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电池是电动汽车发展的首要关键 0 收藏

目录

  1. 1、 电池是电动汽车发展的首要关键
  1. 2、 电动汽车充电站定义
  1. 3、 钴酸锂电池
  1. 4、 空气电池
  1. 5、 电动汽车充电桩
  1. 6、 动力电池材料比拼:比亚迪锰vs特斯拉石墨烯
  1. 7、 锂离子电池之痛:铅酸电池仍成主流?
  1. 8、 2014年第一季度全国锂离子电池行业同比增长13.75%
  1. 9、 中聚电池入股电动车SEV生变数 因第三方反对
  1. 10、 电动汽车频繁充电会降低电池的效率吗?
  1. 11、 磷酸铁锂电池是电动汽车电池的发展方向
  1. 12、 电池泡水不怕打脸?上汽哪来的自信?
  1. 13、 冬季用车小窍门:纯电动低温电池续航有保障
  1. 14、 充电7秒续航35公里 中科院研制石墨烯超强电池
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  1. 16、 为什么冬季电动车续航里程比平时更低
  1. 17、 电池组大揭秘:里面除了电池还有啥?
  1. 18、 电动汽车锂电池技术研发状况解析
  1. 19、 电动汽车电池这六点你需要知道
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  1. 36、 高比能量动力电池取得阶段性进展
  1. 37、 日本开发高活性催化剂 有望促进燃料电池的普及
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  1. 41、 日本开发出不易短路和起火的锂电池
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  1. 50、 氢燃料电池或更适合卡车

1、电池是电动汽车发展的首要关键

    电池是电动汽车发展的首要关键,汽车动力电池难在 “低成本要求”、“高容量要求”及“高安全要行驶中的电动汽车求”等三个要求上。要想在较大范围内应用电动汽车,要依靠先进的蓄电池经过10多年的筛选,现在普遍看好的氢镍电池,铁电池,锂离子和锂聚合物电池。氢镍电池单位重量储存能量比铅酸电池多一倍,其它性能也都优于铅酸电池。但目前价格为铅酸电池的4-5倍,正在大力攻关让它降下来。铁电池采用的是资源丰富、价格低廉的铁元素材料,成本得到大幅度降低,也有厂家采用。锂是最轻、化学特性十分活泼的金属,锂离子电池单位重量储能为铅酸电池的3倍,锂聚合物电池为4倍,而且锂资源较丰富,价格也不很贵,是很有希望的电池。
    我国在镍氢电池和锂离子电池的产业化开发方面均取得了快速的发展。电动汽车其他有关的技术,近年都有巨大的进步,如:交流感应电机及其控制,稀土永磁无刷电机及其控制,电池和整车能量管理系统,智能及快速充电技术,低阻力轮胎,轻量和低风阻车身,制动能量回收等等,这些技术的进步使电动汽车日见完善和走向实用化。

2、电动汽车充电站定义

    充电站可作为电动汽车集中充电的地点,可以像汽车加油站一样,在沿街、街道社区、高速公路出口等处设置。

(1)、充电站基本结构:

    箱式电动汽车快速充电站由1、初级一次侧充电机(为再生储能蓄电池充电)、2、储能蓄电池、3、次级二次侧快速充电机(为电动汽车充电)、4、再生蓄电池检修机、5、计费控制系统、6、线缆配电系、7、机房组成。

机房采用密封和恒温设计,机房内设有值班办公间,方便风雨和 

(2)、工作原理:

    平时(夜间优先)电网电力通过初级一次侧充电机向再生蓄电池进行储能充电,由于储能充电时没有时间要求,因而可用小电流慢速充电,充电电流可根据蓄电池电量自动安排充电时间,最大程度的使用夜间低谷电力。当需要为电动汽车充电时,根据电动汽车的允许最大充电电流和电压,通过次级二次侧快速充电机向电动汽车进行快速充电,由于充电过程是从储能蓄电池向电动汽车”倒电”,而不是直接取自电网,因而对电网没有任何干扰(如果直接从电网高功率取电,会严重干扰电网,不仅影响其他用户,而且威胁电网设备)。 充电费用按实际充电量计算,非常方便。

    充电桩是电动力车充电站,外形犹如停车计时秒表一般。一个充电桩可同时为两辆汽车充电,从没电到充满的充电时间为6至8小时。充电桩能实现计时、计电度、计金额充电,可以作为市民购电终端。同时为提高公共充电桩的效率和实用性,今后将陆续增加一桩多充和为电动自行车充电的功能。

充电桩可分为直流充电桩,交流充电桩和交直流一体充电桩。

建设要求

    作为电网配用电侧的电动汽车充电桩,其结构的特殊性决定了自动化通信系统的特点是被测点多且分散、覆盖面广、通信距离短。并且随着城市的发展,网络拓扑要求具有灵活性和扩展性的结构,因此,电动汽车充电桩通信方式的选择应考虑如下问题:

    (1) 通信的可靠性————通信系统要长期经受恶劣环境和较强的电磁干扰或噪音干扰的考验,并保持通信的畅通。

    (2) 建设费用————在满足可靠性的前提下,综合考虑建设费用及长期使用和维护的费用。

    (3) 双向通信————不仅能实现信息量的上传,还要实现控制量的下达。

    (4) 多业务的数据传输速率————随着以后终端业务量的不断增长,主站到子站、子站到终端之间通信对实现多业务的数据传输速率要求越来越高。

    (5) 通信的灵活性和可扩展性————由于充电桩具有控制点面多、面广和分散的特点,要求采用标准的通信协议,随着”ALL IP”网络技术趋势的发展以及电力运营业务的不断增长,需要考虑基于IP的业务承载,同时要求便于安装施工、调试、运行、维护。

