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1、锂离子电池PACK基础知识培训,电动汽车,2,目录,感谢你的关注,3,一、锂离子电池术语,1.电压（V）：开路电压（OCV）：指电池在没有连接外电路或者外负载时的电压。开路电压与电池的剩余能量有一定的联系，电量显示就是利用这个原理。工作电压（WV）：是指电池在工作状态下即电路中有电流流过时电池正负极之间的电势差。在电池放电工作状态下，当电流流过电池内部时，必须克服内阻的阻力，故工作电压总是低于开路电压。放电截止电压（DCV）：指电池充满电后进行放电，放完电时达到的电压（若继续放电则为过度放电，对电池的寿命和性能有损伤）。充电限制电压(LCV)：充电过程中由恒流变为恒压充电的电压。,感谢你的关注
2、,4,一、锂离子电池术语,2.电池容量（Ah）：电池容量是指电池所能够储存的电量多少，容量是电池电性能的重要指标，它由电极的活性物质决定。容量用C表示，单位用Ah（安时）或mAh（毫安时）表示。公式：C=It,即电池容量（Ah）电流（A）x放电时间（h）。容量为10安时的电池，以5安培放电可放2小时，以10安培放电可放1小时。电池的容量可以分为理论容量、额定容量、实际容量。理论容量是把活性物质的质量按法拉第定律计算而得的最高理论值。为了比较不同系列的电池，常用比容量的概念，即单位体积或单位质量电池所能给出的理论电量，单位为Ah/kg（mAh/g)或Ah/L(mAh/cm3)。现国家已经就能量密
3、度提出了要求，动力电池系统能量密度不低于90Wh/kg（高于120Wh/kg的按1.1倍给予补贴）实际容量是指电池在一定条件下所能输出的电量。它等于放电电流与放电时间的乘积，单位为Ah，其值小于理论容量。额定容量也叫保证容量，是按国家或有关部门颁布的标准，保证电池在一定的放电条件下应该放出的最低限度的容量。电池的实际容量主要取决于以下几个因素：活性物质的数量、质量；活性物质的利用率。,感谢你的关注,5,一、锂离子电池术语,3.内阻（m）：电池的内阻是指电池在工作时,电流流过电池内部受到的阻力。内阻大小主要受电池的材料、制造工艺、电池结构等因素的影响。电池内阻包括欧姆内阻和极化内阻，欧姆内阻是由
4、电极材料、电解液、隔膜电阻及各部分零件的接触电阻组成，极化内阻包括电化学极化和浓差极化引起的电阻。由于内阻的存在，当电池放电时，电流经过内阻要产生热量，消耗能量，电流越大，消耗能量越多，所以内阻越小，电池的性能越好，不仅电池的实际工作电压高，消耗在内阻上的能量也少。内阻的存在，使电池放电时的端电压低于电池电动势和开路电压，充电时端电压高于电动势和开路电压。电池的内阻不是常数（电阻分为物理内阻与极化内阻），在放电过程中随时间不断变化，因为活性物质的组成、电解液浓度和温度都在不断地改变。欧姆电阻遵守欧姆定律；极化电阻随电流密度增加而增大，但不是线性关系，常随电流密度的对数增大而线性增大。,感谢你的
5、关注,6,一、锂离子电池术语,4.负载能力：当电池的正负极两端连接在用电器上时，带动用电器工作时的输出功率，即为电池的负载能力。,5.内压：指电池的内部气压，是密封电池在充放电过程中产生的气体所致，主要受电池材料、制造工艺、电池结构等因素影响。其产生原因主要是由于电池内部水分及有机溶液分解产生的气体于电池内聚集所致 。,6.充电率(C-rate)：C是Capacity的第一个字母，用来表示电池充放电时电流的大小数值。例如：充电电池的额定容量为1100mAh时，即表示以1100mAh(1C)放电时间可持续1小时，如以200mA(0.2C)放电时间可持续5小时，充电也可按此对照计算。,7.过放电(
