Анализ технологии зарядки свинцово-кислотных аккумуляторов и литий-ионных аккумуляторов для электромобилей

Аккумуляторы - одна из ключевых технологий в электромобилях. Когда Гюстав Трув построил первый в мире электрический трехколесный велосипед в 1881 году, он питался от свинцово-кислотных аккумуляторов. В настоящее время все еще существует много гибридных электромобилей и чисто электромобилей, использующих свинцово-кислотные батареи нового поколения. За последнее десятилетие литий-ионные аккумуляторные батареи стали применяться в производстве электромобилей, и все больше и больше демонстрируют их преимущества.

Американский ученый Джамкас предложил теорему о приемлемом токе заряда батареи посредством большого количества экспериментов: 1) для любого заданного тока разряда принятый ток заряда батареи пропорционален квадратному корню из высвободившейся емкости; 2) для любой глубины разряда коэффициент принятия заряда аккумулятора пропорционален логарифму тока разряда, который можно увеличить, увеличивая ток разряда; 3) батарея разряжается несколькими скоростями разряда, и ее ток приема является суммой тока приема каждой скорости разряда. Другими словами, допустимый зарядный ток батареи может быть улучшен за счет разряда. Когда приемлемость зарядки аккумулятора снижается, разряд может быть добавлен в процесс зарядки для улучшения приемлемости.

Производительность и срок службы автомобильного аккумулятора зависит от многих факторов, помимо его собственных параметров, таких как качество пластины аккумулятора, концентрация электролита и т. Д. Существуют также внешние факторы, такие как параметры заряда и разряда аккумулятора. аккумулятор, включая режим зарядки, напряжение в конце зарядки, ток заряда и разряда, глубину разряда и т. д. Это затрудняет для BMS оценку фактической емкости батареи и SOC, и необходимо учитывать многие переменные. Система управления аккумулятором гибридного электромобиля WG6120HD основана на управлении значениями SOC. SOC (stateofcharge) относится к состоянию изменения параметра заряда, который участвует в реакции внутри батареи, что отражает остаточную емкость батареи. Это сформировало единое понимание внутри страны и за рубежом.

Свинцово-кислотные батареи

Свинцово-кислотный аккумулятор представляет собой очень сложную химическую реакционную систему. Внешние факторы, такие как величина тока заряда и разряда, а также рабочая температура, влияют на производительность аккумулятора. Это ключевая технология для расчета значения SOC аккумулятора и определения режима работы автомобиля в соответствии с его состоянием и другими параметрами.

Свинцово-кислотный аккумулятор имеет самую долгую историю применения, а также является наиболее зрелым и недорогим аккумулятором, который достиг массового производства. Но он имеет низкую удельную энергию, высокую скорость саморазряда и малый срок службы. На данный момент основная проблема - это короткий ход одного заряда. Недавно разработанные цилиндрические герметичные свинцово-кислотные батареи третьего поколения и герметичные свинцово-кислотные батареи четвертого поколения TMF (фольгированный электрод) используются в электромобилях EV и HEV. В частности, преимущество низкого импеданса батареи VRLA третьего поколения позволяет контролировать омическое тепло в процессе быстрой зарядки и продлевать срок службы батареи.

Импульсно-фазовый метод быстрой зарядки постоянного тока может быть хорошо адаптирован к свинцово-кислотной аккумуляторной батарее гибридного электромобиля в изгнанном состоянии подстанции, время зарядки короткое, так что состояние заряда аккумулятора всегда поддерживается в диапазоне требований 50-80%. . Тесты показали, что зарядка аккумулятора с 50% до 80% занимает всего 196 секунд. Этот метод зарядки в основном соответствует кривой приемки аккумулятора. Повышение температуры батареи небольшое, что приводит к меньшему количеству газа, небольшому влиянию давления и короткому времени зарядки.

Оптимальный метод зарядки заключается в том, что зарядный ток всегда следует собственной кривой приемки зарядки. В процессе зарядки скорость приема заряда остается неизменной. С увеличением времени зарядный ток уменьшается в соответствии с характеристической кривой приемки заряда (экспоненциальной кривой), так что время зарядки является самым коротким. Метод импульсной деполяризационной зарядки может обеспечить быструю и эффективную зарядку, но оборудование дорогое и не подходит для некоторых аккумуляторов.

Новая батарея VRLA для электромобилей, разработанная японской компанией с характеристиками напряжения мономера 2 В и 4 В, имеет конструкцию с обедненной жидкостью и горизонтальной пластиной. Расстояние между рисовыми пластинами очень мало, и на них не будет слоев электролита. Пластинчатый материал движется вниз и блокируется электродной пластиной, и на дне батареи не происходит скопления пластинчатого материала.

