Analyse der Ladetechnologie für Blei-Säure-Batterien und Lithium-Ionen-Batterien für Elektrofahrzeuge

Power-Batterien sind eine der Schlüsseltechnologien in Elektrofahrzeugen. Als GustaveTrouve 1881 das erste elektrische Dreirad der Welt baute, wurde es mit Blei-Säure-Batterien betrieben. Derzeit gibt es noch viele Hybrid-Elektrofahrzeuge und reine Elektrofahrzeuge, die eine neue Generation von Blei-Säure-Batterien verwenden. In den letzten zehn Jahren wurden bei der Herstellung von Elektrofahrzeugen Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt, die immer mehr ihre Vorteile zeigen.

Der amerikanische Gelehrte Jamcas schlug den akzeptablen Stromsatz des Batterieladens durch eine große Anzahl von Experimenten vor: 1) Für jeden gegebenen Entladestrom ist der akzeptierte Strom des Batterieladens proportional zur Quadratwurzel der freigegebenen Kapazität; 2) für jede Entladungstiefe ist das Ladungsakzeptanzverhältnis einer Batterie proportional zum Logarithmus des Entladestroms, der durch Erhöhen des Entladestroms erhöht werden kann; 3) Eine Batterie wird mit mehreren Entladeraten entladen, und ihr Empfangsstrom ist die Summe des Empfangsstroms jeder Entladerate. Das heißt, der ladungsannehmbare Strom der Batterie kann durch Entladen verbessert werden. Wenn die Akzeptanz des Batterieladens abnimmt, kann beim Laden eine Entladung hinzugefügt werden, um die Akzeptanz zu verbessern.

Die Leistung und Lebensdauer der Autobatterie hängt neben ihren eigenen Parametern wie der Qualität der Batterieplatte, der Elektrolytkonzentration usw. von vielen Faktoren ab. Es gibt auch externe Faktoren wie die Lade- und Entladeparameter der Batterie, einschließlich Lademodus, Spannung am Ende des Ladevorgangs, Lade- und Entladestrom, Entladungstiefe usw. Dies macht es für BMS schwierig, die tatsächliche Kapazität von Batterie und Ladezustand abzuschätzen, und viele Variablen müssen berücksichtigt werden. Das Batteriemanagementsystem für Hybrid-Elektrofahrzeuge WG6120HD basiert auf der Verwaltung von SOC-Werten. SOC (Stateofcharge) bezieht sich auf den Änderungszustand des Ladeparameters, der an der Reaktion innerhalb der Batterie teilnimmt und die Restkapazität der Batterie widerspiegelt. Dies hat zu einem einheitlichen Verständnis im In- und Ausland geführt.

Blei-Säure-Batterien

Blei-Säure-Batterie ist ein sehr komplexes chemisches Reaktionssystem. Externe Faktoren wie die Größe des Lade- und Entladestroms und seine Betriebstemperatur beeinflussen die Leistung des Akkus. Es ist eine Schlüsseltechnologie, um den SOC-Wert der Batterie zu berechnen und den Fahrmodus des Fahrzeugs anhand des Fahrzustands des Fahrzeugs und anderer Parameter zu bestimmen.

Blei-Säure-Batterie hat die längste Anwendungsgeschichte und ist auch die ausgereifteste und kostengünstigste Batterie, die eine Massenproduktion erreicht hat. Es hat jedoch eine niedrige spezifische Energie, eine hohe Selbstentladungsrate und eine geringe Lebensdauer. Derzeit ist das Hauptproblem der kurze Hub einer Ladung. Kürzlich entwickelte zylindrisch versiegelte Blei-Säure-Batterien der dritten Generation und versiegelte Blei-Säure-Batterien der TMF (Folienspulenelektrode) der vierten Generation wurden in Elektrofahrzeugen für Elektrofahrzeuge und HEV verwendet. Insbesondere der niederohmige Vorteil der VRLA-Batterie der dritten Generation kann die ohmsche Wärme im Schnellladevorgang steuern und die Batterielebensdauer verlängern.

Das pulsphasengesteuerte Konstantstrom-Schnelllademethode kann im Exilzustand des Umspannwerks gut an die Blei-Säure-Batterie des Hybrid-Elektrofahrzeugs angepasst werden. Die Ladezeit ist kurz, so dass der Ladezustand des Batterie-SOC immer im Bereich von 50-80% Anforderungen gehalten wird . Tests haben gezeigt, dass das Laden eines Akkus von 50% C auf 80% C nur 196 Sekunden dauert. Diese Lademethode entspricht im Wesentlichen der Akzeptanzkurve des Akkus. Der Temperaturanstieg der Batterie ist gering, was zu weniger Gas, geringem Druckeffekt und kurzer Ladezeit führt.

