電動汽車鋰電池管理系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)
自放電現(xiàn)象(Self-Discharge):電池在不工作時由于內(nèi)部的電化學反應造成的電池容量下降的現(xiàn)象。通常與時間和環(huán)境溫度有關(guān),環(huán)境溫度越高自放電現(xiàn)象越明顯,所以在一段時間不用電池要定期對電池進行補充電,并在適宜的溫度和濕度下進行保存。
歷史檔案:電池自出廠以來的關(guān)鍵數(shù)據(jù),如電池出廠日期、標稱容量、使用總安時數(shù)和過充過放記錄等信息。
電池運行狀態(tài)SOR(State Of Running):為了評價電池在充放電過程中所表現(xiàn)出的性能,而給出電池的運行表現(xiàn)評估值。SOR分為1到10十級,SOR為10表示電池運行性能很好,為1表示電池的運行性能非常差,急需更換。
電池健康程度DOH(Degree Of Health):為了評價綜合電池性能而給出一個健康程度評估值。DOH分為1到10十級,DOH為(7-10)表示電池性能正常,為(4-6)表示電池需要維護,為(1-3)表示的電池性能很差應更換。
1.2鋰離子電池的特點
鋰電池是一種以金屬鋰或含有鋰物質(zhì)為負極的化學電源的總稱。它是近十幾年來獲得發(fā)展的新型高比能量電池體系。以鋰、鈉等活潑金屬作為電池的負極的設(shè)想最早是美國加州大學的一位研究生于1958年提出的。到了七十年代,日本松下電氣公司的福田雅太郎首先發(fā)明了鋰氟化碳電池并獲得應用,從此,鋰電池逐漸從實驗的研究,走向了實用化和商品化。由于鋰電池出色的性能,各國都競相開發(fā)出各種新型的鋰電池以滿足軍事和消費方面的需要,如鋰碘電池(1972)、鋰鉻酸電池(1973)、鋰二氧化硫電池(1974)、鋰亞酸酰氯電池(1974)、鋰氧化銅電池(1975)、鋰二氧化錳電池(1976)、鋰二硫化鉬蓄電池(1989)、鋰離子蓄電池(1991)和鋰二氧化錳蓄電池(1994)等。尤其是90年代初,日本索尼能源技術(shù)公司發(fā)明和推出的高比能量、長壽命的鋰離子蓄電池,極大的促進了鋰電池工業(yè)的發(fā)展。
鋰離子電池有許多優(yōu)越特性,比如高能量,較高的安全性,工作溫度范圍寬,工作電壓平穩(wěn)、貯存壽命長(相對其他的蓄電池)。從安全性來講,鋰離子電池要比其他蓄電池安全的多。特別是采取了控制措施后,鋰離子電池的安全性有了很大的保證,電池經(jīng)過過充、短路、穿刺、沖擊(壓)等濫用實驗(ABUSE TEST),均無危險發(fā)生。鋰離子電池與Cd-Ni,MH-Ni電池一樣,可以快速充電,且無記憶效應,遠比Cd-Ni電池優(yōu)越;它的自放電率遠比MH-Ni電池低。從環(huán)境保護的角度看,世界環(huán)境保護組織早已把鎘(Cd)、汞(Hg)、鉛(Pb)三種元素列為有害物質(zhì)。因此含有這三種元素的電池的使用受到了限制,特別是在歐洲,有些政府大幅度提高了某些電池的環(huán)境稅,與之相比,鋰離子電池則不存這些問題。
當然,鋰離子電池也有一些缺點,比如低溫放電率不高,電池的價格也比較高等。
1.3鋰離子電池在電動車上的應用
為了推動和支持電動車的研究試制工作,美國早在90年代初就成立了“先進電池協(xié)會(USABC)”負責為電動車提供電池。該機構(gòu)為扶持電動車用電池(主要是鋰離子電池)的研制,先后投資2.6億美元,其中向美國SAFT公司投資1180萬美元,用以開發(fā)鋰離子電池,向加拿大魁北克公司投入8500萬美元,用以開發(fā)鋰離子電池和鋰聚合物電池;另外,還向Duracell及其合作伙伴德國Varta公司投入了1450萬美元,開發(fā)鋰離子電池,其技術(shù)指標要求如下表:日本政府也投資了1億美元,并制定了一項叫做LIBES的計劃,開發(fā)用于電動車的鋰離子電池。
在各國政府的支持下,不同性能的電動車先后亮相。首先是日本索尼公司于1995年推出了以鋰離子電池為動力的電動車。該車重1.7T,載4個人,每次充電可以行駛200km.最大時速可達120km,從零啟動加速到80km/h只需要12s;該車的動力電源是由96只尺寸為67*410mm以LiCoO2為正極的的鋰離子電池組成的,每只電池的容量為100Ah,整個電源系統(tǒng)的比能量達到了110Wh/kg,能量密度達到250Wh/l.繼索尼公司之后,日本三菱公司于1996年推出了電動車,該車以LiMn 2 O 4為正極的的鋰離子電池為電源,一次行駛可達250km.之后又有三菱重工、本田、尼桑等均有電動車亮相,并于1997年初正式銷售以鋰離子電池為動力的電動車。繼日本之后,美國和歐洲的一些公司也相繼推出了自己研制的以鋰離子電池為動力的電動車。
電動車作為一種未來的交通工具,在進入市場方面,必然要同傳統(tǒng)的交通工具-燃油汽車進行競爭,這就對電動車在價格和性能方面提出了一定的要求,就車的性能來講,電動車的續(xù)駛里程,加速性能,爬坡能力等比較為大家關(guān)注,這些方面都很大程度上取決于作為動力的電池的性能。對電池性能的要求一般集中在,能量密度,功率密度,循環(huán)壽命等方面,業(yè)界一般都以USABC的規(guī)劃作為參考,具體指標如下:
經(jīng)過10多年的研究和發(fā)展,鋰離子蓄電池的生產(chǎn)技術(shù)逐漸成熟,在功率強度和循環(huán)壽命方面已經(jīng)接近或達到了USABC的中期目標,與傳統(tǒng)的鉛酸和鎳氫蓄電池相比較,鋰離子蓄電池的功率強度有比較大的優(yōu)勢,見圖1.2:
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