新动力电池面临的挑战

2013-04-28 16:25:07   来源:   评论:0   点击:   [收藏]

  1.新动力电池开发面临的技术难题  电动汽车用动力蓄电池的成本一般都很高,蓄电池运行中需要维护,寿命期满后需要更换和回收。目前国内动力蓄电池主要存在的问题:  (1)动力蓄电池安全性能没有彻底解决...

  1.新动力电池开发面临的技术难题

  电动汽车用动力蓄电池的成本一般都很高,蓄电池运行中需要维护,寿命期满后需要更换和回收。目前国内动力蓄电池主要存在的问题:

  (1)动力蓄电池安全性能没有彻底解决。大多数厂家的动力蓄电池均带有安全阀装置,但经过测试表明,安全阀在达到一定压力时会喷出大量液体,但喷出的液体对整个蓄电池组的影响还有待研究。

  (2)动力蓄电池的一致性有待提高。目前,大多数蓄电池组在出厂前都进行了很好的性能匹配,但在使用一段时间后,蓄电池组的分散较为严重,一致性变差。主要原因是国产动力蓄电池生产工艺自动化程度不高,人为因素影响较大;其次是原材料的控制不够严格。

  (3)蓄电池管理系统与动力蓄电池的匹配性问题。应避免由于蓄电池管理系统出现问题而导致的动力蓄电池安全隐患及蓄电池一致性变差。

  (4)研发技术实力和实验测试条件较弱。尽管动力蓄电池建厂的投入很大,但真正投入到技术研发和先进实验设备上的却很少。

  (5)电动汽车蓄电池成组技术有待提高。在成组过程中,不仅需要单体电池性能匹配,还需考虑连接线走线美观,电器件连接合理,蓄电池组维修方便等。

  (6)动力蓄电池厂家没有自己的技术和研发实力,通过模仿国内或国外其他厂家蓄电池的生产工艺和外形设计,知其然不知其所以然。

  (7)蓄电池成本依然较高。

  (8)目前动力车蓄电池还没有一个明确的国家检验标准或行业标准。

  (9)我国动力蓄电池生产设备比较落后,很多企业将注意力放在材料上,忽略了制造设备的研究和改善。

  2.应对挑战的思路

  我们目前最主要的问题是“怎么把蓄电池做好?”

  (1)关键性能决定系统安全性

  不同应用对蓄电池系统有不同的要求,电动汽车动力、储能应用的基本要求是:大容量、高电压、可适应恶劣环境、要求寿命长等。诺莱特科技(苏州)有限公司技术总监吴晓东博士认为,对于大容量、高电压系统,安全性能要成为首要的考虑因素,但这个问题的解决面临很大的挑战。首先,隔膜的热关闭机制在一定程度上起了高温防护作用,但这种作用很有限。隔膜的热关闭能阻止蓄电池在高温下进一步反应,但关闭温度超过130℃,已经接近可以引发进一步化学反应的条件,同时隔膜会在稍高温度下发生破裂,从而引起正负极直接接触而短路。同时,即使是隔膜上的一个细小缺陷,也将引起整个蓄电池出现问题,而这种微小缺陷在入料时几乎不可能检验出来。由于锂离子蓄电池用的粉末电极,以及极片需要裁切,锂离子蓄电池生产过程的颗粒和边缘毛刺实际上是很难彻底解决的。除了材料级的安全性外,还需考虑单体电池的设计安全性、蓄电池组设计的安全性、生产过程的安全性以及应用过程的安全性。在串充串放的管理电路机制下,蓄电池组的性能将由组成蓄电池组中最差的单体电池的性能决定。单体电池的一致性不仅仅是指单体电池出厂时的一致性,更是指单体电池在使用全过程中的一致性,同时要求单体电池的核电态的保持能力也要尽可能的一致。

  哈尔滨冠拓电源设备有限公司副总经理方英民先生认为,要保证蓄电池组在使用过程中的安全性,充分发挥蓄电池的性能,延长电动汽车的续驶里程,需要蓄电池均衡技术。这里需要特别指出内均衡技术。内均衡技术是在对串联蓄电池单体电池充电的过程中,通过调节充电电流和控制充电电压,使得蓄电池组中各单体电池荷电量基本一致的一种充电均衡技术。其优点是蓄电池组不需要外接均衡装置;均衡效果明显;对蓄电池无伤害,不影响寿命。假设两只单体电池的荷电量相同,但容量不同,通过内均衡技术,经过多次充放循环后,两只单体电池充电结束时的荷电量都能接近100%。唯一的问题是如果蓄电池的荷电量相差很大,需要较长的时间才能均衡。

  清华大学新型能源与材料化学研究室主任何向明博士表示,动力蓄电池的安全性问题将影响其市场命运。对于机械的挤压、针刺,电的短路、火烧,热的热箱、火烧都称之为滥用安全性,这种安全性是可以预测的,可以通过测试进行评估,通过采取保护措施进行改善。而因为制造瑕疵引起的相关连接问题、隔膜损坏、粉尘,以及引起过热与热失控等称为现场安全性,该安全性是不可预测的,按随机小概率发生,无法通过测试进行评估,也不能通过质量管理来完全消除,目前所有的安全性措施均不能完全消除理离子蓄电池的安全隐患。希望“十二五”结束时,这个问题能在一定程度上得到的解决。

  (2)质量控制有效提高制造质量

  电动汽车蓄电池质量的好坏需要在蓄电池自身生产工艺过程中解决。深圳市吉阳自动化科技有限公司提出了制造质量闭环的概念,即将产品在设计阶段和工艺工程化阶段、生产阶段、销售阶段和售后服务阶段出现的故障,通过自定义的企业内部工作流程形成闭环。该闭环平台能有效地收集产品各个阶段的质量信息,从而实现产品质量控制。锂离子蓄电池制造质量闭环的意义在于获得稳定的制造质量,保持质量的一致性,控制不安全因素,发现制造过程中的问题,防止制造过程中的疏漏。质量闭环又分成:工序内部环、局部闭环和整体闭环。

  工序内部环实质是现场实时控制,主要包括控制自动加料配比、涂布厚度、叠片边沿CCD自动对齐度、组装尺寸、焊接质量和智能闭环化成等。该环节可以有效控制SEI膜的生产,达到均匀、致密、高效化成。局部控制环实质是事后检查,对CCD缺陷、自动称重、装配精度及注液称重进行检查。整体闭环是一种成品的分选,包括容量测试、内阻测试、自放电测试、倍率特性测试、高低温蓄电池性能测试和MRI锂离子迁移监控测试等。

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