Die optimale Lademethode besteht darin, dass der Ladestrom immer der inhärenten Ladungsakzeptanzkurve folgt. Während des Ladevorgangs bleibt die Akzeptanzrate des Ladevorgangs unverändert. Mit zunehmender Zeit nimmt der Ladestrom entsprechend der inhärenten Ladeakzeptanzkurve (Exponentialkurve) ab, so dass die Ladezeit am kürzesten ist. Das pulsdepolarisierende Lademethode kann ein schnelles und effizientes Laden erreichen, aber die Ausrüstung ist teuer und für einige Batterien nicht geeignet.

Eine neue VRLA-Batterie für Elektrofahrzeuge, die von einem japanischen Unternehmen entwickelt wurde und deren Spannungsspezifikationen Monomer 2V und 4V sind, verwendet das Design mit magerer Flüssigkeit und horizontaler Platte. Der Abstand zwischen den Reisplatten ist sehr klein und es tritt keine Elektrolytschicht auf. Das Plattenmaterial bewegt sich nach unten und wird von der Elektrodenplatte blockiert, und am Boden der Batterie sammelt sich kein Plattenmaterial an.

Ectreosorce Unternehmen 12 vl12a h. Batterie Elektrofahrzeuge verwenden Niveau, die Entladungsrate in 3 Stunden Qualität als die Energie für die 50 w · 11 / kg, 80% Ⅸ) D (Entladungstiefe) die Zykluslebensdauer von mehr als 900 mal.

Blei-Säure-Batterien für Elektrofahrzeuge des deutschen Sonnenunternehmens sind mit kolloidalem Elektrolyten ausgelegt, und die Lebenserwartung von 6V- und 160A · h-Batterien kann 4 Jahre nach der Erkennung erreichen, mit den Vorteilen einer großen Wärmekapazität und eines geringen Temperaturanstiegs.

1994 brachte das amerikanische Unternehmen Arias die bipolare Blei-Säure-Batterie für Elektrofahrzeuge auf den Markt, deren Strukturtechnologie einzigartig ist. Der Betriebsstrom der Zelle verläuft nur senkrecht zur Elektrodenebene und durchläuft eine dünne Doppelelektrode, sodass sie nur einen sehr geringen ohmschen Widerstand aufweist. Die technischen Parameter der von der Firma BPC in den USA entwickelten bipolaren Blei-Säure-Batterie für Elektrofahrzeuge sind wie folgt: Die kombinierte Spannung beträgt 180 V, die Batteriekapazität beträgt 60 A · h, die spezifische Energie der Entladungsrate beträgt 50 W · h / kg und die Zykluslebensdauer kann das 1000-fache erreichen.

Schweden OPTLMA Roll Elektrofahrzeug Blei-Säure-Batterie, Produktkapazität von 56A · h, die Startleistung kann 95 kW erreichen, als die gewöhnliche 195A · h VRLA-Batterie Startleistung ist noch größer und das Volumen von einem Viertel kleiner.

Lithium-Ionen-Batterien

Die Eigenschaften und der Preis eines Lithium-Ionen-Akkus hängen eng mit seinen positiven Elektrodenmaterialien zusammen. Im Allgemeinen sollten positive Elektrodenmaterialien Folgendes erfüllen :? im erforderlichen Bereich des Lade- und Entladepotentials mit elektrochemischer Verträglichkeit der Elektrolytlösung; Die moderate Kinetik des Elektrodenprozesses; (3) hohe Reversibilität; Von allen Lithiumzuständen in der Luft ist die Stabilität gut. Mit der Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien wird kontinuierlich nach hochleistungsfähigen und kostengünstigen Anodenmaterialien gesucht. Gegenwärtig konzentrierte sich die Forschung hauptsächlich auf Lithiumkobaltoxid, Lithiumnickeloxid, Lithium- und Lithiummanganoxid des Übergangsmetalloxids. Lithiumkobaltoxid (LiCoO2) gehört zur Struktur vom NaFeO2-Typ mit einer für Lithium geeigneten 2D-Schichtstruktur Ion eingebettet. Seine Herstellungstechnologie ist einfach, stabile Leistung, hohe spezifische Kapazität und gute Zyklusleistung, seine Syntheseverfahren sind hauptsächlich im Hochtemperatur-Feststoffverfahren und im Niedertemperatur-Feststoffverfahren und im Oxalsäure-Fällungsverfahren, im Sol-Gel-Verfahren, im Kalt- und im Verfahren heiße, weiche chemische Methode wie die organische Hybridmethode. Lithiummanganoxid ist eine Modifikation traditioneller Anodenmaterialien. Derzeit ist Spinell LixMn2O4 weit verbreitet. Es hat eine dreidimensionale Tunnelstruktur, die sich besser zum Löschen von Lithiumionen eignet. Reich an Rohstoffen, geringen Kosten, ohne Umweltverschmutzung, Überladungsbeständigkeit und besserer thermischer Sicherheit, ist die Sicherheit der Anforderungen an Batterieschutzvorrichtungen relativ gering und wird als die potenziellste Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterieanodenmaterial angesehen.