6、Over discharge)：电池若是在放电过程中，超过电池放电的终止电压值，还继续放电时就可能会造成电池内压升高，正、负极活性物质的可逆性遭到损坏，使电池的容量产生明显减少。,感谢你的关注,7,一、锂离子电池术语,8.过充电（Over charge） ：电池在充电时，在达到充满状态后，若还继续充电，可能导致电池内压升高、电池变形、漏夜等情况发生，电池的性能也会显著降低和损坏。,9.充、放电深度（SOC DOD）：电池保有容量数值的表示方法。充、放电深度以百分比率来表示。如：容量为10Ah的电池放电后容量变为2Ah，可以称为80%DOD。如：容量为10Ah的电池，充电后容量为8Ah，80%S
7、OC。形容满充满放，通常称为100%DOD。,10.自放电率（/月）：1)定义：电池在储存过程中，容量会逐渐下降，其减少的容量不电池容量的比例，称为自放电率。2)原因：由于电极在电解液中的不稳定性，电池的两个电极发生了化学反应，活性物质被消耗，转为电能的化学能减少，电池容量下降。3)影响因素：环境温度对其影响较大，过高温度会加速电池的自放电。4)表示：电池容量衰减（自放电率）的表达方法和单位为：%/月。5)产生结果：电池自放电将直接降低电池的容量，自放电率直接影响电池的储存性能，自放电率越低，贮存性能越好,感谢你的关注,8,一、锂离子电池术语,11.充电循环寿命（ Cycle life ） ：
8、概念：二次电池经历一次充放电称为一个周期或一次循环，电池在反复充放电后，容量会逐渐下降.在一定的放电条件下，电池容量降至80%时，电池所经受的循环次数就是循环寿命。循环寿命与电池充放电条件有关：锂离子电池室温下0.5C充放电循环寿命可达3000-5000次（行业标准）。影响因素：不正确使用电池，电池材料，电解质的组成和浓度，充放电倍率，放电深度（DOD%），温度，制作工艺等都对电池的循环寿命有影响。,12. 放电倍率（A）：放电倍率是指在规定时间内放出其额定容量（C）时所需要的电流值，它在数值上等于电池额定容量的倍数。 根据放电倍率的大小，可分为低倍率（7.0C） 。以10Ah电池举例：以2A
9、放电,则放电倍率为0.2C以20A放电,则放电倍率为2C,感谢你的关注,9,一、锂离子电池术语,13.电池能量（Wh）：定义：指电池储存的能量的多少，用Wh来表示公式：能量（Wh）额定电压（V）工作电流（A）工作时间（h)。举例：3.2V15Ah单体电芯的能量为48Wh，3.2V100Ah电池组的能量为320Wh。电池能量是衡量电池带动设备做功的重要指标，容量不能决定做功的多少。,14.能量密度（Wh/Kg）：指单位体积或质量所释放的能量，通常用体积能量密度（Wh/L）或质量能量密度（Wh/kg）表示。如一节锂电池重325g，额定电压为3.7V，容量为10Ah，则其能量密度为113Wh/kg，
10、下表为理论值，在实际应用情冴中需要考虑电池结构中的壳体、零件等各方面因素。目前锂电池的能量密度是镍镉和镍氢电池的3和1.5倍，能量密度的高低是由材料密度不结构决定的。,感谢你的关注,10,一、锂离子电池术语,15.记忆效应(Memory effect)：定义：电池的记忆效应是指未完全放电的电池，在下一次充电时所能充电的百分比。原因：电池内物质产生结晶，如镍镉电池中,Cd不断聚集成团形成大块金属镉，降低了负极的活性。避免：为了消除电池的记忆效应，在充电之前，必须先完全放电，然后再充电。锂离子电池无记忆效应!,16.化成：电池制成后，通过一定的充放电方式将其内部正负极活性物质激活，改善电池的充放电
