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混合動(dòng)力車和插電式混合動(dòng)力車對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的要求

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:294次  |  2023年10月19日  

汽車(HEV)保有量不斷新增,從乘用車到公共交通領(lǐng)域,均已實(shí)現(xiàn)批量應(yīng)用。


1997年問世的豐田普瑞斯混合動(dòng)力轎車目前全球累計(jì)銷量達(dá)287萬(wàn)輛;混合動(dòng)力公交客車也已在倫敦、巴塞羅那等歐洲城市運(yùn)營(yíng);在國(guó)內(nèi)公共交通領(lǐng)域,混合動(dòng)力公交客車在各示范運(yùn)營(yíng)城市的保有量已占到"十城千輛工程"示范車輛總量的85%以上。


混合動(dòng)力汽車可使用更小排量的發(fā)動(dòng)機(jī),在汽車怠速等情況下關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī),采用電池或電容作為儲(chǔ)能單元回收制動(dòng)能量,更加有效地提高燃油經(jīng)濟(jì)性;和純電動(dòng)汽車相比,電機(jī)功率較小,可以減少車載動(dòng)力鋰電池組容量,續(xù)駛里程較長(zhǎng)。而插電式混合動(dòng)力汽車(PHEV)采用較大容量的電池組,純電動(dòng)行駛里程更長(zhǎng)更節(jié)能,也是國(guó)家《節(jié)能和新能源產(chǎn)業(yè)規(guī)劃(2012-2020)》中提到的和純電動(dòng)汽車并列的發(fā)展對(duì)象。


在混合動(dòng)力技術(shù)發(fā)展過程中,隨著系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)要求的不斷提高,儲(chǔ)能單元也經(jīng)歷了從鉛酸電池、鎳氫電池、超級(jí)電容到鋰電池的跨越。目前,混合動(dòng)力汽車尤其是插電式混合動(dòng)力汽車,大多采用鋰電池作為儲(chǔ)能系統(tǒng),而超級(jí)電容在混合動(dòng)力公交客車領(lǐng)域也有著較為廣泛的應(yīng)用。


1.混合動(dòng)力車和插電式混合動(dòng)力車對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的要求

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充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

動(dòng)力鋰電池是混合動(dòng)力汽車的基本儲(chǔ)能單元,其性能直接影響到驅(qū)動(dòng)電機(jī)的性能,從而影響整車性能。混合動(dòng)力汽車動(dòng)力鋰電池使用情況不同于純電動(dòng)汽車,在工作時(shí)常處于非周期性充放電循環(huán)中,且通常裝載的電池組容量較小,電池需具備高充放電倍率和效率,以及較高的比功率密度(W/Kg);此外,混合動(dòng)力汽車要頻繁對(duì)電池進(jìn)行充電和放電,充放次數(shù)因此較多,對(duì)大充放倍率下的循環(huán)壽命也提出更高要求。對(duì)插電式混合動(dòng)力汽車而言,由于同時(shí)具有純電動(dòng)行駛工況及混合動(dòng)力行駛工況,對(duì)電池的比能量密度(Wh/Kg)和比功率密度均有要求。


2.常用儲(chǔ)能單元比較


國(guó)內(nèi)混合動(dòng)力公交客車早期使用鎳氫電池作為儲(chǔ)能單元,但其在高溫放電效率、"記憶效應(yīng)"、循環(huán)壽命、熱管理及電池組管理等方面都存在著較難解決的問題;超級(jí)電容理論上充放電循環(huán)壽命長(zhǎng),可快速充電,也可供應(yīng)很高的放電電流,但其缺點(diǎn)是能量密度低,混合動(dòng)力公交客車在山地城市或者頻繁起步加速的工況中,常出現(xiàn)電能耗盡情況,影響車輛動(dòng)力和節(jié)油率;鋰電池具有比鎳氫電池更高的電壓平臺(tái)、能量密度、功率密度及更長(zhǎng)的循環(huán)壽命,相對(duì)超級(jí)電容具有更高的能量密度和性價(jià)比,然而由于混合動(dòng)力工況條件嚴(yán)苛,鋰電池系統(tǒng)壽命,以及在極端情況下的安全問題均面對(duì)挑戰(zhàn)。