技术要求

交流式

交流充电桩技术要求

1、环境条件要求

① 工作环境温度:-20℃~+50℃;

② 相对湿度:5%~95%;

③海拔高度:≤1000m;

④ 安装地点:户外;

⑤ 抗震能力:地面水平加速度 0.3g;

地面垂直加速度 0.15g;

设备应能承受同时作用持续三个正弦波,并且安全系数应大于1.67;

2、结构要求

① 交流充电桩壳体应坚固;

② 结构上须防止手轻易触及露电部分;

③ 交流充电桩应选用厚度1.0以上钢组合结构,表面采用浸塑处理,并充分考虑散热的要求。充电桩应有良好的防电磁干扰的屏蔽功能;

④ 充电桩应有足够的支撑强度,应提供必要设施,以保证能够正确起吊、运输、存放和安装设备,且应提供地脚螺栓孔;

⑤ 桩体底部应固定安装在高于地面不小于200mm的基座上。基座面积不应大于500mm×500mm;

⑥ 桩体外壳应采用抗冲击力强、防盗性能好、抗老化的材质;

⑦ 非绝缘材料外壳应可靠接地;

3、电源要求

① 输入电压:单相220V;

② 输出功率:单相220V/5KW;

③ 频率:50Hz±2Hz;

④ 允许电压波动范围为:单相220V±15%;

4、电气要求

① 插头与插座正确连接确认成功后,带负载可分合电路方可闭合,实现对插座的供电;

② 漏电保护装置应安装在供电电缆进线侧;

③ 低压配电设备及线路的保护应满足《低压配电设计规范》(GB/50053)中的相关规定;

④ 对IT系统配电线路,当第一次接地故障时,应由绝缘监察装置发出音响或灯光信号,当发生第二次异相接地故障时应由过电流保护电器或漏电电流动作保护器切断故障电路;

⑤ 照明配电系统中,照明和插座回路不宜由同一回路供电。插座回路的电源侧应设置剩余 电流动作保护装置,其额定动作电流为30mA;

6、安全防护功能

① 交流充电桩应具备急停开关,可通过手动或远方通信的方式紧急停止充电;

② 交流充电桩应具备输出侧的漏电保护功能;

③ 交流充电桩应具备输出侧过流和短路保护功能;

④ 交流充电桩应具有阻燃功能;

7、IP防护等级

交流充电桩应遵守IP54(在室外),并配置必要的防雨、防晒装置;

8、三防(防潮湿,防霉变,防盐雾) 保护

充电机内印刷线路板、 接插件等电路应进行防潮湿、防霉变、防盐雾处理,其中防盐雾腐蚀能力满足 GB/T 4797.6-1995《电工电子产品自然环境条件 尘、沙、盐雾》中表9的要求,使充电机能在室外潮湿、含盐雾的环境下正常运行;

9、防锈(防氧化)保护

充电桩铁质外壳和暴露在外的铁质支架、零件应采取双层防锈措施,非铁质的金属外壳也应具有防氧化保护膜或进行防氧化处理;

10、防风保护

安装在平台上的充电机以及暴露在外的部件应能承受 GB/T 4797.5-9《电工电子产品自然环境条件降水和风》中表 9 规定的不同地区、不同高度处相对风速的侵袭;

11、防盗保护

电桩外壳门应装防盗锁,固定交流充电桩的螺栓必须在打开外壳门后方能安装或拆卸;

12、温升要求

交流充电桩在额定负载长期连续运行,内部各发热元器件及各部位温升应不超过Q/GDW 397\2009中表2规定;

13、平均故障间隔时间(MTBF)

MTBF应不小于8760h;

14、安装垂直倾斜度不超过5%;

15、设备安装地点不得有爆炸危险介质,周围介质不含有腐蚀金属和破坏绝缘的有害气体及导电介质

直流式

a) 充电桩电源输入电压:三相四线380VAC±15%,频率50Hz±5%;

b) 充电桩应满足充电对象

c) 充电桩输出为直流电,输出电压满足充电对象的电池制式要求;

d) 最大输出电流满足充电对象的电池制式1C的充电要求,并向下兼容;

e) 充电方式分为常规和快速2种方式,常规为5小时充电方式,快速为1小时充电方式(针对不同电池类型选择);

f) 实现智能IC管理;

g) 每个充电桩自带操作器,以供用户进行充电方式选择和操作指导,并显示电动车电池状态和用户IC卡资费信息,实现无人管理;

h) 充电桩接口应符合GB/TXXXXXXXX电动汽车传导式充电接口(暂行)中直流充电接口的相关规定;

i) 充电桩通讯接口采用CAN通讯接口,通信协议按照GB/TXXXXXXXX电动汽车电池管理系统与非车载充电机之间的通信协议(暂行)的规定执行(充电对象为锂电池电动车);

j) 充电桩对充电过程中的非正常状态应具备相应的报警和保护功能;

k) 充电桩对电池的状态要监控,根据电池的温度,电压对充电曲线,充电电流,充电压自动调整;

l) 充电桩采用强制风冷;

m) 充电桩防护等级符合《GB 4208-1993 外壳防护等级(IP代码)》IP54要求;

