鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:690次 | 2019年06月11日
鋰離子電池性能參數(shù)的優(yōu)勢分析
鋰離子(Li-ion)電池:具有高能量密度而且重量輕。當(dāng)今鋰電池以單位重量的最大電化學(xué)勢能和最高能量密度而處于電池的中心位置。鋰離子電池是安全的,它在充電和放電時(shí)能提供一定的安全措施。其能量密度是標(biāo)準(zhǔn)NiCd電池的2倍。另外,它具有高容量,其負(fù)載特性是相當(dāng)好的,放電特性類似于NiCd。它相當(dāng)高的電池電壓(2.7~4.2V)使得很多Li-ion電池組只有一個(gè)電池組成。壽命為300充電/放電周期,在500周期為50%容量。然而,Li-ion電池需要保護(hù)電路,保護(hù)電路在充電期間限制每個(gè)電池的峰值電壓,并阻止放電時(shí)電壓下降太低。保護(hù)電路不僅限制最大充電和放電電流,而且監(jiān)控電池溫度。在處理和測試Li-ion電池時(shí)應(yīng)小心短路、過充電、壓碎、敲擊、損壞、穿入、反向極性、暴露在高溫或折開電池。
只用帶設(shè)計(jì)有保護(hù)電路的Li-ion電池。
電池(battery)指盛有電解質(zhì)溶液和金屬電極以產(chǎn)生電流的杯、槽或其他容器或復(fù)合容器的部分空間。隨著科技的進(jìn)步,電池泛指能產(chǎn)生電能的小型裝置。如太陽能電池。電池的性能參數(shù)主要有電動(dòng)勢、容量、比能量和電阻。
電池的性能參數(shù)主要有電動(dòng)勢、容量、比能量和電阻。電動(dòng)勢等于單位正電荷由負(fù)極通過電池內(nèi)部移到正極時(shí),電池非靜電力(化學(xué)力)所做的功。電動(dòng)勢取決于電極材料的化學(xué)性質(zhì),與電池的大小無關(guān)。電池所能輸出的總電荷量為電池的容量,通常用安培小時(shí)作單位。在電池反應(yīng)中,1千克反應(yīng)物質(zhì)所產(chǎn)生的電能稱為電池的理論比能量。電池的實(shí)際比能量要比理論比能量小。因?yàn)殡姵刂械姆磻?yīng)物并不全按電池反應(yīng)進(jìn)行,同時(shí)電池內(nèi)阻也要引起電動(dòng)勢降,因此常把比能量高的電池稱做高能電池。電池的面積越大,其內(nèi)阻越小。
電池的能量儲存有限,電池所能輸出的總電荷量叫做它的容量,通常用安培小時(shí)作單位,它也是電池的一個(gè)性能參數(shù)。電池的容量與電極物質(zhì)的數(shù)量有關(guān),即與電極的體積有關(guān)。
實(shí)用的化學(xué)電池可以分成兩個(gè)基本類型:原電池與蓄電池。原電池制成后即可以產(chǎn)生電流,但在放電完畢即被廢棄。蓄電池又稱為二次電池,使用前須先進(jìn)行充電,充電后可放電使用,放電完畢后還可以充電再用。蓄電池充電時(shí),電能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能;放電時(shí),化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的。
鋰聚合物(Li-Pol)電池:能量密度與Li-ion電池類似,但使用較安全,并且有較好的封裝靈活性。Li-Pol電池與Li-ion不同的地方是制造堅(jiān)固性、安全性和薄外形幾何形狀。不像Li-ion電池那樣,不存在易燃性的危險(xiǎn)。因?yàn)長i-Pol的電極是疊層式的。
一些電池組包含一個(gè)集成IC保護(hù)電路。此IC防止可能導(dǎo)致過熱的大電流。鋰離子電池組中的電池需要單獨(dú)的電壓監(jiān)控。串聯(lián)連接的電池越多,其保護(hù)電路就越復(fù)雜。注意:不要放電低于2.5V的鋰基電池,不然,就切斷電池的保護(hù)電路。
所有的電池都會自放電。自放電對于鎳基電池是最顯著的。通常在充電之后的第一個(gè)24小時(shí),鎳基電池放電其容量的10%~15%,其后的放電率是每月10%~15%。Li-ion自放電在第一個(gè)24小時(shí)大約為5%,其后為1%~2%。
