車用鋰離子動力電池系統開發技術

技術名稱：車用鋰離子動力電池系統開發技術

技術類別：減碳技術

所屬領域及適用范圍：汽車行業交通運輸領域

該技術應用現狀及產業化情況：

鋰離子電池具有重量輕、儲能容量大、功率大、無污染、壽命長、自放電系數小、溫度適應范圍廣等優點，已逐漸取代鉛酸電池和鎳氫電池，成為目前世界上大多數汽車企業進行電動汽車開發的首選目標。自 2009 年 1 月我國啟動新能源汽車“十城千輛”推廣工程以來，已經覆蓋北京、上海、重慶等 25 個城市。受政策和市場驅動，2014 年我國新能源汽車產銷量呈井噴式增長，全年產量突破 8.4 萬輛，銷量達 7.6萬輛，產銷量增長均超過 300%。商用車是新能源汽車行業現階段發展最快的領域，尤其在客車領域，由于公共交通需求而釋放的潛力將極大地促進電動汽車行業的發展。

主要技術指標：

①單體電池

電壓：3.2 V、3.6 V、3.75 V；

容量：5.5 Ah～130 Ah；

內阻：≤10 mΩ。

②商用大巴電池系統

電壓：120～360 V；

容量：245 Ah～615 Ah；

能量：110 kWh～221 kWh；

最大放電電流：540 A。

③乘用車電池系統

電壓：144～358 V；

容量：4.4 Ah～115 Ah；

能量：0.6336 kWh～38.33 kWh；

最大放電電流：500 A。

典型案例：

快換式純電動客車動力電池系統開發項目、車用方型動力電池開發項目

技術內容

技術原理

電動汽車通過動力電池系統為驅動電動機提供電能，電動機將電能轉化為機械能，通過傳動裝置直接驅動車輪。與傳統燃油機動車相比，電動汽車在行駛中不排放二氧化碳，其排放量按動力電池所耗電量進行折算。由于電力可以采用常規火電和其他可再生能源電力獲得，且可充分利用晚間低谷電進行充電，其單位里程排放量低于燃油機動車的排放量，從而實現二氧化碳減排，并有效提高其經濟效益。

關鍵技術

（1）電池分選配組技術

通過對大量單體電池的數據統計和軟件分析，評估單體電池不同電壓差、內阻差、容量差等分檔情況對電池模塊一致性程度的影響，確定更合適的單體電池分選和配組標準，組建自動化的電池分選裝備，提升電池分選配組的效率。

（2）電池系統熱管理技術

通過有限元（FEA）計算機輔助設計（CAE）進行電池單體、電池模塊熱性能模擬，確定被測單元在不同工況下的熱性能表現和電池單體在實際工況下的發熱狀況及發熱點，構建適宜的電池模塊冷卻系統。

（3）電池系統均衡技術

電動汽車的車載能量通常由串聯成組的動力電池來提供。但由于存在一致性問題，成組電池在可用容量、使用壽命等方面遠不及單體電池，采用電池系統均衡技術可有效提高成組電池的使用性能。

（4）電池管理系統關鍵技術

關鍵技術包括電池剩余電量（SOC）、健康狀態（SOH）估算和均衡技術，在準確估測電池系統SOC的基礎上，準確評估電池系統的SOH。通過優化充放電控制算法，在原有容量、電壓、溫度等參考參數的前提下，引入內阻等電池特性參數，進行基于多參數的充放電控制算法，有利于降低電池充放電狀態評價誤差影響，正確評價電池充放電狀態，優化充放電管理。

（5）電池系統測試驗證技術

研究單體電池、電池系統、BMS 系統的功能、性能及安全性、可靠性的測試驗證標準及方法，建立綜合性的測試驗證平臺。

（6）電池系統模擬仿真技術

對電池系統進行流場、熱場、機械強度及控制策略等的模擬仿真，保證系統設計的可靠性。

工藝流程

電芯生產工藝流程示意圖

電池組生產工藝流程示意圖

主要制作工藝技術路線如下：

（1）制漿。用專門的溶劑和粘接劑分別與粉末狀的正負極活性物質混合，經高速攪拌均勻后，制成漿狀的正負極漿料；

（2）涂膜。將制成的漿料均勻地涂敷在金屬箔的表面，烘干，分別制成正、負極極片；

（3）裝配。按正極片/隔膜/負極片/隔膜自上而下的順序放好，經卷繞制成電池極芯，再經滾槽、注液、封口等工藝過程，即完成電池的裝配過程，制成成品電池；

（4）化成。用專用的電池充放電設備對成品電池進行充放電，激活其內部活性物質，然后對每一只電池檢測，篩選出合格的成品電池待下一流程使用；

（5）分選。采用智能的分選軟件，根據合理的容量、電壓及內阻差異標準對電池進行分組；

（6）組合。采用專用的設備對成組的單體電池進行復檢，將經過絕緣處理后的電池進行焊接，與保護線路板進行焊接后，再進行電性能檢測，并進行入殼、貼標簽和包裝。

電池管理系統（BMS）示意圖

編輯：黃飛

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