一体式

概述

快速充电桩设备采用交直流一体的结构。既可实现直流充电,也可以交流充电。白天充电业务多的时候,使用直流方式进行快速充电,当夜间充电站用户少时可用交流充电进行慢充操作。

外形特点

1、人体工学设计,充分考虑中国人特点,安装后整机高度、屏幕高度、键盘高度、充电接头安放槽高度,适宜操作;

2、上出线口的形式,节省操作者一半的体力;

3、考虑人的使用习惯和耐用性,采用触摸和键盘互为备份的操控,触摸屏和键盘采用防雨、防尘的设计;

4、具备紧急停机的急停开关;具备充电接头安放槽,安放槽可防水;5米长的软电缆。

功能特点

1、提供人机交互操作;提供直流、交流充电接口;

2、具备语音提示功能;具备刷卡功能;

3、具备打印凭条的功能;

4、和BMS实时通信,获取动力电池类型、单体电压、剩余容量、温度、告警等信息;

5、向充电机发生控制指令、开关信号,控制充电机启动与停止,获取充电机状态信息;

6、具备充电接口的连接状态判断、联锁、控制导引等完善的安全保护控制逻辑;

7、具备CAN2.0B、RS485通讯接口,可以和集中监控通信,上送充电状态信息;

8、具备漏电、短路、过压、欠压、过流等保护功能,确保充电桩安全可靠运行;防护等级IP54。

来源:EV视界

3、钴酸锂电池

名称:钴酸锂电池 工作电压:2.4~4.2V

标准电压:3.7V              标准容量:1600mA

钴酸锂电池

简介:钴酸锂电池结构稳定、容量比高、综合性能突出、但是其安全性差、成本非常高,主要用于中小型号电芯,广泛应用于笔记本电脑、手机、MP3/4等小型电子设备中,标称电压3.7V。

( 特斯拉电动汽车的电池采用的是松下提供的NCA系列(镍钴铝体系)18650钴酸锂电池,单颗电池容量为3100毫安时)

主要参数:标准放电持续电流:0.2C最大放电持续电流:0.5C

工作温度:充电:0~45℃放电:-20~60℃

产品尺寸:MAX15*29*51mm

成品内阻:≤180mΩ

引线型号:国标线UL1571/26#,线长100mm

保护参数:过充保护电压/每串4.28±0.025V

过放保护电压 2.4±0.1V过流值: 3~7A

电池性能: 钴酸锂电池结构稳定,综合性能突出,但是安全性较差,成本也非常高。主要用

于中小型号电芯,标称电压3.7V。

钴酸锂电池特点:

1、电化学性能优越  a.每循环一周期容量平均衰减﹤0.05%  b.首次放电比容量﹥135mAh/g  c.3.6V初次放电平台比率﹥85%  

2、加工性能优异  

3、振实密度大, 有助于提高电池体积比容量  

4、产品性能稳定, 一致性好  产品型号  R747 振实密度2.4-3.0g/cm3, 典型值为2.5,粒度 D506.0-8.5um;  R757 振实密度2.4-3.2g/cm3, 典型值为2.6, 粒度D506.5-9.0um;  R767 振实密度2.3-3.0g/cm3, 典型值为2.5, 粒度D508-12um;

钴酸锂的用途:

钴酸锂的技术标准

名称: 钴酸锂 分子式: LiCoO2 分子量: 97.88

钴酸锂化学式

2、主要用途: 锂离子电池

3、外观要求: 灰黑色粉末, 无结块  

4、X射线衍射: 对照JCDS标准( 16-427) , 无杂相存在  

5、包 装: 铁桶内塑料袋包装

6、化学成分与物化性能指标:  镍 Ni 0.05% max (wt%)  锰 Mn 0.01% max (wt%)  铁 Fe 0.02% max (wt%)  钙 Ca 0.03% max (wt%)  钠 Na 0.01% max (wt%)  酸碱性 PH 9.5-11.5  含水量( 105ºC干燥失重量, %) Moisture (wt% loss at 105ºC) <0.05  比表面积( m2/g) BET surface Area (m2/g) 0.2-0.6  振实密度 (g/cm3) Tap Density (g/cm3) 1.7-2.9  粒径大小-D50 (μm) PSD- D50 (μm) 5-12  粒径大小-D10 (μm) PSD- D10 (μm) 1-5  粒径大小-D90 (μm) PSD-D90 (μm) 12-25

钴酸锂电池与特斯拉:

特斯拉电动汽车的电池采用的是松下提供的NCA系列(镍钴铝体系)18650钴酸锂电池,型号为NCR18650的锂电池是一款高能量模型(HighCapacity)电池,该电池的名义伏特数为3.6V,名义最小容量为2750毫安时,重量为45.5克。并且,在Tesla第二代车型Model S上使用的18650比之前Roadster的能量密度高出3成。据Tesla首席技术官JB Straubel表述:从Roadster到Model S“转型”的四年时间,电池组成本已经下降了约44%,并且仍然会继续下降。松下曾在2010年向Tesla投资3000万美元,成为其股东之一。并且于2011年达成战略协议,将负责Tesla今后5年全部车辆的电池供应。按照Tesla目前预计每年2万辆的产量,松下18650将装配在超过8万台Model S上。



特斯拉Model S电池组

(图片和资料均来自网络)


