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电动汽车用锂离子蓄电池包及蓄电池选型
发布日期:2009-10-29

目前混合动力车(HEV)和插电式混合动力车(PHEV)在商业上大规模生产和获得更多市场份额的主要障碍是蓄电池。电动车所用的蓄电池必须具有性能高、廉价、寿命长、安全性能高等特点。锂离子蓄电池最有可能应付这些挑战。目前,世界各地都在做相应的研究和开发,以改善蓄电池的特性。但是即使是性能的蓄电池,组合成很差的蓄电池包也可能导致蓄电池包整体的性能、寿命降低,安全性变差而导致成本增加。此外我们还必须考虑到机械、包装、电、热、安全、监测、控制以及与车辆其它部分的接口等方面问题。

  蓄电池包一般是由蓄电池模块或单体电池组成。一个蓄电池模块又由多个单体电池组成。蓄电池装载在一个有电子和热控制的箱体中,这个箱体内还有整个蓄电池系统与车辆其它组成部分的接口设施以及蓄电池管理系统。每个模块也有其适当的包装、热控制和机械或电子设备。这个装载有蓄电池、热控制和电子设备以及其它部件的箱体就是我们通常所说的蓄电池包。

  蓄电池选取

  锂离子蓄电池的包装应该考虑到以下几点:蓄电池模块单体电池之间的互连设计;蓄电池、蓄电池模块与电子元件相互之间连接的具体设计;结构上受冲击和振动的保护;如何对蓄电池包进行碰撞保护;选择理想的固定在车辆的位置;与车辆其它组成部分的机械接口设计。因此在蓄电池的最初设计中,就必须考虑到:安全性(滥用限制);整个系统的包装费用;对包装的寿命和耐用性的影响;包装的可回收和再利用性;制造的成本;维修/修理方便性;散热管理(因为温度影响蓄电池寿命和性能);电子监测和控制;显示性能、容量、衰退等的计量设施等。所以在最初选用合适类型的蓄电池,对于蓄电池包的包装、互连设计、散热管理等都是非常有意义的。

  蓄电池的安全性

  安全性是锂离子蓄电池的关注点。在滥用试验中,过电压,过充,过放,过热,钉穿刺,外部短路,或内部短路缺陷等都可能导致蓄电池热失控和电解质泄漏,产生烟雾、开孔、火灾、甚至爆炸。对于在车辆上应用的蓄电池我们应该严格要求。虽然目前通过改进蓄电池正负极材料,添加能提高安全性能的添加剂和通过有效的电子和机械控制几乎可以消除或大大减少事故发生的可能性,但由于如过压和挤压以及热失控造成内部短路仍然需要特别关注。因此应该针对性的对蓄电池包进行相应设计,减少这些情况的影响,提高蓄电池包的安全性。

  少量大容量锂离子蓄电池单体电池与众多小容量锂离子蓄电池单体电池比较

  在PHEV、HEV和EV上使用大量小容量锂离子蓄电池单体电池与使用少量大容量锂离子蓄电池单体电池是有差别的。例如,Energy CS在PHEV蓄电池包内使用超过2000个小18650单体电池(2Ah)。而克莱斯勒公司则在PHEV蓄电池包上使用200个大得多的单体电池(41Ah)。使用大量小容量单体电池具有一定优势,例如电池成本较低(目前商品市场上多为小容量单体电池),安全性较好(能更快的散热),由于蓄电池单元小则安全事故规模小以及电池生产加工的品质高等。但也有很多缺点,其中包括单体电池间有太多连接,需要更高的集成和装配成本,重量体积比低,可靠性差(组成部分多,且有些多余),需要昂贵的电气管理等。使用较少的大容量单体电池具有一些优势,例如装配成本低、重量和体积比高、可靠性高(因为减少了若干连接部分)。但是,缺点在于蓄电池的成本较高,质量较低,散热管理变得更加困难,而且会出现规模较大的安全事故。最后决定使用哪种必须根据具体应用权衡分析。
 

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