11、性能及自放电、贮存等综合性能的过程称为化成。电池经过化成后才能体现其真实的性能。同时化成过程中的分选过程能够提高电池组的一致性，使最终电池组的性能提高。,17.分容：电池在制造过程中，因工艺原因使得电池的实际容量不可能完全一致，通过一定的充放电制度检测，并将电池按容量分类的过程称为分容。,感谢你的关注,11,一、锂离子电池术语,18.放电平台：指放电曲线中电压基本保持水平的部分。锂离子电池完全充电后，放电至3.6V时的容量记为C1，放电至3.0V时的容量记为C0，C1/C0称为该电池的放电平台放电平台越高、越长、越平稳，电池的放电性能越好。行业标准1C放电平台为70%以上。,19.充电时间：充
12、电时间(小时)=充电电池容量(mAh)/充电电流(mA)*1.5的系数。假如你用1600mAh的充电电池，充电器用400mA的电流充电，则充电时间为:1600/400*1.5=6小时。,20.电池组的一致性：由多个单体电芯串连、并联在一起就组成了电池组。电池组的整体性能和寿命取决于其中性能较差的一个电芯，这就要求电池组中每个电芯性能的一致性要高。除了单体电芯本身性能的误差和原材料质量的好坏，最主要原因是制造工艺，工艺的改迚对提高电池的质量非常重要。,感谢你的关注,12,二、锂离子电池介绍,1.什么叫锂离子电池：锂离子电池是指Li+ 嵌入化合物为正、负极的二次电池。正极采用锂化合物：LiFePO
13、4、 LiMn2O4和LiCoO2负极采用锂-碳层间化合物LiXC6。电解质为溶解有锂盐LiPF6 、 LiAsF6等有机溶液。,2.锂离子电池分类：1）按外型分：方形锂电池（如普通手机电池）和圆柱形锂电池（如18650）；2）按外包材料分：铝壳锂电池，钢壳锂电池，软包电池；3）按正极材料分：钴酸锂（LiCoO2）、锰酸锂（LiMn2 O4）、三元锂（LiNix Coy Mnz O2）、磷酸铁锂（LiFePO4）；4）按电解液状态分：锂离子电池（LIB）和聚合物电池（PLB）；5）按用途分：普通电池和动力电池。6）按性能特性分：高容量电池、高倍率电池、高温电池、低温电池等。,13,3. 锂离子
14、电池结构：1）正极：活性物质（LiFePO4、 LiMn2O4和LiCoO2）+导电剂（乙炔黑）+粘合剂（PVDF）+集流体（铝箔）2）负极：石墨+导电剂（乙炔黑）+粘合剂（PVDF）+集流体（铜箔）3）电解质：LiPF6 、 LiAsF6等+DMC EC EMC4）隔膜（PP+PE)5）外壳五金件：铝壳、盖板、极耳、绝缘片,二、锂离子电池介绍,感谢你的关注,14,二、锂离子电池介绍,4. 锂离子电池工作原理：,负载,+,-,充电e,放电e,充电,放电,Li+,Li+,Li+,Li+,Li+,Li+,Li+,Li+,Li+,e,e,e,铝箔,铜箔,LiMn2O4,LixC6,充电时：正极的Li
15、+和电解液中的Li+向负极聚集，得到电子，被还原成Li镶嵌在负极的碳素材料中。放电时：镶嵌在负极碳素材料中的Li失去电子，进入电解液，电解液内的Li+向正极移动。,充电过程：电源给电池充电,此时正极上的电子e从通过外部电路跑到负极上,正锂离子Li+从正极“跳进”电解液里，“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞，“游泳”到达负极与早就跑过来的电子结合在一起。正极上发生的反应为LiMn2O4 =Li1-xMn2O4+Xli+Xe(电子)负极上发生的反应为6C+XLi+Xe=LixC6放电过程：电池放电,此时负极上的电子e从通过外部电路跑到正极上,正锂离子Li+从负极“跳进”电解液里，“爬过”隔膜上弯弯曲曲的