4、空气电池

    化学电池的一种。构造原理与干电池(一种以糊状电解液来产生直流电的化学电池)相似,所不同的只是它的氧化剂取自空气中的氧。例如有一种空气电池,以锌为阳极,以氢氧化钠为电解液,而阴极是多孔的活性炭,因此能吸附空气中的氧以代替一般干电池中的氧化剂(二氧化锰)。

空气电池的分类

锌空气电池

    锌空气电池( zinc air battery),用活性炭吸附空气中的氧或纯氧作为正极活性物质,以锌为负极,以氯化铵或苛性碱溶液为电解质的一种原电池。又称锌氧电池。分为中性和碱性两个体系的锌空气电池,分别用字母A和P表示,其后再用数字表示电池的型号。

锂空气电池

    在负极(金属锂)一侧使用有机电解液,在正极(空气)一侧使用水性电解液。在两种电解液之间设置只有锂离子穿过的固体电解质膜,将两者隔开。这样便可防止电解液混合,并促进电池发生反应。

负极用电解液组合使用的是含有锂盐的有机电解液。虽然不能弃用有机溶媒,但却限定了使用方法。正极用水性电解液使用碱性水溶性凝胶,与微细化后的碳和低价氧化物催化剂形成的正极组合。

    在锂-空气电池中,由于放电反应生成的并非是固体的Li2O,而是容易溶解在水性电解液中的LiOH(氢氧化锂)。氧化锂在空气电极堆积后,不会导致工作停止。水及氮等也不会穿过固体电解质的隔壁,因此不存在与负极的锂金属发生反应的危险。而且,在充电时,如果配置充电专用的正极,还可防止充导电致空气电极的腐蚀和老化。

铝空气电池

    铝空气电池的化学反应与锌空气电池类似,铝空气电池以高纯度铝Al(含铝99.99%)为正极、氧为负极,以氢氧化钾(KOH)和氢氧化钠(NaOH)水溶液为电解质。铝摄取空气中的氧,在电池放电时产生化学反应,铝和氧作用转化为氧化铝。铝空气电池的进展十分迅速,它在EV上的应用已取得良好效果,是一种很有发展前途的空气电池。

铝空气电池的特点

1、比能量大

    铝空气电池的实际比能量只达到350~400Wh/kg,这数值还不及它理论值的5%。但就是这5%不到的比能量也是铅酸电池的7~8倍、镍氢电池的5.8倍、锂电池的2.3倍。

若采用铝空气电池的电动车,续驶里程明显地提高。国外有关资料介绍,美国加利福尼亚州在使用铝空气电池的电动汽车上,有过只更换一次铝电极续驶里程达1600km的记录。

2、质量轻

    我国开发和研制的牵引用动力型铅酸蓄电池的总能量为13.5kWh,总质量为375kg。而同样能量的铝空气电池总质量仅45kg,为铅酸蓄电池质量的12%。由于电池质量大大减轻,车辆的整备质量也降低,可以提高车辆的装载能量或延长续驶里程。

3、铝没有毒性和危险性

    铝对人体不会造成伤害,可以回收循环使用,不污染环境。铝的原材料丰富,已具有大规模的铝冶炼厂,生产成本较低。铝回收再生方便,回收再生成本也较低。而且可以采用更换铝电极的方法,来解决铝空气电池充电较慢的问题。

    正如所有的事物有其优秀的一面也有不足的一方一样,铝空气电池也有不足之处

    虽然它含有高的比能量,但比功率较低,充电和放电速度比较缓慢,电压滞后,自放电率较大,需要采用热管理系统来防止铝空气电池工作时的过热。

5、电动汽车充电桩

    充电桩是电动力充电站,外形犹如停车计时秒表一般。一个充电桩可同时为两辆汽车充电,从没电到充满的充电时间为6至8小时。充电桩能实现计时、计电度、计金额充电,可以作为市民购电终端。同时为提高公共充电桩的效率和实用性,今后将陆续增加一桩多充和为电动自行车充电的功能。

发展历程

    截至目前,我国电动汽车充电站大多局限于电动公交汽车或内部集团用车,还没有建成真正面向不同用户的充电站服务网络。已经建成或在建的比较有代表性的充电站有如下内容。2006 年,比亚迪在深圳总部建成深圳首个电动汽车充电站。

2008 年,北京市奥运会期间建设了国内第一个集中式充电站,可满足50 辆纯电动大巴车的动力电池充电需求。

2009 年10月,上海市电力公司投资建成上海漕溪电动汽车充电站,是国内第一座具有商业运营功能的电动汽车充电站。2009 年底,北京首科集团在健翔桥建设完成了国内第一个包含完整智能微网的北京纯电动乘用车示范充电站。

2009 年12 月31 日,南方电网投产的首批电动汽车充电站( 桩)在深圳建成投运,建设规模为2个充电站、134 个充电桩。

2010 年3月31日,国家电网公司唐山南湖充电站建成投运,是我国首座国家电网典型设计充电站,可同时为10台电动汽车按快充和慢充两种方式进行充电作业 。

种类

    充电桩可分为直流充电桩、交流充电桩和交直流一体充电桩。

建设要求

    作为电网配用电侧的电动汽车充电桩,其结构的特殊性决定了自动化通信系统的特点是被测点多且分散、覆盖面广、通信距离短。并且随着城市的发展,网络拓扑要求具有灵活性和扩展性的结构,因此,电动汽车充电桩通信方式的选择应考虑如下问题:

