动力锂电池综合管理系统_机械科学研究总院.pdf
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1、2008 年 5 月机械科学研究总院机械科学研究总院机械科学研究总院钱良国机械科学研究总院钱良国电动汽车动力锂电池电动汽车动力锂电池综合管理系统研究综合管理系统研究最新进展最新进展先进制造技术与成型装备国家重点试验室先进制造技术与成型装备国家重点试验室PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 国际石油价格一直在高位运行,国际石油价格一直在高位运行,(2008年年5月月16日每桶超过日每桶超过127美元;美元;美国高盛预计下半年油价将突破美国高盛预计下半年油价将突破140美元)美元)生态环境的日益恶化,生态环境的日益恶化,推动了包括电动汽车在内的节能与推动了包括电动汽车在内的
2、节能与新能源汽车的发展。新能源汽车的发展。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 发展电动汽车的首要技术关键,仍是高性能发展电动汽车的首要技术关键,仍是高性能新型动力电池系统。新型动力电池系统。新型动力锂电池的优良性能已经初步展现,新型动力锂电池的优良性能已经初步展现,并得到电动汽车产业界的高度关注。并得到电动汽车产业界的高度关注。在国家重点支持和市场双重推动下,动力锂在国家重点支持和市场双重推动下,动力锂电池关键技术和产业发展都取得了重大进展。电池关键技术和产业发展都取得了重大进展。单体动力锂电池的性能,已经基本能够满足单体动力锂电池的性能,已经基本能够满足设计要求。设
3、计要求。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 新型动力锂电池的新型动力锂电池的高功率密度、高能量密度,高功率密度、高能量密度,和长使用寿命和长使用寿命等显著优势,等显著优势,给纯电动汽车、给纯电动汽车、Plug-IN HEV、发展注入了新的活力。发展注入了新的活力。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 当前,当前,动力动力锂锂电池成电池成组应用组应用技术技术和设和设备备研究研究严严重重滞后滞后的问题已经突显出来。的问题已经突显出来。动力锂电池管理系统研究已经引起广泛动力锂电池管理系统研究已经引起广泛关注。关注。清楚认识当前清楚认识当前研究研究工作
4、存工作存在的在的主主要要问问题题、对正确把握研究方向,制定科学的研究、对正确把握研究方向,制定科学的研究目标致关重要。目标致关重要。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 当前,用户对新型动力锂电池当前,用户对新型动力锂电池安全性、经济性、均衡性安全性、经济性、均衡性的忧虑,是动力锂电池和电动汽车的忧虑,是动力锂电池和电动汽车产业的发展急需解决的首要技术关键。产业的发展急需解决的首要技术关键。由此,提出了动力电池管理系统由此,提出了动力电池管理系统关键技术研究课题。关键技术研究课题。主要问题主要问题PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 对动力锂电池
5、的安全性、经济性和均衡性对动力锂电池的安全性、经济性和均衡性的认识,是正确制定研究方向和目标的基础。的认识,是正确制定研究方向和目标的基础。下面就普遍关注的动力锂电池系统的下面就普遍关注的动力锂电池系统的安全安全性、经济性、均衡性性、经济性、均衡性问题问题发表一点看法,供发表一点看法,供参考;参考;并简要介绍当前动力锂电池综合管理系统研并简要介绍当前动力锂电池综合管理系统研究的最新进展。究的最新进展。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 要点要点一、动力锂电池组的一、动力锂电池组的安全性、经济性、和均衡性问题;安全性、经济性、和均衡性问题;二、电动汽车动力锂电池综合管理
6、系统二、电动汽车动力锂电池综合管理系统研究的最新进展。研究的最新进展。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 一、动力锂电池组的一、动力锂电池组的安全性、经济性、均衡性安全性、经济性、均衡性先进制造技术与成型装备国家重点试验室先进制造技术与成型装备国家重点试验室PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 成成组组动力动力锂锂电池的电池的安全性问题安全性问题安全性问题安全性问题PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 单体动力锂电池的单体动力锂电池的安全性和主要技术指标安全性和主要技术指标已经基本能够满足设计要求。已经基本能够满足设计要