隨著汽車技術(shù)的發(fā)展,車載電子設(shè)施及娛樂設(shè)施越來越多。一方面這些電子系統(tǒng)增加了車用能量的壓力,一般情況下,在耗電1kW的情況下,每行駛100km需要消耗0.7~1.2L的汽油,而能源正面臨著越來越短缺的形勢;另一方面也使得由于電子系統(tǒng)潰電導(dǎo)致的汽車不能啟動(dòng)事例成為啟動(dòng)失敗的主要原因。
與此同時(shí),汽車數(shù)量還在不斷增加,而排放污染也成為全世界最為關(guān)注的問題之一。目前歐洲已經(jīng)出臺關(guān)于限制CO2排放的法規(guī),根據(jù)法規(guī)規(guī)定,從2012年到2015年,汽車的CO2排放量必須從現(xiàn)在的160g/km減少到120~125g/km。預(yù)計(jì)到2020年,汽車的CO2排放量將不超過95g/km。這項(xiàng)法規(guī)使得汽車制造商在將來的汽車設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮降低CO2排量,否則將面臨高額罰款。因此,目前我們急需尋求降低CO2排量和節(jié)約能量的解決方案。
電池狀態(tài)探測及充放電優(yōu)化
采用電子能源管理系統(tǒng),通過集成在電池傳感器中的電池狀態(tài)監(jiān)測算法能夠適時(shí)監(jiān)測電池狀態(tài)。相應(yīng)地還可以在主控單元的控制系統(tǒng)中設(shè)置電池及傳感器工作策略,設(shè)置電池的工作區(qū)間,根據(jù)當(dāng)前電池充電狀態(tài)、電池溫度及車輛行駛狀況,可采用相應(yīng)的策略控制發(fā)電機(jī)。及時(shí)對電池進(jìn)行充電。在此過程中,整車能源供應(yīng)處于完全閉環(huán)控制狀態(tài),從而保證了整車的能源供應(yīng),優(yōu)化了整車能源管理,保證了引擎再次啟動(dòng)所需的最小電流,避免了由于電池潰電所引起的車輛不能再次啟動(dòng)問題。
發(fā)電機(jī)工作電壓動(dòng)態(tài)控制
同時(shí),電子能源管理系統(tǒng)還能夠利用可控交流發(fā)電機(jī)來動(dòng)態(tài)改變發(fā)電機(jī)的工作電壓設(shè)定,來優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩分布及整車能源管理。
傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)控制不能利用多余的機(jī)械能,工作電壓也不可控。當(dāng)汽車在加速運(yùn)行過程中,需要較高扭矩時(shí),傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)仍會消耗較大的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩,而電子能源管理系統(tǒng)可以通過動(dòng)態(tài)控制發(fā)電機(jī)工作電壓來調(diào)整發(fā)電機(jī)的扭矩需求,優(yōu)化汽車運(yùn)行過程中的扭矩需求。當(dāng)汽車處于加速狀態(tài)時(shí),系統(tǒng)降低發(fā)電機(jī)的工作電壓,從而降低發(fā)電機(jī)扭矩的扭矩需求,以此來保證有更多的能量提供給汽車加速。相反的,當(dāng)汽車處于減速行駛狀態(tài)時(shí),可以提高發(fā)電機(jī)電壓,這樣系統(tǒng)就可以利用減速時(shí)多余的機(jī)械能來進(jìn)行電池充電。
在正常的電池充放電的情況下,如果傳感器探測到電池處于欠充電狀態(tài)時(shí),主控單元會相應(yīng)調(diào)高發(fā)電機(jī)工作電壓,提高發(fā)電機(jī)的充電效率,進(jìn)行快速充電。當(dāng)電池電量處于飽和狀態(tài)時(shí),則相應(yīng)調(diào)低發(fā)電機(jī)電壓,使發(fā)電機(jī)處于空轉(zhuǎn)狀態(tài),以避免對電池進(jìn)行不必要的過充電,從而減小所消耗的扭矩。這樣可以降低燃料消耗并保持充電狀態(tài)處于安全水平范圍內(nèi),保證電池工作處于良性區(qū)間,延長電池壽命。