    (1) 通信的可靠性—通信系统要长期经受恶劣环境和较强的电磁干扰或噪音干扰的考验,并保持通信的畅通。

    (2) 建设费用—在满足可靠性的前提下,综合考虑建设费用及长期使用和维护的费用。

    (3) 双向通信—不仅能实现信息量的上传,还要实现控制量的下达。

    (4) 多业务的数据传输速率—随着以后终端业务量的不断增长,主站到子站、子站到终端之间通信对实现多业务的数据传输速率要求越来越高。

    (5) 通信的灵活性和可扩展性——由于充电桩具有控制点面多、面广和分散的特点,要求采用标准的通信协议,随着"ALLIP"网络技术趋势的发展以及电力运营业务的不断增长,需要考虑基于IP的业务承载,同时要求便于安装施工、调试、运行、维护。

通信方式

    电动汽车充电桩属于配电网侧,其通信方式往往和配电网自动化一起综合考虑。通信是配电网自动化的一个重点和难点,区域不同、条件不同,可应用的通信方式也不同,具体到电动汽车充电桩,其通信方式主要有有线方式和无线方式:

    (1)有线方式

有线方式主要有:有线以太网(RJ45线、光纤)、工业串行总线(RS485、RS232、CAN总线)。

有线以太网主要优点是数据传输可靠、网络容量大,缺点是布线复杂、扩展性差、施工成本高、灵活性差。

工业串行总线(RS485、RS232、CAN总线)优点是数据传输可靠,设计简单,缺点是布网复杂、扩展性差、施工成本高、灵活性差、通信容量低。

    (2)无线方式

无线方式主要采用移动运营商的移动数据接入业务,如:GRPS、EVDO、CDMA等。

采用移动运营商的移动数据业务需要将电动汽车充电桩这一电网内部设备接入移动运营商的移动数据网络,需要支付昂贵的月租和年费,随着充电桩数量的增加费用将越来越大;同时数据的安全性和网络的可靠性都受到移动运营商的限制,不利于设备的安全运行;其次,移动运营商的移动接入带宽属共享带宽,当局部区域有大量设备接入时,其接入的可靠性和每个用户的平均带宽会恶化,不利于充电桩群的密集接入、大数据量的数据传输。

应用方案

    电动汽车作为一种发展前景广阔的绿色交通工具,今后的普及速度会异常迅猛,未来的市场前景也是异常巨大的。在全球能源危机和环境危机严重的大背景下,我国政府积极推进新能源汽车的应用与发展,充/换电站作为发展电动汽车所必须的重要配套基础设施,具有非常重要的社会效益和经济效益。一场兴建电动汽车充/换电站的运动已经在全国范围内展开。

整体系统由四部分组成:电动汽车充电桩、集中器、电池管理系统系统(BMS)、充电管理服务平台。

电动汽车充电桩的控制电路主要由嵌入式ARM处理器完成,用户可自助刷卡进行用户鉴权、余额查询、计费查询等功能,也可提供语音输出接口,实现语音交互。用户可根据液晶显示屏指示选择4种充电模式:包括按时计费充电、按电量充电、自动充满、按里程充电等。

    电动汽车充电机控制器与集中器利用CAN总线进行数据交互,集中器与服务器平台利用有线互联网或无线GPRS网络进行数据交互,为了安全起见,电量计费和金额数据实现安全加密。

    电池管理系统系统(BMS)的主要功能是监控电池的工作状态(电池的电压、电流和温度)、预测动力电池的电池容量(SOC)和相应的剩余行驶里程,进行电池管理以避免出现过放电、过充、过热和单体电池之间电压严重不平衡现象,最大限度地利用电池存储能力和循环寿命。

    充电服务管理平台主要有三个功能:充电管理、充电运营、综合查询。充电管理对系统涉及到的基础数据进行集中式管理,如电动汽车信息、电池信息、用户卡信息、充电桩信息;充电运营主要对用户充电进行计费管理;综合查询指对管理及运营的数据进行综合分析查询。

国外发展状况

美国、日本、以色列、法国、英国等国家都已开始建设各自的电动汽车充电设施,主要以充电桩为主

    (1) 美国

    美国国土辽阔,且各州独立性较强,在电动汽车及其充电设施设想上各州有所不同,加利福尼亚州、弗吉尼亚州等地都开展了充电设施的建设。其中加州的建设力度最大,由“美好空间项目”公司与加州北部的旧金山、奥克兰和圣何塞等城市的政府联手建设,将于2012 年在上述城市的所有居民区、商厦、停车场和政府大楼安装充电桩,以方便电动汽车驾驶者随时为汽车充电。该公司还将在上述地区兴建电池更换站,以方便长途驾车者随时更换电池,项目计划总投资达10 亿美元。此外,美国第一太阳能公司 (SolarCity) 在加州101 高速公路上建造了5 个充电站。每个充电站能够提供240V、70 A快速充电服务,能够在3.5 h 内为特斯拉纯电动汽车充满电。

    (2) 日本

    截至2009 年,日本拥有100 多座充电站,其中60%集中在东京地区。日本政府表示,为普及电动汽车,将在三年内建造千余座充电站。日本东京电力公司将带头参与有关的基础建设,2010 年东京将率先建成200 多座充电站,预计三年后将增加到1000 座以上,在东京充电桩更为普及,楼宇路旁随处可见。邻近东京的神奈川县计划5年内至少让3000辆电动汽车上路行驶,该县已经承诺提供150 座快速充电站。日本中央政府对这项技术表示支持,将选择城市试点开展电动汽车充电项目。该项目将会涉及在付费停车场、超市以及餐饮连锁店安装电源插座,以供驾驶员们免费使用。