7、求。动力锂电池成组后动力锂电池成组后安全性和使用寿命大幅下降安全性和使用寿命大幅下降主要是主要是成组应用技术和设备成组应用技术和设备问题所致。问题所致。安全性问题安全性问题安全性问题安全性问题PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 试验试验证明证明,当当充充电电电电压压超过超过6V,电池电池外壳外壳已已发生破发生破裂裂。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 400AH锂电池组实际状态(均衡性良好)锂电池组实际状态(均衡性良好)不不均衡均衡性是性是必然必然的,的,均衡均衡是是相相对对的的51%的电池单体有过充电的危险的电池单体有过充电的危险PDF 文
8、件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 有有 37%的电池有发生过充电的危险的电池有发生过充电的危险400AH锂电池组锂电池组32A充电状态(性能良好)充电状态(性能良好)不不均衡均衡性是性是必然必然的,的,均衡均衡是是相相对对的的PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 特例:由专特例:由专业业人员选配人员选配安安装的电池装的电池组组若采用现有充电设备,若采用现有充电设备,83号有可能发生恶性故障号有可能发生恶性故障83#电池电池即即是是由专由专业业技术技术人员精心选配人员精心选配的电池的电池组组也难免也难免发生发生严严重的重的均衡均衡性性问题问题.PDF 文
9、件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 上面的实例证明上面的实例证明:动力锂电池组的均衡性是动力锂电池组的均衡性是相对的、暂时的、不稳定的;相对的、暂时的、不稳定的;不均衡性是绝对的、永恒的。不均衡性是绝对的、永恒的。希望通过提高均衡性指标是希望通过提高均衡性指标是无法保障动力锂电池系统安全无法保障动力锂电池系统安全的。的。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 动力锂电池管理系统的动力锂电池管理系统的基本要求是基本要求是具有良好的电池具有良好的电池均衡均衡性性适适应应特特性性;可有效防止发生电池单体的可有效防止发生电池单体的过过充充电电、过过放放电电、超超温
10、温和和过过流流问题。问题。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 现现有充放有充放电技术电技术-(基于端电压基于端电压)由于对电池的均衡性适应能力差;由于对电池的均衡性适应能力差;不能保证充放电过程中不发生单体不能保证充放电过程中不发生单体电池过充电、过放电、超温和过流问电池过充电、过放电、超温和过流问题;题;只能适应普通铅酸等非密封富液只能适应普通铅酸等非密封富液电池,不能用于新型动力锂电池。电池,不能用于新型动力锂电池。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 当前普遍存在当前普遍存在将将基于端电压基于端电压的现有充放电技术和设的现有充放电技术和设
11、备,用于动力锂电池组,备,用于动力锂电池组,导致发生部分单体电池严重导致发生部分单体电池严重过充电、过充电、过放电、过流和超温过放电、过流和超温问题。问题。是导致发生使用寿命缩短、甚至发生电是导致发生使用寿命缩短、甚至发生电池燃烧、炸裂等恶性事故的主要原因。池燃烧、炸裂等恶性事故的主要原因。锂电池组安全问题的致因:锂电池组安全问题的致因:PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 动力锂电池组动力锂电池组保证安全运行的有保证安全运行的有效途径效途径:采用适应动力锂电池特点的,采用适应动力锂电池特点的,新型成组应用技术和设备;新型成组应用技术和设备;建立适应动力锂电池特点的建立
12、适应动力锂电池特点的技术支撑环境。技术支撑环境。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 基于容量基于容量S.O.C是无助于锂电池安全管理的。是无助于锂电池安全管理的。以基于容量以基于容量S.O.C为重点的动力电池管理系统为重点的动力电池管理系统研究,缺乏可能成功的理论支持研究,缺乏可能成功的理论支持;作为学术上的探索,开展作为学术上的探索,开展S.O.C研究无可非议。研究无可非议。但以产业化为基本目标的动力电池系统产品研但以产业化为基本目标的动力电池系统产品研究,过度的究,过度的S.O.C 探索是否适宜值得商榷。探索是否适宜值得商榷。若过度偏向若过度偏向不可不可能能实现产