Компания Ectreosorce 12 vl12a h. аккумулятор электромобилей уровень использования, скорость разряда в 3 часа качества, чем энергия для 50 Вт · 11 / кг, 80% Ⅸ) D (глубина разряда) срок службы более 900 раз.

Свинцово-кислотные аккумуляторы для электромобилей немецкой солнечной компании разработаны с коллоидным электролитом, а ожидаемый срок службы аккумуляторов 6 В и 160 А · ч может достигать 4 лет после обнаружения, с преимуществами большой теплоемкости и небольшого повышения температуры.

В 1994 году американская компания Arias выпустила биполярные свинцово-кислотные аккумуляторы для электромобилей, конструкция которых уникальна. Рабочий ток ячейки перпендикулярен плоскости электрода и проходит через тонкий двойной электрод, поэтому он имеет очень небольшое омическое сопротивление. Технические параметры биполярной свинцово-кислотной аккумуляторной батареи для электромобилей, разработанной компанией BPC в США, следующие: комбинированное напряжение 180 В, емкость аккумулятора 60 А · ч, удельная энергия скорости разряда 50 Вт · час / кг. , а срок службы может достигать 1000 раз.

Швеция OPTLMA ролл электромобиль свинцово-кислотная аккумуляторная батарея, емкость продукта 56A · ч, пусковая мощность может достигать 95 кВт, чем обычная 195A · ч VRLA аккумуляторная мощность запуска даже больше, а объем на четверть меньше.

Литий-ионные аккумуляторы

Характеристики и цена литий-ионного аккумулятора тесно связаны с материалами его положительного электрода, в общем, материалы положительного электрода должны соответствовать:? в необходимом диапазоне потенциалов заряда и разряда, с электрохимической совместимостью раствора электролита; Умеренная кинетика электродного процесса; (3) высокая обратимость; Состояние лития на воздухе хорошее. С развитием литий-ионных аккумуляторов постоянно проводятся исследования высокоэффективных и недорогих анодных материалов. В настоящее время исследования в основном сосредоточены на оксиде лития-кобальта, оксиде лития-никеля, оксиде лития и лития-марганца оксида переходного металла, оксида лития-кобальта (LiCoO2) относятся к структуре типа NaFeO2 со структурой 2-го слоя, подходящей для лития. ионный встроенный. Его технология приготовления проста, стабильна, имеет высокую удельную емкость и хорошие циклические характеристики, его синтетические методы в основном относятся к высокотемпературному твердому методу и низкотемпературному твердому методу, а также методу осаждения щавелевой кислоты, золь-гель-методу, методу холода и горячий, мягкий химический метод, такой как органический гибридный метод. Оксид лития-марганца представляет собой модификацию традиционных анодных материалов. В настоящее время широко используется шпинель LixMn2O4. Он имеет трехмерную туннельную структуру, которая больше подходит для блокировки ионов лития. Богатый сырьем, низкая стоимость, отсутствие загрязнения, устойчивость к перезарядке и лучшая термическая безопасность, требования к безопасности устройства защиты батареи относительно низкие, считается наиболее потенциальным развитием анодного материала литий-ионных аккумуляторов.

В 1990-х годах японская компания SONY впервые разработала литиевую батарею для электромобилей, которая в то время была сделана из материала на основе оксида лития-кобальта, который был негорючим и взрывоопасным. В настоящее время китайская компания shin-guo unita guli power supply co., Ltd. разработала литиевую батарею емкостью 100 Ач с манганатом лития в качестве материала положительного электрода, которая решает проблему нехватки литиево-кобальтовой батареи.

По состоянию на октябрь 2006 года в мире насчитывается более 20 автомобильных компаний, занимающихся исследованиями и разработками литий-ионных аккумуляторов. Например, Fuji Heavy Industries сотрудничала с NEC для разработки дешевой одноэлементной марганцево-литиево-ионной батареи (то есть Toshiba разработала литий-ионный аккумулятор с быстрой перезарядкой, в дополнение к характеристикам малой и большой емкости, использование нано- Технология фиксации гомогенизации частиц, может обеспечить равномерную адсорбцию иона лития на катоде батареи, может быть заряжена до 80% своей емкости за одну минуту, а затем через шесть минут может быть полностью заряжена.Главная аккумуляторная установка JohnsonControls для характеристик спроса на электромобиль литий-ионных аккумуляторов в сентябре 2005 г. открыла научно-исследовательские центры в Милуоки, штат Висконсин, в январе 2006 г., еще 50% профинансировала и французская фабрика Saft JohnsonControls создала SaftAdvancedPowerSolution (JCS). JCS в августе 2006 г., во главе которой стояло министерство энергетики США ( DOE) 2 года USABC (UnitedStatesAdvancedBatteryConsortium) исследование чистого электромобиля и контракт на разработку литий-ионного аккумулятора, обеспечение высокой мощности лития ионный аккумулятор m. Уровень исследований литий-ионных аккумуляторов в Китае превысил долгосрочную цель, установленную USABC в 2010 году. С 1997 года звездная константа Сучжоу в качестве национальной демонстрационной базы проекта индустриализации литий-ионных аккумуляторов, его исследования и разработки аккумуляторных батарей прошли Сертификация испытаний американской UL и европейской независимой организации ExtraEnergy, а в Сучжоу для строительства первой линии по производству литий-ионных аккумуляторов и плавного пробного производства необходимо реализовать серийное производство.