In den 1990er Jahren entwickelte das japanische Unternehmen SONY erstmals die Lithiumbatterie für Elektrofahrzeuge, die zu dieser Zeit aus Lithium-Kobaltoxid-Material hergestellt wurde, mit dem Nachteil, dass sie brennbar und explosiv ist. Derzeit ist Chinas Shin-Guo Unita Guli Power Supply Co., Ltd. hat eine 100-Ah-Lithiumbatterie mit Lithiummanganat als positivem Elektrodenmaterial entwickelt, die den Mangel an Lithiumkobaltbatterien behebt.

Seit Oktober 2006 gibt es weltweit mehr als 20 Automobilunternehmen für die Forschung und Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien. Zum Beispiel hat die Fuji-Schwerindustrie mit NEC zusammengearbeitet, um eine billige Einzelzell-Mangan-Lithium-Ionen-Batterie (Cell) zu entwickeln (dh Toshiba hat einen schnell wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Akku entwickelt, zusätzlich zu den kleinen, großen Kapazitätseigenschaften, der Verwendung von Nano- Die Partikelhomogenisierungs-Fixierungstechnologie kann die Lithiumionenadsorption gleichmäßig an der Batteriekathode bewirken, kann in einer Minute auf 80% ihrer Kapazität aufgeladen und nach sechs Minuten vollständig aufgeladen werden. Das Hauptbatteriewerk JohnsonControls für die Nachfrage nach Eigenschaften von Elektroautos der Lithium-Ionen-Batterie im September 2005 errichtete F & E-Standorte in Milwaukee, Wisconsin, im Januar 2006, eine weitere Finanzierung von 50% und die französische Fabrik Saft JohnsonControls - schuf SaftAdvancedPowerSolution (JCS). JCS im August 2006, dominiert vom US-Energieministerium ( DOE) 2 Jahre USABC (UnitedStatesAdvancedBatteryConsortium) Forschung und Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterie-Projektverträgen für reine Elektrofahrzeuge, Bereitstellung von Hochleistungslithiu m ion Batterie. Das Forschungsniveau der Lithium-Ionen-Batterie in China hat das von USABC für 2010 festgelegte langfristige Ziel übertroffen. Seit 1997 ist die Forschung und Entwicklung der Power-Batterie für die Industrialisierung des Lithium-Ionen-Batterie-Demonstrationsprojekts erfolgreich Die amerikanische UL- und europäische unabhängige Organisation ExtraEnergy testzertifizierung und in Suzhou, um die erste Produktionslinie für Lithium-Ionen-Akkus zu bauen und reibungslos zu produzieren, muss die Serienproduktion realisiert werden.

Während der Olympischen Spiele 2008 in Peking waren im zentralen Bereich der Olympischen Spiele 50 12 Meter lange Lithium-Ionen-Elektrobusse im Einsatz, was den weltweit ersten Einsatz von Lithium-Ionen-Batterie-Elektrobussen in großem Maßstab darstellt. Die Ladezeit des Elektrobusses ist lang, um sicherzustellen, dass der Betrieb des Elektroautos nicht unterbrochen wird: Elektroautos in die Ladestation, zwei Roboter, um den Akku im Fahrgestell des Autos herauszunehmen, im Kanal zu bleiben und ihn dann abzunehmen hat Kanal voll geladene Batterie gefüllt, es im Elektrofahrzeug-Chassis dauert der gesamte Vorgang nur 8 Minuten.