13、品化实现产品化的的S.O.C研究研究,可能浪费有限的宝贵资源和时间。可能浪费有限的宝贵资源和时间。值值得注得注意意的是的是PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 动力动力锂锂电池的电池的均衡性问题均衡性问题PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 动力电池的动力电池的均衡性是相对的、暂时的,非稳定的均衡性是相对的、暂时的,非稳定的提高电池组的均衡性,提高电池组的均衡性,有利于有效电量的提高;有利于有效电量的提高;但但无助于防止无助于防止发生过发生过充充电电和和过过放放电电问问题题。均衡性问题均衡性问题PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用
14、版本创建 适当提高均衡性技术指标要求,适当提高均衡性技术指标要求,对促进锂电池技术持续发展是必须对促进锂电池技术持续发展是必须的的但过高的均衡性技术指标要求,但过高的均衡性技术指标要求,会显著提高制造成本,反而会对推会显著提高制造成本,反而会对推广 应用和产业发展产生负面影响。广 应用和产业发展产生负面影响。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 不应将锂电池安全问题寄希望于不应将锂电池安全问题寄希望于提高均衡性。提高均衡性。而应着力于适应动力锂电池特点而应着力于适应动力锂电池特点的新型成组应用技术和设备研究。的新型成组应用技术和设备研究。对均衡性的要求应与时具进。对均衡
15、性的要求应与时具进。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 动力动力锂锂电池系统的电池系统的经济经济性性问题问题PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 对任何产品的经济性评估,对任何产品的经济性评估,不应仅关心制造成本和采购成本;不应仅关心制造成本和采购成本;而应从而应从全全生生命命周期周期的的经济性经济性进行评估进行评估。虽然锂电池的虽然锂电池的采购采购成本成本仍高于铅电池仍高于铅电池,但从但从全全生生命命周期周期经济性经济性评估,动力锂评估,动力锂电池系统已经具有显著优势。电池系统已经具有显著优势。PDF 文件使用 pdfFactory Pro
16、试用版本创建 动力动力锂锂电池与电池与VRLA经济经济性性比较比较(1)项目项目单位单位锰酸锂动力电池铅酸水平电池锰酸锂动力电池铅酸水平电池单 价(批量)单 价(批量)元元/Wh4.0/272%1.47/100%电池系统价格电池系统价格万元万元/160KW.h64.0/367%23.5/100%已取得试验数据已取得试验数据万公里万公里已超过3万公里300%1万公里/100%可行驶里程可行驶里程万公里万公里15/1500%1/100%单单位位购置购置成成本本元元/公里公里约4.27/18%23.50/100%系统重量系统重量吨吨2/33%6/100%相相对对载荷损失载荷损失吨吨0/100%4/0
17、%以上为以上为2006年以前的数据。年以前的数据。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 动力动力锂锂电池电动汽车电池电动汽车经济经济性性评估评估(2)以以XXX电动汽车为例:电动汽车为例:基本数据(基本数据(2008年4月前):):采用动力锂电池系统和电池租赁模式;采用动力锂电池系统和电池租赁模式;假设电动汽车与燃油汽车等价;假设电动汽车与燃油汽车等价;采用采用20kw.h/100AH磷酸铁锂电池系统;磷酸铁锂电池系统;电池工况循环寿命电池工况循环寿命1200次次(厂家:(厂家:2000)电池价格电池价格:9元/AH,(2.81元/wh)电动车能耗电动车能耗:10kwh
18、/100公里PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 分析数据分析数据:寿命期内提供总电量寿命期内提供总电量:17280kw.h寿命期内可行驶寿命期内可行驶:17.28万公里万公里分析取值分析取值(90%):15.50km(一年半一年半)电池价格电池价格(不含不含BMS):5.67万元百公里电池摊销费百公里电池摊销费:36.60元元/百公里百公里百公里充电成本百公里充电成本:4.00元元/百公里百公里每每百公里百公里直直接接动力成动力成本本:40.60元元/百公里百公里PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 项项目目电动汽车电动汽车免税价当前油价免税价