    (3) 英国

    在英国,伦敦市区已经有60 个免费汽车充电桩,开电力驱动车的人可以非常方便地在住宅附近、办公楼旁边或者繁华街道上找到充电桩,享受不计次充电和停车的服务,一年只需交75 英镑的管理费。

    (4) 法国

    在法国,电力企业在城市建设了很多的充电站供电动汽车使用,同时电动汽车也可以在家中充电。截至 2008 年,全法国有1 万多辆各类电动汽车,200 座公共充电站,电动汽车示范应用集中在市政、邮政、公交、电力、环卫等公用事业部门。

    (5) 以色列

    2008 年1 月21 日,雷诺-日产汽车公司携手美国Project Better Place公司与以色列政府签署谅解备忘录,决定在未来三年内开展合作,共同推动纯电动汽车的市场应用。根据合作协议,以色列政府将负责制定针对消费者的税收优惠政策,雷诺汽车公司将负责电动汽车的供应,而Project Better已开始建设各自的电动汽车充电设施,主要以充电桩为主。

6、动力电池材料比拼:比亚迪锰vs特斯拉石墨烯

    在8月3日湖南韶山召开的由中科招商投资管理集团有限公司主办的中国新能源汽车产业三基工程会议上,比亚迪股份有限公司总裁王传福接受了媒体专访,他认为,比亚迪秦这款车市场预期远远超出了他们的预估,给产能带来很大压力;在新的电池技术上,比亚迪一直在进行新电池、新材料的研发。

在新能源车的产能上比亚迪是如何安排的,能不能适应市场的需要?比亚迪现在使用的是磷酸铁锂技术路线,下一步其它技术路线如何选择?

    王传福回答说,比亚迪现在正在遇到产能的瓶颈,因为对市场的预估有些小心谨慎,没有判断出比亚迪秦这款车市场如此的火爆,所以,现在的产能远远跟不上供应。

现在比亚迪秦已销售了6000余辆,现在每个月的产能是1000辆,但每个月的订单数量在3000至4000辆左右,超出了产能的3至4倍,这就出现了比亚迪秦市场供应的严重短缺。这也说明新能源车的市场拐点已经到来了。现在比亚迪也在积极布局,应对这样的市场状况,至少在明年早些时候能够解决市场供应的问题。

    说到电池材料技术路线问题,比亚迪现在是磷酸铁锂的方向,未来也会研究其它的技术。我们现在研究的就是在磷酸铁锂路线下的改进型,叫磷酸铁锰锂,就是在材料里面添加锰元素。这种电池的能量密度已经达到了三元材料的密度。另外,我们考虑电池的技术路线,也是从材料的矿物质多少出发的。三元材料中的钴是相对稀有的金属,地球上储藏量有限,这就造成有这个元素的电池价格会下不来。而我们选择的磷酸铁锰锂,这些元素在地球上很富有,不会存在枯竭的那一天,所以,我们从经济性上来考虑,就选择了这个路线。当然,随着电池技术的不断发展,我们也有可能选择其它技术路线。



石墨烯或成特斯拉电池理想候选材料

    特斯拉CEO马斯克在接受英国汽车杂志采访时表示,目前正在研究高性能电池,特斯拉汽车很快将能行驶805公里,相比目前增长近70%。特斯拉对电池技术的革新,将引发市场对提升锂电池能量密度材料的关注。石墨烯具有高导电性和良好的柔韧性,是柔性储能器件的理想候选材料之一。

    柔性屏、锂电池、超级电容是石墨烯短期最具吸引力的三个应用领域。(1)柔性屏将给消费电子领域带来革命性变化,手机与平板电脑实现完美统一;(2)石墨烯可用于锂电池的负极复合材料和导电添加剂,锂电池比容量可以从370mAh/g提升到540mAh/g,同时大幅提升电池充放电速度;(3)超级电容器的正负极换成石墨烯后(原为石墨),可大幅提高其比电容密度和额定电压,同时降低电容器的等效电阻。

    对于锂电池而言,电极材料是决定其能量密度的关键因素。目前锂电池负极材料的主要种类有天然石墨(59%),人造石墨(30%),中间相炭微球(8%)及其他类型(3%),石墨类负极材料仍然占据主流地位。由于现有技术限制,当前主流负极材料(如人造石墨、中间相碳微球等)并不能大幅提高锂电池能量密度,负极材料市场急需高效的新型材料。

    公开资料显示,近年来石墨烯等新型负极材料的研发与应用,开始受到业内的关注。石墨烯是一种新型材料,是已知材料中最薄的一种。由于它的电阻率低,电子迁移的速度极快,表面积大和电性能良好,被科学家认为是锂离子电池的理想电极材料。

    研究证明,将石墨烯应用于锂离子电池负极材料中,可以大幅度提高负极材料的电容量和大倍率充放电性能。石墨烯可阻止复合材料中纳米粒子的团聚,缓解充放电过程中的体积效应,延长材料的循环寿命。粒子在石墨烯表面的附着,可减少材料形成SEI膜过程中与电解质反应的能量损失。

    近年来,国内高校和研究机构进行了石墨烯材料的研究工作,企业也开始推进石墨烯负极材料的产业化进程。2011年11月,常州第六元素材料科技股份有限公司成立,将生产用于锂电池负极材料的石墨烯。2012年4月,大连丽昌新材料有限公司建成了全自动石墨烯负极材料生产线,年产能达300吨。机构预计,随着石墨烯技术的突飞猛进,石墨烯的特性将提升锂电池的能量密度,进而解决电动汽车的续航里程问题。