Frankreichs Citroen, Renault und Peugeot haben Benutzertests ihrer mit Lithium-Ionen-Batterien betriebenen elektrischen Nutzfahrzeuge abgeschlossen. Bordeaux ist eine der Demonstrations- und Anwendungsstädte für Elektroautos in Frankreich mit 500 Elektroautos verschiedener Typen, die hauptsächlich in kommunalen Fahrzeugen und Kleinbussen eingesetzt werden, und 20 Parkplätzen mit unterstützenden Ladeeinrichtungen für Elektroautos, von denen 16 ausgestattet sind Schnellladegeräte. Der Ladevorgang der Lithiumbatterie unterscheidet sich von dem der Blei-Säure-Batterie. Das Lipo-Ladegerät hat einen sehr kleinen Chip mit sehr wenigen externen Komponenten. Da der Chip selbst sehr klein ist (2 mm bis 3 mm), ist das gesamte Ladegerät sehr klein. Der Akku von Lipo wird geladen, wenn die Batteriespannung sehr niedrig ist (0. Wenn 5 V), mit einem kleinen Strom aufgeladen, und der typische Wert dieses Stroms liegt unter 0. 1C, wenn die Spannung hoch genug ist, aber unter 4. Bei 2V wird der Akku mit konstantem Strom aufgeladen. Die meisten Hersteller geben während dieses Vorgangs einen Strom von 1 ° C an, und die Spannung an der Batterie wird 4 nicht überschreiten. Bei 2 V fällt der Strom, der durch die Batterie fließt, während einer konstanten Spannungsperiode langsam ab, während die Batterieladung fortgesetzt wird. Batteriespannung bis 4. Bei 2V fällt der Ladestrom auf Null ab. Bei 1 ° C wird der Akku zu etwa 80 bis 90% aufgeladen und dann in eine Erhaltungsladung umgewandelt. Im Ladegerät können zwei Parameter eingestellt werden: normaler Ladestrom und Erhaltungsladestrom (wenn der Akku "voll" ist). Es ist zu beachten, dass der Ladestrom sorgfältig ausgewählt und der Ladestrom unter dem vom Hersteller empfohlenen Maximum gehalten werden sollte.

Gegenwärtig werden Blei-Säure-Batterien hauptsächlich in den Power-Batterien von Elektroautos in Frankreich verwendet, und die Lithium-Ionen-Elektroautos der zweiten Generation wurden getestet. Das Ladegerät seines Elektrofahrzeugs nimmt den Leitungslademodus an. Der Leitungslademodus umfasst ein herkömmliches Ladegerät und ein Schnellladegerät. Das konventionelle Laden wird durch Ladestationen mit einer einfachen Leckageschutzfunktion mit einer Standardschnittstelle für die zivile Wechselstromversorgung bereitgestellt. Das Aufladen von Elektroautos mit Bordladegerät, das viele Anwendungen hat, dauert 6 bis 7 Stunden. Das schnelle Laden erfolgt über den Gleichstromausgang des Ladegeräts zum schnellen Laden von Elektroautos. Ein Elektroauto mit einer Restleistung von 25% kann in 25 Minuten aufgeladen werden. Es gibt nur wenige Schnellladeanwendungen.

Ladestationen verfügen über eine einheitliche Ladeschnittstelle, und die Standard-Wechselstromschnittstelle ist eine der wichtigsten technischen Anweisungen. Mit einer normalen Haushaltssteckdose und einem speziellen Ladekabel mit einem speziellen Stecker kann es Elektroautos mit Bordladegerät mit Wechselstrom versorgen.

Die Lithium-Ionen-Batterietechnologie muss weiterentwickelt werden. (1) Derzeit handelt es sich bei den meisten von verschiedenen Unternehmen veröffentlichten Lithium-Ionen-Batterien von reinen Elektrofahrzeugen um Labortestdaten wie Beschleunigungsleistung, Ladezeit, kontinuierliche Laufleistung usw., die hinsichtlich Zuverlässigkeit und Qualität der Massenproduktion weiter überprüft werden müssen Kontrolle unter dem tatsächlichen Betrieb in einer komplexen externen Umgebung. (2) Das für eine Lithium-Ionen-Batterie benötigte Membranmaterial hat keinen wesentlichen Durchbruch erzielt, und sein Preis ist teuer und macht mehr als 30% der Kosten einer Leistungsbatterie aus. Wenn die Skalenproduktionstechnologie auf diesem Material realisiert wird, können die Kosten erheblich reduziert werden

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