电池产品结构设计培训-储能动力.ppt

封封 面面 电池池产品品结构构设计基基础 储能能电池池1 1 1Pack 研发处研发处-结构设计部结构设计部 肖肖孔武孔武1 12 23 3锂离子动力与储能电池介绍锂离子动力与储能电池介绍锂离子动力与储能电池类型介绍锂离子动力与储能电池类型介绍ContentContent锂离子动力与储能电池成组机理锂离子动力与储能电池成组机理+PACK+PACK技术技术4 4锂离子动力与储能电池案列分析锂离子动力与储能电池案列分析1 1锂离子动力与储能电池介绍锂离子动力与储能电池介绍动动动动 力力力力 储储储储 能能能能 电电电电 池池池池1.燃料电池燃料电池 氢能动力氢能动力2.二次电池二次电池 锂离子电池锂离子电池3.超级电容器超级电容器 储能电池储能电池燃料电池燃料电池二次电池二次电池超级电容器超级电容器能量类型能量类型化学能电能化学能电能能量传送能量储存与转换能量储存与转换开放系统密闭系统电双层应用应用潜在(商用电源、电动车、发电)广泛(电子器件、电动车等)潜在(电动车等)大型化大型化电电 动动 汽汽 车车电动自行车电动自行车太阳能发电太阳能发电动力电池动力电池锂锂离离子子电电池池储能电池储能电池风风 力力 发发 电电小型电池小型电池电电 子子 电电 器器手手 机机 通通 讯讯传统领域传统领域发展趋势发展趋势发展趋势发展趋势航航 空空 航航 天天锂离子动力与储能电池介绍锂离子动力与储能电池介绍新能源产业储能新能源产业储能(动力动力)电池电池风能光能电网瞬时性、流动性瞬时性、流动性能能源源时时间间上上移移动动电动汽车电动摩托车军用电源能能源源空空间间上上移移动动动力和储能电池动力和储能电池发展新能源产业必须大力发展高安全、长寿命、高能量密度的动力和储发展新能源产业必须大力发展高安全、长寿命、高能量密度的动力和储能电池！能电池！E-bike050200town Big cityInter-cityBEV SubwayE-busE-RailwayAirlineWaterwayMicro EVE-buskmIndustry Prospect of Chinese New Energy VehicleE-bikeE-bike锂离子动力与储能电池介绍锂离子动力与储能电池介绍Prius电电电电 动动动动 汽汽汽汽 车车车车锂离子动力电池锂离子动力电池核心核心电源电源磷酸铁锂磷酸铁锂正极正极材料材料关关键键瓶瓶颈颈铅酸电池铅酸电池镍氢电池镍氢电池钴酸锂钴酸锂锰酸锂锰酸锂类别类别安全安全 性能性能比容量比容量mAh/g循环寿循环寿命命/次次电压电压 平台平台材料成材料成本本所占成所占成本比重本比重适合领域适合领域钴酸锂差差 1455003.6高高40%中小型移动电池中小型移动电池锰酸锂较好较好105 5003.7低低25%对体积不敏感的对体积不敏感的中型动力电池中型动力电池三元素较好较好160 8003.6较高较高33%中小型号动力电中小型号动力电池池磷酸铁锂很好很好 150 15003.2低廉低廉25%对体积不敏感的对体积不敏感的大型动力电源大型动力电源几种正极材料应用优劣势比较几种正极材料应用优劣势比较 磷酸铁锂材料最适合制作大型动力电池磷酸铁锂材料最适合制作大型动力电池已成为世界各国竞相研究和开发的重要方向！已成为世界各国竞相研究和开发的重要方向！锂离子动力与储能电池锂离子动力与储能电池大功率锂电池大功率锂电池安全性好安全性好成本低成本低寿命长寿命长无污染无污染2 2锂离子动力与储能电池类型介绍锂离子动力与储能电池类型介绍1.1.动力大巴电池动力大巴电池2.2.小型动力电池小型动力电池3.3.