16、小洞，“游泳”到达正极，与早就跑过来的电子结合在一起。正极上发生的反应为Li1-xMn2O4+xli+xe(电子) =LiMn2O4 负极上发生的反应为LixC6 = 6C+xLi+xe,感谢你的关注,15,二、锂离子电池介绍,5. 锂离子电池性能：1）常规性能容量、电压、内阻2）电化学性能充电特性、放电特性、循环寿命、倍率充电特性、倍率放电特性、低温特性、电池组放电特性3）安全性能挤压、针刺、短路、过充、过放、热冲击、热循环、振动、低压、湿水6. 锂离子电池生产所用设备：真空搅拌机拉浆机（涂布机）裁切机辊压机卷绕机激光焊机真空注液机化成检测柜,感谢你的关注,16,三、电池包的基本组成,1.电
17、池包总成基本构成：,感谢你的关注,17,三、电池包的基本组成,2. 单体动力电池：,构成动力电池模块的最小单元。一般由正极、负极、电解质、隔膜、外壳及端子（极端）等组合而成，可实现电能与化 学能之间的直接转换。,感谢你的关注,18,3. 电池的命名方法：不同的厂家有不同的命名规则，但通用电池大家都遵循统一的标准，根据电池的名称可以知道电池的尺寸等。列如我们做方型电芯，其命名方式为：LFP代表磷酸铁锂电芯，29135220,29为电芯厚度，135为电芯宽度，220为电芯高度，因此我们的电芯型号为LFP29135220,三、电池包的基本知识,感谢你的关注,19,4. 电池的串并联：,电池包是有电池
18、单体和模块通过串并联来组成。电池： 串联增加电压,容量不变Vn =nVi Cn= Ci并联增加容量电压不变Cn nCi Vn =Vi电容: 串联增加电压容量变小Vn =nVi 1/C=1/C1 +1/C2并联增加容量电压不变CF nCi Vn =Vi复联：可同时增加电池的电压和容量来组成。,注意：组合电池数越多， 电池组的可靠性越差，一 般在组合电池时，应采用 同一系列，同一规格尺 寸，性能相同的电池。这 就是我们常说的电池的一致性问题。通常表现的参数：电压、容量和内阻。,三、电池包的基本知识,感谢你的关注,20,三、电池包的基本知识,5. 电池模块：单体动力电池在物理结构和电路上连接起来的构
19、成电池包或系统的最小分组，可作为一个单元替换。,三、电池包的基本知识,21,6. 电池管理系统：电池管理系统（BMS）的作用为了能够提高电池的利用率，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态,三、电池包的基本知识,22,7. 电池管理系统拓扑图：,感谢你的关注,23,三、电池包的基本知识,8. 动力电池包：能量存储装置，包括单体与模块，通常还包括电池电子部件、高压电路、过流保护装置，电池箱以及与其他外部系统（如冷却、高压、辅助低压和通讯等）的接口。,感谢你的关注,24,三、电池包的基本知识,9.电池包生产流程：,配组,电芯放置,上绝缘件,汇流排连接,采集线束连接,封盖,模
20、组固定,动力线束连接,BMS连接,电池包性能测试,喷码扫码,气密性测试,包装入库,线束整理,激光焊接,模组测试,喷码扫码,模组入壳,包装出货,熔断器等配件安装,盖箱盖,三、电池包的基本知识,25,四、电芯PACK的主要工艺及其零部件,26,电芯塑料支架,主要作用：固定电芯将电芯与电芯之间给隔绝，防止短路便于电芯之间的装配连接,电芯的装配方式主要有三种：塑料支架装配式电芯直接堆叠焊接固定电芯捆绑固定支架焊接混合固定,四、电芯PACK的主要工艺及其零部件,27,汇流排主要作用：使电芯之间串并联，形成最终高电压 高容量的电池包，需要注意的事项是所用汇流排的材料、截面积的最终目的是能通过预定最大电流而
