溫度對(duì)鋰離子電池性能影響有哪些方面呢?
鋰離子電池的特性與電池組的關(guān)鍵技術(shù)
鋰離子電池之所以能夠脫穎而出,成為眾多車(chē)廠開(kāi)發(fā)電動(dòng)車(chē)所用之動(dòng)力來(lái)源,優(yōu)點(diǎn)自然不勝枚舉,包括開(kāi)路電壓高、能量密度高、續(xù)航力強(qiáng),自放電低、使用壽命較長(zhǎng)等等,但是鋰離子電池要達(dá)成如此多的優(yōu)點(diǎn),內(nèi)部的材料與制程就是關(guān)鍵。
鋰離子電池為了達(dá)到前文所述的優(yōu)點(diǎn),其內(nèi)部的材料及制程必然相當(dāng)復(fù)雜,可能包括數(shù)種高分子化學(xué)材料或配方,所以特性難以掌握,因此各廠家對(duì)于電池的外部強(qiáng)度,及充放電的控管都必須有相當(dāng)?shù)囊?,因此每一塊出廠的鋰離子電池都會(huì)標(biāo)明充放電的規(guī)格,以增加電池在使用上的安全性。
許多車(chē)廠通過(guò)緊密排列18650電池的方式組成電池組,以作為車(chē)輛的動(dòng)力來(lái)源,因此每一顆電池的充放電監(jiān)控都有其必要性,因?yàn)橹灰姵亟M內(nèi)其中一顆電池異常,就會(huì)有摧毀整個(gè)電池組的可能性。
溫度對(duì)于鋰離子電池的影響
溫度對(duì)鋰離子電池性能影響也非常大,因?yàn)殇囯x子電池的充放電是鋰離子經(jīng)由電解液在電池的正負(fù)極嵌出嵌入的過(guò)程,而電極與電解液的活性與環(huán)境溫度有關(guān),這也是為什么鋰離子電池在工作溫度上有所限制的原因,一般鋰離子電池工作溫度為-20度到60度。
電池在充放電的過(guò)程中,勢(shì)必會(huì)引發(fā)電池內(nèi)部材料產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)并釋放出熱量,因此各車(chē)廠都致力于車(chē)輛行駛或充電時(shí)電池組熱交換的研究,以確保電池在使用上能夠保持在正常的工作溫度范圍內(nèi),增加電池的充放電效率與使用的安全性。
如果電池組的散熱不佳,使電池?zé)崃坷鄯e速度大于散熱速度,溫度就會(huì)逐步升高,進(jìn)而不可收拾。這種電池自行加熱,溫度驟升的現(xiàn)象,稱為熱失控,將導(dǎo)致電池內(nèi)不可逆反應(yīng)的發(fā)生,甚至產(chǎn)生電池起火或是爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。
外力沖擊對(duì)于電池安全性的影響
鋰離子電池的內(nèi)部為易燃的高分子材料,為確保其安全性,電池廠家都會(huì)在電池內(nèi)設(shè)有精密的電路裝置,以保護(hù)鋰離子電池的充放電。而在外部方面也會(huì)使用高強(qiáng)度的外殼包覆電池材料與電路裝置。
但是當(dāng)較大的外力,例如撞擊、壓碎,使異物穿入電池內(nèi)部或破壞電路裝置時(shí),就可能會(huì)有電池內(nèi)部瞬間局部短路的情況發(fā)生,進(jìn)而造成電池升溫或是產(chǎn)生爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。因此許多廠家也都在致力研究如何保護(hù)鋰離子電池組不受外力影響,又同時(shí)能兼顧到散熱的設(shè)計(jì)。
提升電動(dòng)車(chē)效率與安全性的良方:
BMS電池管理系統(tǒng)
這次的特斯拉自燃意外,所幸車(chē)內(nèi)預(yù)先警示充電系統(tǒng)異常,而沒(méi)有造成人員傷亡,得歸功于目前的電動(dòng)車(chē)在充放電方面都有BMS電池管理系統(tǒng)(Battery Management System)加以監(jiān)控,其機(jī)制為偵測(cè)電池組內(nèi)每一塊電池的溫度與電量,將信息反饋給電腦,以實(shí)現(xiàn)行駛或充電時(shí)的安全性。
良好的電池管理系統(tǒng)不只能夠使電動(dòng)車(chē)的安全性提升,甚至可以更有效率的使用電池組中的電池,使電動(dòng)車(chē)的效率更加提升,并延長(zhǎng)電池組的使用壽命。因此電池管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)也成為各車(chē)廠努力的目標(biāo)。
1.產(chǎn)能急劇擴(kuò)張,高端不足低端過(guò)剩
動(dòng)力電池是新能源汽車(chē)的核心部件和動(dòng)力源泉,在新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈上占據(jù)著重要的位置,更容易激發(fā)全社會(huì)的投資熱情。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),2015年動(dòng)力電池環(huán)節(jié)計(jì)劃投資資金近千億元,但更為駭人的是2016年上半年54家企業(yè)發(fā)布了總額1160億元的投資擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃。鋰動(dòng)力電池投資熱情如此高漲,可能會(huì)導(dǎo)致兩方面的后果:
其一,產(chǎn)能急劇擴(kuò)張。根據(jù)鋰電大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),2015年底主要?jiǎng)恿﹄姵禺a(chǎn)能超過(guò)30GWh,規(guī)劃在建超過(guò)70GWh,預(yù)計(jì)到2018年產(chǎn)能將超過(guò)100GWh;其二,高端優(yōu)質(zhì)產(chǎn)能不足、低端產(chǎn)能過(guò)剩,行業(yè)結(jié)構(gòu)性風(fēng)險(xiǎn)上升。從市場(chǎng)集中度來(lái)看,2015年我國(guó)動(dòng)力電池出貨量前10家企業(yè)的市場(chǎng)占有率達(dá)到75.3%,市場(chǎng)份額集中在少數(shù)企業(yè)手中。我國(guó)動(dòng)力電池企業(yè)數(shù)量121家,而真正進(jìn)入整車(chē)供應(yīng)體系的企業(yè)數(shù)量不超過(guò)20家,市場(chǎng)兩極分化尤為突出。這說(shuō)明著我國(guó)動(dòng)力電池企業(yè)數(shù)量雖多,但規(guī)模普遍較小,低水平重復(fù)建設(shè)問(wèn)題嚴(yán)重。
2.電池公告管理趨緊,企業(yè)應(yīng)對(duì)不足
2016年4月29日,工信部公布的《汽車(chē)動(dòng)力蓄電池行業(yè)規(guī)范條件》企業(yè)申報(bào)工作的補(bǔ)充通知,要求已進(jìn)入1-3批電池目錄的25家企業(yè)的典型產(chǎn)品,按照新國(guó)標(biāo)重新檢測(cè),并于2016年6月底前提交報(bào)告,逾期未提交的撤銷(xiāo)公告資格。此舉雖旨在加強(qiáng)電池的嚴(yán)格化和規(guī)范化管理,但電池公告管理的突然轉(zhuǎn)向和趨緊,卻無(wú)疑導(dǎo)致整車(chē)和動(dòng)力電池企業(yè)應(yīng)對(duì)不足,在業(yè)界引起了爭(zhēng)議和不安。電池公告管理政策的突然轉(zhuǎn)變,會(huì)帶來(lái)一系列的影響:首先是新能源汽車(chē)公告目錄與電池公告目錄直接掛鉤,并要求企業(yè)6月底完成重新檢測(cè),給企業(yè)預(yù)留的準(zhǔn)備時(shí)間不足;其次是對(duì)外資電池企業(yè)來(lái)說(shuō),電池產(chǎn)品無(wú)法短時(shí)間進(jìn)入公告目錄,導(dǎo)致國(guó)內(nèi)許多新能源汽車(chē)企業(yè)陷入電池困境,短時(shí)間更換電池供應(yīng)商存在困難。
3.電池單體性能不差,成組技術(shù)差距明顯
目前,國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的鋰離子電池單體的技術(shù)水平與國(guó)外基本處于同一水平,但在電池成組技術(shù)方面顯著落后于國(guó)際先進(jìn)水平。首先是在電池組系統(tǒng)總體性能,包括能量密度、溫度特性、功率特性、一致性、循環(huán)壽命等方面差距較大;其次,國(guó)內(nèi)的電池組連接、散熱、保護(hù)、使用、維護(hù)、充電等方面技術(shù)水平較低;最后,在動(dòng)力電池系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的可靠性、SOE估算精度、熱管理、均衡、安全管理等方面與國(guó)外存在明顯差距。
4.技術(shù)路線存爭(zhēng)議,部分企業(yè)受挫
我國(guó)新能源汽車(chē)的推廣,從電池技術(shù)路線來(lái)看主要以磷酸鐵鋰和三元鋰電池為主,2010至2015年磷酸鐵鋰電池出貨量占比69%,三元鋰電池占比27%。2016年年初,工信部出于對(duì)動(dòng)力電池安全問(wèn)題的考慮,暫停三元鋰電池客車(chē)列入新能源汽車(chē)推廣應(yīng)用推薦車(chē)型目錄。雖然只是“暫停”,但是對(duì)三元電池制造和使用企業(yè)造成了潛在的影響,如何平衡續(xù)航和安全兩大問(wèn)題,成為了業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點(diǎn)性話題。
目前,動(dòng)力電池安全過(guò)于注重材料和單體,對(duì)系統(tǒng)的安全研究不夠,缺乏相應(yīng)的安全評(píng)價(jià)方法。行業(yè)內(nèi)對(duì)電池技術(shù)路線的應(yīng)用基本達(dá)成共識(shí),即在承載人員較多、對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)較敏感的客車(chē)上暫停使用三元材料電池,專(zhuān)用車(chē)、物流車(chē)等商用車(chē)和乘用車(chē)暫不限制使用三元電池。但是,由于安全評(píng)價(jià)方法并未出臺(tái),三元電池在客車(chē)上的應(yīng)用受到一定的影響。
