储能基站电池储能基站电池4.E-Bake4.E-Bake电池电池应用：城市公交、观光大巴、小型巴士1.动力大巴电池介绍动力大巴电池介绍1.动力大巴力大巴电池介池介绍使用电芯圆柱32650电芯1.动力大巴力大巴电池介池介绍使用电芯方形电芯2.小型动力电池小型动力电池介绍介绍小型轿车、割草机、高尔夫球车等使用集合物（三元）电芯17使用18650电芯电芯3.储能基站能基站电池介池介绍应用：电网、通信、家用（小型）电池池组成成结构构综合电池模组2024/4/19 周周五五20特征特征符合符合 ETSI ETSI 标准的机架式设计标准的机架式设计 内置电池管理系统内置电池管理系统提供全面的通信功能（提供全面的通信功能（RS485RS485）与标准电信设备兼容与标准电信设备兼容 优势优势运行可靠性高运行可靠性高 长使用寿命长使用寿命 最佳的管理策略最佳的管理策略 与标准电信设备兼容与标准电信设备兼容 外观外观ETSI19 ETSI19 寸，寸，1U 1U 标准式机架设计标准式机架设计 可安装于标准通信机架上可安装于标准通信机架上通信通信通信接口（通信接口（RJ45RJ45、RJ11RJ11），故障报警，），故障报警，RS485RS485用于用于模块间级联通信，模块间级联通信，R232R232用于模块与客户主机通信（电用于模块与客户主机通信（电流、电压、温度等）流、电压、温度等）M-U1A1-10E M-U1A1-10E 通信后备电池通信后备电池2024/4/19 周周五五21特征特征符合符合 ETSI ETSI 标准的机架式设计标准的机架式设计 内置电池管理系统内置电池管理系统提供全面的通信功能（提供全面的通信功能（RS485RS485）与标准电信设备兼容与标准电信设备兼容 优势优势运行可靠性高运行可靠性高 长使用寿命长使用寿命 最佳的管理策略最佳的管理策略 与标准电信设备兼容与标准电信设备兼容 外观外观ETSI19 ETSI19 寸，寸，2U 2U 标准式机架设计标准式机架设计 可安装于标准通信机架上可安装于标准通信机架上通信通信通信接口（通信接口（RJ45RJ45、RJ11RJ11），故障报警，），故障报警，RS485RS485用于用于模块间级联通信，模块间级联通信，R232R232用于模块与客户主机通信（电用于模块与客户主机通信（电流、电压、温度等）流、电压、温度等）MC-4840LFP-U2A1 MC-4840LFP-U2A1 通信后备电池通信后备电池22特征特征符合符合 ETSI ETSI 标准的机架式设计标准的机架式设计 内置电池管理系统内置电池管理系统提供全面的通信功能（提供全面的通信功能（RS485RS485）与标准电信设备兼容与标准电信设备兼容 优势优势运行可靠性高运行可靠性高 长使用寿命长使用寿命 最佳的管理策略最佳的管理策略 与标准电信设备兼容与标准电信设备兼容 外观外观ETSI19 ETSI19 寸，寸，3U 3U 标准式机架设计标准式机架设计 可安装于标准通信机架上可安装于标准通信机架上通信通信通信接口（通信接口（RJ45RJ45、RJ11RJ11），故障报警，），故障报警，RS485RS485用于用于模块间级联通信，模块间级联通信，R232R232用于模块与客户主机通信（电用于模块与客户主机通信（电流、电压、温度等）流、电压、温度等）MC-4850LFP-U3A1 MC-4850LFP-U3A1 通信后备电池通信后备电池4.E-Bike电池介池介绍应用：电动摩托车、电动自行车、脚踏车使用18650电芯电芯使用三元集合物电芯3 3锂离子动力与储能电池成组机理锂离子动力与储能电池成组机理+PACK+PACK技术技术 