xù)周期。相比之下,易變的負(fù)載(比如加速或減速)更加有利于電動(dòng)馬達(dá)(而非燃油引擎),因?yàn)樗诘退贄l件下供應(yīng)了高轉(zhuǎn)矩。燃油引擎的工作效率只在一個(gè)很窄的速度/負(fù)載范圍內(nèi)達(dá)到最高,而且為滿足峰值加速的要,它非得是超大型的。用于把汽油能量轉(zhuǎn)換為動(dòng)能的引擎效率通常為20%,而電動(dòng)馬達(dá)將電能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能的過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)90%的典型效率。此外,電動(dòng)馬達(dá)還無(wú)須在??繒r(shí)因?yàn)榭辙D(zhuǎn)而無(wú)謂地消耗能量,而且電動(dòng)系統(tǒng)還具備通過(guò)再生制動(dòng)來(lái)恢復(fù)機(jī)械能的潛力。通過(guò)電動(dòng)汽車的典型能耗成本僅為0.013美元/英里這一事實(shí),便能看出能量效率的整體改善情況。
可惜的是,在現(xiàn)今的市場(chǎng)上,純電動(dòng)汽車還不是一種可行的處理方法,因?yàn)槠湫旭偩嚯x受限于車上所能儲(chǔ)存的能量。如今常見(jiàn)的電池包在充電8小時(shí)之后能夠讓一輛電動(dòng)汽車行駛100英里。而一個(gè)一般的汽車油箱則能為一輛標(biāo)準(zhǔn)汽車供應(yīng)300英里的行駛距離,且只需幾分鐘的時(shí)間就能完成加油。假如想得到美國(guó)消費(fèi)者的廣泛接受,那么電動(dòng)汽車非得延長(zhǎng)行駛距離和/或縮短再充電時(shí)間。應(yīng)運(yùn)而生的處理方法是“油電混合動(dòng)力車”,它把燃油引擎和電動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)組合起來(lái),以供應(yīng)足夠的行駛距離,同時(shí)依然擁有綠色能源的大多數(shù)好處。油電混合動(dòng)力車采用車載燃?xì)庖妫ㄓ糜陔姵爻潆姡?,并在要時(shí)在最有效的速度/轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)操作該引擎。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
毫無(wú)疑問(wèn),電動(dòng)汽車的成功將有助于其它使用的高性能電池系統(tǒng)找到屬于自己的生存空間,從而推進(jìn)其價(jià)格的下降和性能的提升。關(guān)于局部發(fā)電(包括小型光伏或風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)),電池可以起到至關(guān)緊要的平衡用途,且當(dāng)可以使用電網(wǎng)電力時(shí),它還能充當(dāng)一個(gè)后備電源系統(tǒng)。目前的電池系統(tǒng)相當(dāng)昂貴而且龐大,且存在可靠性和安全方面的問(wèn)題。下一代電池系統(tǒng)將供應(yīng)較高的能量密度,旨在實(shí)現(xiàn)外形較小、價(jià)格較低、可靠性和安全性更高的處理方法。
高電壓電池包的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)
關(guān)于大功率電池使用而言,鋰離電池可作為首選的化學(xué)電池,重要因?yàn)樗哪芰棵芏雀?。?dāng)今的電動(dòng)汽車和油電混合動(dòng)力車采用的是NiMH電池,假如采用鋰離子電池將使其能量?jī)?chǔ)存密度提高400%。然而,為了使鋰離子電池在多達(dá)數(shù)千次的充放電循環(huán)過(guò)程中保持可靠,電池系統(tǒng)非得處理諸多技術(shù)難題。
鋰離子電池的性能取決于電池溫度和使用期限、電池充電和放電速率以及充電狀態(tài)(SOC)。這些因素并不是獨(dú)立的。例如:鋰離子電池在放電時(shí)將萌生熱量,從而新增放電電流。這有可能形成熱失控狀態(tài),并導(dǎo)致災(zāi)難性故障的發(fā)生。此外,把鋰離子電池充電至100%SOC或放電至0%SOC將迅速降低其容量。因此,非得將鋰離子電池的操作限制在某個(gè)SOC范圍內(nèi),比如20%至80%,此時(shí)的可用容量?jī)H為規(guī)定容量的60%。不僅如此,鋰離子電池還具有平坦的放電曲線(圖1),其中1%的SOC變化可能僅表現(xiàn)為數(shù)毫伏的電壓差異。為充足利用電池的可用電壓范圍,電池系統(tǒng)非得非常準(zhǔn)確地監(jiān)視電池電壓(它筆直對(duì)應(yīng)于SOC)。
除了鋰離子電池的敏感特性之外,把電池包合在一起的辦法也是一個(gè)緊要的考慮因素。如欲從一個(gè)電氣系統(tǒng)(比如用于給車輛加速所需的電氣系統(tǒng))來(lái)供應(yīng)有效的功率,則需高達(dá)數(shù)百伏的電壓。舉例來(lái)說(shuō),在1V電壓條件下輸送1kW功率要1,000A電流,而在100V電壓條件下輸送1kW功率則僅需10A電流。系統(tǒng)布線和互連線中的固有電阻將轉(zhuǎn)換成IR損耗,因此設(shè)計(jì)師需采用切實(shí)可行的最高電壓/最低電流。
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備