    动力锂电池材料路线之争 中日韩三元材料大战

    在尝试了市面上超过300种电池后,特斯拉才认定三元锂电池。

    特斯拉电池技术总监Kurt Kelty给出的理由是:能量密度更大且稳定性、一致性更好;可以有效降低电池系统的成本;尺寸小但可控性和安全性都不断提高。事实证明,Kurt Kelty的选择绝对正确。

在特斯拉从首款车型Roadster向目前最风靡的Model S“转型”的4年时间里,电池组成本已经下降了约44%,并且会继续下降。现在,MODEL S续航里程能够达到486公里,电池容量达到85kWh(1kwh=1度),采用8142个3.4AH(AH,安时数,是反映电池容量大小的指标之一)的松下18650型电池。工程师们将这些电池以砖、片形式逐一平均分配,最终组成一整个电池包,放置于车身底板。就在7日,特斯拉发布今年第一季度财报,首席执行官马斯克说,特斯拉与松下达成协议,将建造一座耗资约50亿美元的超级锂离子电池厂。当特斯拉MODEL S在高速公路上飞驰的时候,各方对三元锂电池的关注度也以几何级数飞增。

三元聚合物锂电池

    是指正极材料使用锂镍钴锰三元正极材料的锂电池,锂离子电池的正极材料有很多种,主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。目前三元材料的电芯代替了之前广泛使用的钴酸锂电芯,在笔记本电池领域广泛被使用。“用苹果和安卓(智能手机)的都是好孩子,因为每天必须按时回家……充电。”这个流传甚广的段子不仅调侃了当下人们对电子产品严重的依赖性,更有意思的是,它还折射了一种科技界的流行症——对电池容量小、充电次数频繁的焦虑。

    焦虑症蔓延的时候,特斯拉出现了,还带来一个救星:三元锂电池。

“旋风”突袭之前,有关电池以及充电问题的讨论被不断放大,篇幅远远超过特斯拉汽车的其他性能。但很快,当特斯拉最知名车型MODEL S采用三元锂电池(即以镍钴铝三元材料为正极材料的锂电池)的消息传出,整个电池业豁然开朗。

    大而化小。这款应用于电动汽车的技术,适时缓解了从智能手机到可穿戴设备,甚至充电宝等小型电子产品的“充电焦虑症”。锂电池,也正式迎来三元材料时代。

正极材料 锂电池之心

    我们的手机里、手表里、平板电脑里,锂电池无所不在。

这种在当代被广泛应用的产品,据考证灵感最早来源于爱迪生。他曾使金属锂和二氧化锰发生作用,产生放电反应。

    经过这么多年的技术发展和改进,今天,一颗合格锂电池的基本组成包括外壳、正极材料、负极材料、隔膜、电解液等。其中,正极材料对于锂电池的能量密度、安全性、循环寿命等起着决定性作用,占锂电池成本的40%,其技术发展也变得尤为关键。

    目前,主流的正极材料包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂以及镍钴锰酸锂三元材料等。就能量密度、成本、安全性、热稳定性和循环寿命来看,上述主流正极材料的表现各有千秋,这也导致动力锂电池正极材料技术路线出现分化。

    但无论如何,对锂电池而言,钴金属是必不可少的材料。

    不过,金属钴一方面价格高昂,一方面存在毒性,无论技术领先的日韩企业还是国产电池厂商近年来都致力于电池“少钴化”。

    在这种趋势下,以镍盐、钴盐、锰盐为原料制备而成的镍钴锰酸锂三元材料渐渐受到推崇。从化学性质角度出发,三元材料属于过度金属氧化物,电池的能量密度较高。尽管在三元材料中,钴的作用仍不可缺少,但质量分数通常控制在20%左右,成本显著下降。而且同时兼具钴酸锂和镍酸锂的优点。

随着近年来国内外厂商不断加码生产,以三元材料为正极材料的锂电池取代商用钴酸锂的趋势已十分明显。大到电动汽车,小到智能手机、可穿戴设备或者充电宝,这种新型技术都完全适用。

特斯拉大手笔 三元材料迎高峰在特斯拉之前,各界对三元材料知之甚少。直到特斯拉宣布在其风靡全球的高端跑车MODEL S车型上采用三元材料作为电池正极材料,这一技术才渐渐被广泛认可。如今俨然已是未来动力电池的发展方向。

    公开资料显示,特斯拉MODEL S续航里程能够达到486公里,电池容量达到85kWh,采用了8142个3.4AH的松下18650型电池。工程师将这些电池以砖、片的形式逐一平均分配最终组成一整个电池包,电池包位于车身底板。

    任何事物都有两面性。尽管镍钴铝能量密度高,但由于镍钴铝的高温结构不稳定,导致高温安全性差,且pH 值过高易使单体胀气,进而引发危险。

最终,特斯拉通过有效的电力管理系统解决了三元锂电池的安全性问题,并使单位成本却远低于其他电动车型,大约为416美元/kWh。

    特斯拉7日称,该公司已与日本松下公司签署共建超级电池厂的意向书,这项工程可望下月动工。

特斯拉今年2月宣布,为适应量产电动车的需求,将建造一座耗资约50亿美元的超级锂离子电池厂,预计将满足特斯拉年产50万辆电动车的需求,电池组每千瓦时的成本将降低逾30%。