3.LpTO鋰電池特性及應(yīng)用前景


鈦酸鋰(LTO)材料用于電池開發(fā)始于上世紀(jì)90年代,作為負(fù)極材料應(yīng)用,相對(duì)碳負(fù)極有較大優(yōu)勢(shì),近年來倍受關(guān)注。LTO是一種零應(yīng)變材料,鋰離子在嵌入和脫出時(shí),晶格常數(shù)和體積變化都很小,循環(huán)性能最佳。LTO材料不和電解液發(fā)生反應(yīng),無SEI膜形成,LTO的電勢(shì)也比鋰金屬高,不易析出鋰枝晶,相比石墨負(fù)極鋰電池具有更高的安全性能。

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標(biāo)稱電壓:28.8V
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電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無人設(shè)備

LpTO電池和其他混合動(dòng)力汽車用儲(chǔ)能單元重要性能參數(shù)比較(表一)


資料來源:國(guó)內(nèi)知名廠商混合動(dòng)力鎳氫電池?cái)?shù)據(jù)、韓國(guó)知名廠商混合動(dòng)力用超級(jí)電容數(shù)據(jù)、國(guó)內(nèi)知名廠商


混合動(dòng)力用磷酸鐵鋰電池數(shù)據(jù),6C充/6C放,100%DOD,室溫循環(huán)至80%。


微宏動(dòng)力對(duì)現(xiàn)有LTO材料進(jìn)行改性,并同時(shí)對(duì)正極材料、隔膜以及電解液進(jìn)行了相應(yīng)的改性開發(fā),經(jīng)過系統(tǒng)整合,開發(fā)出了更安全和超長(zhǎng)循環(huán)壽命的LpTO電池。LpTO電池技術(shù)應(yīng)用在混合動(dòng)力和插電式混合動(dòng)力汽車領(lǐng)域有以下的優(yōu)勢(shì):高倍率充放條件下的長(zhǎng)循環(huán)壽命,可和車輛同使用壽命;功率密度較高,同時(shí)滿足混合動(dòng)力和插電式混合動(dòng)力對(duì)電池組能量密度的要求;更安全的負(fù)極材料使得電池組整體安全程度更高;能夠經(jīng)濟(jì)地滿足車輛動(dòng)力需求及能量回收的各種復(fù)雜工況;系統(tǒng)成本也更低。


相對(duì)和磷酸鐵鋰電池而言,LpTO電池具有高倍率充放電條件下十倍的循環(huán)壽命、更高的低溫充放電效率以及更高的安全性能。長(zhǎng)循環(huán)壽命使得電池組可以和車輛同壽命,降低車輛的后期維護(hù)成本。相對(duì)超級(jí)電容而言LpTO電池具有十倍以上的能量密度,可防止出現(xiàn)山地及頻繁起步加速時(shí)電能容易耗盡的情況,同時(shí)相對(duì)更低的成本也新增了其競(jìng)爭(zhēng)力。


目前,LpTO電池已經(jīng)批量應(yīng)用在插電式混合動(dòng)力公交客車上。表2列出了一款采用LpTO電池的12米插電式混合動(dòng)力公交客車的基本參數(shù),這款車型可采用集電弓從車頂充電,利用電池可快速充電的特性,在車輛??康拈g隙充電,充分利用純電模式行駛,以達(dá)到高節(jié)油率目標(biāo)。


采用LpTO電池組的插電式混合動(dòng)力公交客車基本參數(shù)(表二)


混合動(dòng)力汽車和插電式混合動(dòng)力汽車的初始投入和燃油消耗較低,日益受到市場(chǎng)青睞。隨著電池技術(shù)的不斷進(jìn)步,新的LpTO電池可望和車輛同壽命,兼顧鋰電池和超級(jí)電容的優(yōu)點(diǎn),這能夠彌補(bǔ)現(xiàn)有鋰電池體系在使用壽命、安全方面的不足,同時(shí)具有比超級(jí)電容更高的能量密度和性價(jià)比,是混合動(dòng)力汽車和插電式混合動(dòng)力汽車儲(chǔ)能系統(tǒng)更佳的選擇。


LpTO電池組已在重慶經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間嚴(yán)冬和酷暑的嚴(yán)格考驗(yàn),在快速充電純電動(dòng)公交客車上單車?yán)鄯e里程超過60,000Km,循環(huán)次數(shù)超過2,500次。其在插電式混合動(dòng)力公交客車上也正開始規(guī)模化的應(yīng)用。


作者系微宏動(dòng)力系統(tǒng)(州)限公司市場(chǎng)部經(jīng)理】



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