21、不发热,汇流排与电芯之间连接方式有3种：内阻焊连接；激光焊接；螺栓连接 图中汇流排与电芯之间的连接是螺栓连接,四、电芯PACK的主要工艺及其零部件,28,BMS采集通过线束采集每个串电芯的电压及相应位置的温度通过监控到的电压、温度、电流、绝缘等相应数据， 控制电路的通断，保证回路的安全运行通过线束不断的调整电芯之间的容量差，确保电芯的一致性，从而增加电池包的循环寿命,四、电芯PACK的主要工艺及其零部件,29,装配及钣金件,钣金件的作用：1、对电芯组进行固定与保护2、形成统一外观，便于观赏与运输3、便于集合，安装电池包的其他配件,钣金设计要点：1、钣金设计在保证结构强度的情况下尽可能的降低重量
22、，可以通过建加强筋、做结构框架、冲孔等方式2、钣金件应预先考虑装配问题，比如拧螺丝是否方便等，也应该考虑加工问题，比如5mm的折边不易加工，考虑运输问题，比如怎么将产品运转到另一地方3、尽可能使钣金件远离电芯极柱,30,储能系统,储能系统介绍,31,储能系统,32,光伏组件,风电机组,红色框内为我公司产品,储能系统,储能系统原理图,33,电池系统1,电池系统2,电池系统3,PCS,BMS1,BMS2,BMS3,储能系统,储能系统结构图,34,储能变流器是一种专用于储能系统中的大功率交直流双向变流装置,性能特点： 主功率回路采用高可靠性智能功率模块，结合高效的矢量控制算法，实现有功、无功的解耦控
23、制； 功率因素连续可调，在容量范围内可以输出无功功率，实现系统无功补偿； 在能量管理系统的调度下，主动参与电网的调峰，实现对负荷的“削峰填谷”和平抑新能源并网功率波动，降低对主电网的影响 支持并网和离网双模式运行，采用先进孤岛检测技术，可实现并网与离网状态的自动无缝切换； 可接入多种类型储能电池，支持混合储能控制，实现储能电站一体化控制技术。,储能系统,PCS-储能双向变流器,35,储能系统,PCS原理图,36,储能系统,电池系统结构图,37,产品参数；额定能量：7.68Kwh额定充放电功率：3.84KW最大充放电功率：7.68KW循环寿命：5000次充电温度：050放电温度：-2060储存温
24、度：-2045扇热方式：风冷与液冷（客户选择）外形尺寸:482mm（宽）136mm（高）400mm（深）,性能特点： 安全性能好、使用寿命长、比能量高；标准化、模块化设计，保证一致性；通过CAN、485等多种通讯接口查看模组数据;可选强制风冷、水冷等多种冷却模式；,储能系统,储能模组,38,电池管理系统是一种能够监控电池状态（包括电压、电流、温度呢、绝缘等参数），延迟电池寿命，确保电路安全运行的产品,性能特点：采用基于BP神经网络的锂电池SOC估算方法，估算误差小于5%；采用高达20位ADC结合低通滤波器进行数据采集，系统参数采样误差小于0.2%；实时监控电压、温度、电流、绝缘性等数据，确保电
25、池安全工作；领先的双向DC-DC主动均衡技术，可同时对多路电池进行的均衡，提高系统均衡效率；多重电源隔离设计，提高采集、通讯功能的可靠性，通过一系列安全可靠性验证，保障系统正常运行；,储能系统,电池管理系统,39,储能系统,电池管理系统原理图,40,规格型号：方形铝壳磷酸铁锂电池（2965135）标称电压：3.2V标称容量：75Ah重量：1.8KG电芯重量比能量： =140Wh/kg 体积比能量： =360Wh/L 工作温度范围：充电045，放电放电-4060储存温度范围： -2060最大持续电流倍率：充电3C,放电5C工作电压范围：2.5V3.65V循环寿命： =5000次,储能系统,电芯,发电侧,收益,储能配套设施,储能系统,收益,储能系统,43,随着城市建设的高速发展，商业中心日益增多，用电量和用电可靠性需求日益增加，不仅给电网安全运行带来了巨大压力，用电高峰期的限电也会给社会造成极大影响，通过大规模推广储能系统，不仅能保障电网安全稳定运行，还能为客户带来安全用电保障和客观的经济效益。,边防哨所,应用领域场景,储能系统,44,储能系统,应用功能,储能系统,46,