电池组成机理电池组成机理一、电池成组概述：一、电池成组概述：电池成组是由单体电池通过串联方式或并联方式成组而成的电池组模块（如附图所电池成组是由单体电池通过串联方式或并联方式成组而成的电池组模块（如附图所示）；示）；以以32650 5AH电池为演讲实例；电池为演讲实例；单体电池基本参数：单体电池基本参数：型号：型号：32650 电压：电压：3.2V 容量：容量：5AH 能量：能量：16WH 内阻内阻:8m-N个电池串联特性个电池串联特性总电压为总电压为N个电池电压之和：个电池电压之和：V总总=N3.2V 总容量保持不变以总容量保持不变以32650 5AH电池为演讲实例；电池为演讲实例；单个电池容量单个电池容量：Q总总=5AH总能量为总能量为N个电池能量之和：个电池能量之和：W总总=N16WH 总内阻为总内阻为N个电池内阻之和：个电池内阻之和：R总总=N 8m二二.N个电池并联特性：个电池并联特性：总电压为单个电池电压：总电压为单个电池电压：V总总=3.2 V 总容量为总容量为N个单体电池容量之和：个单体电池容量之和：Q总总=N 5AH 总能量为总能量为N个电池能量之和：个电池能量之和：W总总=N16WH 总内阻为各单体电池内阻之积比各单体电池内阻之和：总内阻为各单体电池内阻之积比各单体电池内阻之和：R总总=R1+R2+RN (总内阻趋于零）总内阻趋于零）(8m)N三三.电池模组串并联原理：电池模组串并联原理：1.电池模块定义：以电池模块定义：以N个电池并联所形成的一个基本结构体（如附图一所示）。个电池并联所形成的一个基本结构体（如附图一所示）。2.电池模组定义：由电池模组定义：由N个电池模块串联所形成的结构体（如附图二所示）个电池模块串联所形成的结构体（如附图二所示）。图一图二3.电池包定义：电池包定义：根据客户的需求，由电池模组组成且安放于具有防震、防水、防尘、防漏电等功能根据客户的需求，由电池模组组成且安放于具有防震、防水、防尘、防漏电等功能的箱体上的结构体，配有电池管理系统（的箱体上的结构体，配有电池管理系统（BMS）及正极、负极、信号导出端子及正极、负极、信号导出端子，并可自并可自由充放电的电池模组。由充放电的电池模组。*小结：无论小结：无论N个电池串联还是个电池串联还是N个电池并联所构成的电池模组，其电性能特性可总结如下个电池并联所构成的电池模组，其电性能特性可总结如下:1.总电压为总电压为N个串联单体电池电压之和；个串联单体电池电压之和；V总总=N3.2V 2.总容量为总容量为N个并联单体电池容量之和：个并联单体电池容量之和：Q总总=N 5A 3.总能量为串并联中所有单体电池能量之和；总能量为串并联中所有单体电池能量之和；W总总=N16WH 4.总电阻为串联模组电阻与模组之间联接内阻之和；总电阻为串联模组电阻与模组之间联接内阻之和；R总总=R串串+R联联四四.八个一致性对电池模组充放电的影响：八个一致性对电池模组充放电的影响：由于各单体电池在电压、容量、带电量、内阻、放电平台、恒流比这八个方面存在由于各单体电池在电压、容量、带电量、内阻、放电平台、恒流比这八个方面存在相异性，故由各单体电池组成的电池模组在充放电时各单体电池充放速率不能同步一致，相异性，故由各单体电池组成的电池模组在充放电时各单体电池充放速率不能同步一致，会缩短整个电池模组使用寿命。所以必须经过分容处理，使同一模组单体电池具有：会缩短整个电池模组使用寿命。所以必须经过分容处理，使同一模组单体电池具有：电压一致；电压一致；循环寿命一致；循环寿命一致；容量一致；容量一致；自放电一致；自放电一致；带电量一致；带电量一致；内阻一致；内阻一致；放电平台一致；放电平台一致；恒流比一致；恒流比一致；*电压一致：电压一致：1.