19、当前油价油价油价到到位位863目标目标百公里能耗百公里能耗10 kwh10kwh约约5公升公升约约5公升公升10kwh单价单价2.81元元/Wh2.81元元/Wh5.68元元/公升公升8.00元元/公升公升2.00元元/kwh电池摊消和充电电池摊消和充电40.60元元/100km40.60元元/100km-26.01元元/100km银行利息银行利息(10%)4.60元元免息免息002.60元元利润利润(5%)2.30元元1.50001.30元元税收税收(5.5%)2.23元元免税免税001.43元元百公里能耗费用百公里能耗费用49.73元元42.10元元28.40元元40.00元元31.34元
20、元与当前油价比与当前油价比175%148%100%-110%与与到到位油价位油价比比124%105%-100%78%燃燃有有车与电动车的车与电动车的经济经济性性对对比比说明说明:磷酸铁锂电池磷酸铁锂电池9元元/AH(2.81元元/wh),有望有望8元元/AH(2.50元元/wh)出租车每年行驶约出租车每年行驶约10万公里万公里,15万公里约万公里约1年半年半,贷款利息预计贷款利息预计10%石油价格以国际油价每桶石油价格以国际油价每桶100美元估计,美元估计,2008年年5月月19日以达到日以达到127$新高新高PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 结结论论性性观观点点:
21、1、成组应用技术和设备不适应动力锂电池特点,是、成组应用技术和设备不适应动力锂电池特点,是成组动力锂电池安全性下降和使用寿命缩短的主成组动力锂电池安全性下降和使用寿命缩短的主要原因;要原因;2、当前铅酸电池采购价格仍低于动力锂电池;但从、当前铅酸电池采购价格仍低于动力锂电池;但从全生命周期分析,动力锂电池的经济性已具有显全生命周期分析,动力锂电池的经济性已具有显著优势。著优势。4、铅酸电池与锂电池比,运能损失约、铅酸电池与锂电池比,运能损失约100%;PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 5、当前应、当前应以防止发生过充电、过放电、超温和过流为目标;以防止发生过充电、过
22、放电、超温和过流为目标;以动力锂电池成组应用技术和设备研究基为础;以动力锂电池成组应用技术和设备研究基为础;以系统集成为重点;以系统集成为重点;着力于动力锂电池综合管理系统研究。着力于动力锂电池综合管理系统研究。结结论论性性观观点点:PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 二二、新型动力新型动力锂锂电池电池成成组应用组应用技术技术和设和设备研究备研究最最新进展新进展PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 最优技术路线最优技术路线研究新型成组应用技术和设备;研究新型成组应用技术和设备;构建适应动力锂电池特点的成组应用技术构建适应动力锂电池特点的成组应用
23、技术环境(综合管理系统);环境(综合管理系统);通过对充、放电过程实施有效管理;通过对充、放电过程实施有效管理;确保不发生确保不发生过过充充电电、过过放放电电、超超温温和和过过流流保障电池系统安全、经济、高效地运行。保障电池系统安全、经济、高效地运行。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 研究适应动力锂电池的成组应用新技术研究适应动力锂电池的成组应用新技术和新设备;和新设备;实现包括:实现包括:动力电池系统、新型充电系统(广义)、动力电池系统、新型充电系统(广义)、新型放电系统(广义)和维护管理系统新型放电系统(广义)和维护管理系统以标准化动力电池模块为基础的以标准化动
24、力电池模块为基础的系统系统集集成成。主要内容主要内容PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 对当前研究工作的看法对当前研究工作的看法1、过度注重、过度注重S.O.C估计技术探索和提高采样精度,估计技术探索和提高采样精度,弱化甚至忽略了弱化甚至忽略了以以安全安全为首为首要要目目标的充放电标的充放电“管理管理”是是重重点点;2、研究目的和目标模糊,认识的统一还有待实践的、研究目的和目标模糊,认识的统一还有待实践的检验的较长过程。检验的较长过程。(重效果且无轻信宣传)。(重效果且无轻信宣传)。3、系统集成概念淡薄,仍停留在单元技术探索阶段、系统集成概念淡薄,仍停留在单元技术探索
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- 动力 锂电池 综合 管理 系统 机械 科学研究
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