特斯拉7日发布今年第一季度财报,首席执行官马斯克表示,特斯拉与松下就共建超级电池厂签署了意向书,双方已组建电池生产的研发团队。

    松下目前是特斯拉的主要电池供货商。根据双方2011年签署的协议,松下在4年内为特斯拉提供6.4亿块汽车级锂离子电池。这一供货量后来又增加到18亿块。

    关于电池厂的最终选址,特斯拉尚未敲定,备选地包括亚利桑那、内华达、新墨西哥、得克萨斯以及加利福尼亚等5个州。马斯克表示,为最大限度减少延期风险,特斯拉将在至少两个地点建电池厂。

特斯拉在最新财报中说,全球市场对Models全电动汽车的需求增长较快,公司今年将交付3.5万辆。目前特斯拉的生产能力是每周近700辆,今年年底有望增至每周1000辆。

    松下曾在2010年向特斯拉投资3000万美元,成为其股东之一。并且于2011年达成战略协议,将负责特斯拉今后5年全部车辆的电池供应。

    电池行业人士告诉记者,鉴于特斯拉和松下在三元材料电池方面的合作,再加上特斯拉建设超级电池厂这一大手笔。未来,三元材料电池将进入一个全新的发展高峰。

    值得注意的是,除了特斯拉MODEL S,有消息称雪佛兰Volt 沃蓝达汽车采用的是LG化学提供的三元正极材料电池。电池保质期达到8年,行程可达16万公里左右。2011年,雪佛兰Volt 沃蓝达从位于上海金桥的通用汽车中国总部出发,途经多种路况,完成了约248公里省道的不间断行驶,也在一定程度上证明了这种电池高效的性能。

    “虽然国内电动车厂商(比如比亚迪)主流观点仍是坚持采用磷酸铁锂(材料制造商如天津斯特兰科技)电池,但也有部分电池厂商明显踏上了追随日韩企业的步伐,把重点对准了三元材料。”有研究人士说。

可以预见,未来随着电动汽车的普及,三元材料的需求量必将进一步上升。而且,三元材料还将在复合电池材料中占据一席之地,以更好地平衡成本和性能。

    日韩技术领先 国内企业忙追赶

从全球范围来看,各方对三元材料的研发生产都在不断推进。在这个过程中,材料性能大幅提升,应用领域也一再拓展。

    2009年8月,美国总统奥巴马宣布用24亿美元支持企业发展“下一代”电池和电动车计划,三元材料电池生产企业被纳入补贴范围。

2012年2月,我国工信部发布的《新材料产业“十二五”发展规划》中,提出到2015年将新增正极材料产能4.5万吨/年,将组织开发包含高效率、大容量、长寿命、安全性能能的镍钴锰三元系电池正极材料。

不过截至目前,高端三元材料生产技术主要集中在日韩企业中。一些知名电池厂商从2010年就开始全面使用三元材料。

    有资料称,日本的三元材料电池性能甚至已接近于钴酸锂电池。能得到特斯拉的青睐,也证明了日本厂商提供的三元材料具备高品质。从供应角度来看,日亚化学、韩国L&F、比利时UMICORE这三家公司是全球锂电池正极材料主要供应商,2012年上述3家企业市场份额合计为36%。国内三元材料生产从2005年左右起步,截至目前也已出现了10家左右规模企业,其中不乏上市公司。不少企业长期与日韩电池企业保持上下游合作关系,也有企业获得美国3M公司授权代工,总体而言,这些企业在三元材料技术制造和应用领域方面仍面临较大的局限,几乎没有产品面向动力电池领域,难与日韩企业正面对抗。

    最近一则新闻显示,中国企业终于也开始涉足动力电池领域。再生资源龙头企业格林美近日公告称,该公司控股子公司江苏凯力克钴业股份有限公司以现金5298.2万元收购清美化学株式会社、长濑产业株式会社、上海信铭国际贸易有限公司合计持有的清美通达锂能59%的股权。

    而清美通达锂能研发的重点方向就包括三元正极材料。而公司高管不久前曾透露,镍钴锰三元电池材料项目已在进行中,并且看好三元材料在新能源汽车领域的应用。

来源: OFweek电子工程网

7、锂离子电池之痛:铅酸电池仍成主流?

    铅酸电池市场供求与变动分析锂电何时全面取代?

    市场供求状况及其变动原因

    随着国家相关产业的拉动和国外电池生产厂商在华投资增多,2005-2009年中国铅酸电池行业平均增长速度达到30%;中国目前是全球最大的铅酸蓄电池生产国和最大的铅酸蓄电池消耗国,2009年行业总产量1.2亿KVAh,占全世界铅酸蓄电池总产值约1/3;2009年中国铅酸蓄电池直接出口额12亿美元,中国成为世界上最大的铅酸蓄电池出口国,但由于受到金融危机的影响,铅酸蓄电池出口量同比减少40%左右。根据工信部统计,2010年铅酸蓄电池产量达到14,416.60万KVAh,同比增长17.3%,出口额也开始大幅回升。根据Wind资讯统计数据,2011年全国铅酸蓄电池产量为14,229.73万KVAh,同比下降1.3%;2012年,我国铅酸蓄电池累计产量17,486.22万KVAh,同比增长22.9%;2013年,我国铅酸蓄电池累计产量为20,502.74万KVAh,同比增长17.3%。