电池产品结构设计培训--储能动力2016-2-24

1、封 面,电池产品结构设计基础 储能电池,1,1,1,Pack 研发处-结构设计部 肖孔武,1,2,3,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,Content,锂离子动力与储能电池成组机理+PACK技术,4,锂离子动力与储能电池案列分析,1,锂离子动力与储能电池介绍,动 力 储 能 电 池,燃料电池 氢能动力 二次电池 锂离子电池 超级电容器 储能电池,锂 离 子 电 池,传统领域,发展趋势,发展趋势,锂离子动力与储能电池介绍,新能源产业储能(动力)电池,电动汽车,电动摩托车,军用电源,能源空间上移动,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能电池！,E-bike,0,50,200,town,Big city,Inter-city,BEV,Subway,E- bus,E-Railway,Airline,Waterway,Micro EV,E- bus,km,Industry Prospect of Chinese New Energy Vehicle,E-bike,E-bike,锂离子动力与储能电池介绍,Prius,电 动 汽 车,锂

2、离子动力电池,核心电源,磷酸铁锂,正极材料,关键,瓶颈,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 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,大功率锂电池,2,锂离子动力与储能电池类型介绍,1.动力大巴电池 2.小型动力电池 3.储能基站电池 4.E-Bake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,1.动力大巴电池介绍,使用电芯圆柱32650电芯,1.动力大巴电池介绍,使用电芯方形电芯,2.小型动力电池介绍,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.储能基站电池介绍,应用：电网、通信、家用（小型）,电池组成结构,综合电池模组,2019/7/16,20,特征,符合 ETSI 标准的机架式设计 内置电池管理系统 提供全面的通信功能（RS485） 与标准电信设备兼容,优势,运行可靠性高 长使用寿命 最佳的管理策略 与标准电信设备兼容,外观,ETSI19 寸，1U 标准式机架设计 可安装于标准通信机架上,通信,通信接口（RJ45、RJ11），故障报警，RS485用于模块间级联通信，

3、R232用于模块与客户主机通信（电流、电压、温度等）,M-U1A1-10E 通信后备电池,2019/7/16,21,特征,符合 ETSI 标准的机架式设计 内置电池管理系统 提供全面的通信功能（RS485） 与标准电信设备兼容,优势,运行可靠性高 长使用寿命 最佳的管理策略 与标准电信设备兼容,外观,ETSI19 寸，2U 标准式机架设计 可安装于标准通信机架上,通信,通信接口（RJ45、RJ11），故障报警，RS485用于模块间级联通信，R232用于模块与客户主机通信（电流、电压、温度等）,MC-4840LFP-U2A1 通信后备电池,22,特征,符合 ETSI 标准的机架式设计 内置电池管理系统 提供全面的通信功能（RS485） 与标准电信设备兼容,优势,运行可靠性高 长使用寿命 最佳的管理策略 与标准电信设备兼容,外观,ETSI19 寸，3U 标准式机架设计 可安装于标准通信机架上,通信,通信接口（RJ45、RJ11），故障报警，RS485用于模块间级联通信，R232用于模块与客户主机通信（电流、电压、温度等）,MC-4850LFP-U3A1 通信后备电池,4.E-Bike电池介

4、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,锂离子动力与储能电池成组机理+PACK技术,电池组成机理 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（如附图所示）；,以32650 5AH电池为演讲实例； 单体电池基本参数： 型号：32650 电压：3.2V 容量：5AH 能量：16WH 内阻: 8m,N个电池串联特性 总电压为N个电池电压之和： V总=N3.2V 总容量保持不变以32650 5AH电池为演讲实例；,单个电池容量 ：Q总=5AH,总能量为N个电池能量之和： W总=N16WH,总内阻为N个电池内阻之和： R总=N 8m,二.N个电池并联特性： 总电压为单个电池电压： V总=3.2 V 总容量为N个单体电池容量之和： Q总=N 5AH 总能量为N个电池能量之和： W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： R总= R1+R2+RN (总内阻趋于零） (8m)N,三.电池模组串并联原理： 1.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）。 2.电池模组

5、定义：由N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： 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（BMS）及正极、负极、信号导出端子，并可自由充放电的电池模组。,*小结：无论N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: 1.总电压为N个串联单体电池电压之和； V总=N3.2V 2.总容量为N个并联单体电池容量之和： Q总=N 5A 3.总能量为串并联中所有单体电池能量之和； W总=N16WH 4.总电阻为串联模组电阻与模组之间联接内阻之和； R总= R串+ R联,四. 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： 电压一致； 循环寿命一致； 容量一致； 自放电一致； 带电量一致； 内阻一致； 放电平台一致； 恒流比一致；,*电压一致： 1. 串联电路

6、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。但互相压差过大，将融断保险丝（PCB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BMS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。,*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风险。,*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， 过放现象。,*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，而内阻不一致将造成纯电池充放电不同步。,五.不同串、并联电路充放电条件的一致性要求： 1.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； 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，电流过流也大，电池温升高，易过充过放，易老化，易损坏。,六.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、防水、防尘、防漏电、热控制的使用功能。,1.防震： 车载

7、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，设计上用防震来消除这种影响；,2.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： 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；,4.电池热控制： *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；60以上，电池内部 温度远大于60，电池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风扇来给电池包进行恒温保障。,七.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.PCB板工作机理： PCB板并联模块与钢板并联模块性能对比：,*.小结： 结构特点：纵向串联，横向并联； 导电特

8、点：纵向过流，横向均衡与保护； 控制特点：六个一致。,PACK技术,一、PACK技术结构特性,牢 固 性：,抗 震 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 电 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 热 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、PACK技术-纵向过流 横向保护,第一代结构,第二代结构,*第二代结构独有的纵向过流、横向保护功能，保护每一个单体电池,三、PACK技术-PCB板均衡,首创PCB板并联连接板，具有“横向均衡、纵向过流”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,PCB 均衡板原理图,四、PACK技术-不起火 不爆炸,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。,五、PACK技术-均匀电流分布,* 均匀电流分布-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寿命短的问题,十一、不同温度放电性能：,十二、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.锂离子动力与储能电池案列分析,汽车大巴电池,小型汽车电池,储能电池,E-Bike电池,48,48,48,Thank You！,

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