Во время Олимпийских игр 2008 года в Пекине 50 литий-ионных электрических автобусов длиной 12 метров эксплуатировались в центральной зоне Олимпийских игр, что стало первым в мире широкомасштабным использованием электробусов на литиево-ионных аккумуляторах. Время зарядки электрического автобуса долгое, оно должно гарантировать, что работа электромобиля не отключается: электромобили в зарядную станцию, два робота, чтобы вынуть аккумулятор в автомобильном шасси, оставаться в канале, а затем вынимать его из залил канал полностью заряженного аккумулятора, он в шасси электромобиля, весь процесс занимает всего 8 минут.

Французские компании Citroen, Renault и Peugeot завершили пользовательские испытания своих электромобилей, работающих от литий-ионных аккумуляторов. Бордо - один из городов демонстрации и применения электромобилей во Франции, с 500 электромобилями различных типов, которые в основном используются в муниципальных транспортных средствах и электрических микроавтобусах, а также 20 автостоянками с вспомогательными зарядными устройствами для электромобилей, 16 из которых оснащены устройства быстрой зарядки. Процесс зарядки литиевой батареи отличается от процесса зарядки свинцово-кислотной батареи. Зарядное устройство Lipo имеет очень маленький чип с очень небольшим количеством внешних компонентов, а поскольку сам чип очень маленький (2 мм 3 мм), все зарядное устройство очень маленькое. Батарея Lipo заряжается, когда напряжение батареи очень низкое (0. При 5 В), заряжайте небольшим током, и типичное значение этого тока меньше 0,1 C, если напряжение достаточно высокое, но ниже 4. При 2 В , аккумулятор заряжается постоянным током. Большинство производителей указывают ток в 1С во время этого процесса, и напряжение на батарее не будет превышать 4. При 2В в течение периода постоянного напряжения ток, проходящий через батарею, будет медленно падать, в то время как зарядка батареи продолжается. Напряжение АКБ до 4. При 2В ток заряда падает до нуля. При 1С аккумулятор заряжается примерно до 80 ~ 90%, а затем преобразуется в постоянный заряд. В зарядном устройстве можно настроить два параметра: нормальный зарядный ток и постоянный зарядный ток (когда аккумулятор «заряжен»). Следует отметить, что зарядный ток следует тщательно выбирать, а зарядный ток должен быть ниже максимального, рекомендованного производителем.

В настоящее время свинцово-кислотные аккумуляторы в основном используются в батареях электромобилей во Франции, а литий-ионные электромобили второго поколения введены в опытную эксплуатацию. Зарядное устройство электромобиля работает в режиме кондуктивной зарядки. Режим кондуктивной зарядки включает в себя обычное зарядное устройство и устройство быстрой зарядки. Обычная зарядка обеспечивается стандартным гражданским интерфейсом питания переменного тока с помощью зарядных устройств с простой функцией защиты от утечки. Полная зарядка электромобилей с помощью бортового зарядного устройства занимает 6-7 часов, что имеет множество применений. Быстрая зарядка обеспечивается выходом постоянного тока зарядного устройства для быстрой зарядки электромобилей. Электромобиль с остаточной мощностью 25% можно зарядить за 25 минут. Есть несколько приложений для быстрой зарядки.

Зарядные устройства имеют унифицированный интерфейс зарядки, а стандартный интерфейс питания переменного тока является одним из важных технических направлений. Используя обычную бытовую розетку и специальный зарядный кабель со специальной вилкой, он может обеспечивать переменным током электромобили, оснащенные бортовой зарядкой.

Требуется дальнейшее развитие технологии литий-ионных аккумуляторов. (1) в настоящее время большинство литий-ионных аккумуляторов для чистых электромобилей, публикуемых различными предприятиями, представляют собой данные лабораторных испытаний, такие как характеристики разгона, время зарядки, непрерывный пробег и т. Д., Которые необходимо дополнительно проверять на надежность и качество массового производства контроль при реальной эксплуатации в сложной внешней среде. (2) материал диафрагмы, необходимый для литий-ионной батареи, не получил значительного прорыва, а его цена высока, составляя более 30% стоимости силовой батареи. Если на этом материале будет реализована технология масштабного производства, стоимость может быть значительно снижена.

Страница содержит содержимое машинного перевода.