串联电路电压不一致，会造成过充和过放，管理器无法对电池系统进行控制；串联电路电压不一致，会造成过充和过放，管理器无法对电池系统进行控制；2.并联电路电压不一致，电池互相之间进行充放电均衡，直到互相电压一致为止。但互相并联电路电压不一致，电池互相之间进行充放电均衡，直到互相电压一致为止。但互相压差过大，将融断保险丝（压差过大，将融断保险丝（PCB板结构），保险丝充许压差板结构），保险丝充许压差0.6V；3.串联模块之间产生压差过大，只能通过串联模块之间产生压差过大，只能通过BMS主动均衡解决，严重时，售后要进行人工主动均衡解决，严重时，售后要进行人工充放电或将故障电池挑出。充放电或将故障电池挑出。*容量一致：容量一致：容量不一致是造成电压不一致的主要原因，在充放电过程中一定会造成过充过放的容量不一致是造成电压不一致的主要原因，在充放电过程中一定会造成过充过放的风险。风险。*带电量一致：带电量一致：即使电池容量一致，但如果带电量不一致，也会造成过充，即使电池容量一致，但如果带电量不一致，也会造成过充，过放现象。过放现象。*内阻一致：内阻一致：每一个单体实物电池理论上可分拆为两部分：纯电池和内阻，而内阻不一致将造每一个单体实物电池理论上可分拆为两部分：纯电池和内阻，而内阻不一致将造成纯电池充放电不同步。成纯电池充放电不同步。五五.不同串、并联电路充放电条件的一致性要求：不同串、并联电路充放电条件的一致性要求：1.如下附图：如下附图：A组中两串联组组成的电池模组两端联线长度相等，充放电一致；组中两串联组组成的电池模组两端联线长度相等，充放电一致；B组中两端联接线长度不相等，则上面一串电池充放电均比下面电池要快，电组中两端联接线长度不相等，则上面一串电池充放电均比下面电池要快，电流过流也大，电池温升高，易过充过放，易老化，易损坏。流过流也大，电池温升高，易过充过放，易老化，易损坏。六六.电池包控制：电池包控制：为确保电池包能跟使用环境进行良好的匹配，工程师在设计使用过程中，须使电池包具有：防震为确保电池包能跟使用环境进行良好的匹配，工程师在设计使用过程中，须使电池包具有：防震、防水、防尘、防漏电、热控制的使用功能。、防水、防尘、防漏电、热控制的使用功能。1.防震：防震：车载电池包的使用环境，随着路况的复杂多变而出现颠簸、瞬间启停的情况多有发生，这车载电池包的使用环境，随着路况的复杂多变而出现颠簸、瞬间启停的情况多有发生，这种情况会对电池包中各单体电池间的连接结构产生不同方向的扭切力冲击破坏，设计上用防震种情况会对电池包中各单体电池间的连接结构产生不同方向的扭切力冲击破坏，设计上用防震来消除这种影响；来消除这种影响；2.防水、防尘：防水、防尘：水份进入电池包会造成电池包短路；粉尘进入电池包长期堆积会引起电池包短路会引起水份进入电池包会造成电池包短路；粉尘进入电池包长期堆积会引起电池包短路会引起金属材料的腐蚀，故开放式电池箱体设计须定期清理灰尘；金属材料的腐蚀，故开放式电池箱体设计须定期清理灰尘；3.防漏电：防漏电：电池箱体导电系统跟箱体（电池箱体一般都采用金属材料设计）要采用绝缘设计；电池箱体导电系统跟箱体（电池箱体一般都采用金属材料设计）要采用绝缘设计；电池导电系统一旦跟箱体接触，将造成没法意料的严重后果；电池导电系统一旦跟箱体接触，将造成没法意料的严重后果；4.电池热控制：电池热控制：*磷酸铁锂电池正常工作温度范围：磷酸铁锂电池正常工作温度范围：060 零度以下电池充放电性能下降，要给电池组保温；零度以下电池充放电性能下降，要给电池组保温；60以上，电池内部以上，电池内部 温度远大于温度远大于60，电池电池隔膜有被熔化变形风险。隔膜纸材料为聚丙烯（隔膜有被熔化变形风险。隔膜纸材料为聚丙烯（PP）110开始熔化。公司现用电阻加热丝和降温开始熔化。公司现用电阻加热丝和降温风扇来给电池包进行恒温保障。风扇来给电池包进行恒温保障。七七.故障电池更换基本技术要求：故障电池更换基本技术要求：以六个一致为指导原则，其中带电量一致只能在操作现场进行调节，更换某一以六个一致为指导原则，其中带电量一致只能在操作现场进行调节，更换某一支电池或某一模块电池，其带电量必须和其它电池带电量一致支电池或某一模块电池，其带电量必须和其它电池带电量一致。八八.PCB板工作机理：板工作机理：PCB板并联模块与钢板并联模块性能对比：板并联模块与钢板并联模块性能对比：*.小结：小结：结构特点：纵向串联，横向并联；结构特点：纵向串联，横向并联；导电特点：纵向过流，横向均衡与保护；导电特点：纵向过流，横向均衡与保护；控制特点：六个一致。控制特点：六个一致。PACK技术技术一、一、PACK技术结构特性技术结构特性牢牢 固固 性：性：抗抗 震震 性：性：单体电池正负极焊接螺纹铜柱,用螺母紧固连接，牢固性强按GB/T 2423.10中规定测试电池组的抗机械振动,试验后电池组没有机械损坏、没有变形和紧固部位的松动现象。电池组完好，无损伤。导导 电电 性：性：螺母紧固连接部位进行阻抗测试，阻值较小，可以进行大电流导电。电池进行串并联，内阻影响小。通过电池组的大电流充放电，这一点也得到验证散散 热热 性：性：同大电池（如几十安时，上百安时）相比，小电池组合结构，间隙分布均匀，散热效果好。二、二、PACK技术技术-纵向过流 横向保护第一代结构第一代结构第二代结构第二代结构*第二代结构独有的纵向过流、横向保护功第二代结构独有的纵向过流、横向保护功能，保护每一个单体电池能，保护每一个单体电池三、三、PACK技术技术-PCB板均衡首创首创PCBPCB板并联连接板，具有板并联连接板，具有“横向均衡、纵向过流横向均衡、纵向过流”功能同时具备并联单体电芯功能同时具备并联单体电芯保护功能，已申请国际发明专利保护功能，已申请国际发明专利PCB PCB 均衡板均衡板原理图原理图四、四、PACK技术技术-不起火 不爆炸针刺试验针刺试验大量圆柱形电池并联时，一旦某单体电池发生安全故障，整体模块安全性得到保证。验证方法：对整组模块，进行钉刺实验，电池组模块不爆炸、不起火。只是单验证方法：对整组模块，进行钉刺实验，电池组模块不爆炸、不起火。只是单支电池由于刺破，受损，温度升高，整组电池保持完好。经检验，保险丝熔断，支电池由于刺破，受损，温度升高，整组电池保持完好。经检验，保险丝熔断，起到保护作用。起到保护作用。五、五、PACK技术技术-均匀电流分布*均匀电流分布均匀电流分布-对角连接设计对角连接设计此种连接方式，让所有电池在同一条件下，同时充放电，使不会造成电池反击及此种连接方式，让所有电池在同一条件下，同时充放电，使不会造成电池反击及寿命短的问题寿命短的问题 十一、不同温度放电性能：十一、不同温度放电性能：十一、不同温度放电性能：十一、不同温度放电性能：十二、十二、十二、十二、电芯成组控制标准电芯成组控制标准“八个一致”自放电一致性电压一致性循环寿命一致性 内阻一致性 容量一致性 平台一致性 恒流比一致性 带电量一致性单体把关并联模块把关成型电池把关4.4.锂离子离子动力与力与储能能电池案列分析池案列分析汽车大巴电池小型汽车电池储能电池E-Bike电池484848Thank You！