Análisis de la tecnología de carga de baterías de plomo-ácido y baterías de iones de litio para vehículos eléctricos

Las baterías eléctricas son una de las tecnologías clave en los vehículos eléctricos. Cuando GustaveTrouve construyó el primer triciclo eléctrico del mundo en 1881, funcionaba con baterías de plomo-ácido. En la actualidad, todavía hay muchos vehículos eléctricos híbridos y vehículos eléctricos puros que utilizan una nueva generación de baterías de plomo-ácido. Durante la última década, las baterías de iones de litio se han aplicado en la producción de vehículos eléctricos y cada vez más muestran sus ventajas.

El erudito estadounidense jamcas propuso el teorema de la corriente aceptable de carga de la batería a través de una gran cantidad de experimentos: 1) para cualquier corriente de descarga dada, la corriente aceptada de carga de la batería es proporcional a la raíz cuadrada de la capacidad liberada; 2) para cualquier profundidad de descarga, la relación de aceptación de carga de una batería es proporcional al logaritmo de la corriente de descarga, que puede aumentarse aumentando la corriente de descarga; 3) una batería se descarga mediante varias tasas de descarga, y su corriente de recepción es la suma de la corriente de recepción de cada tasa de descarga. Es decir, la corriente de carga aceptable de la batería se puede mejorar descargándola. Cuando la aceptabilidad de la carga de la batería disminuye, se puede agregar una descarga en el proceso de carga para mejorar la aceptabilidad.

El rendimiento y la vida útil de la batería del automóvil está relacionado con muchos factores, además de sus propios parámetros, como la calidad de la placa de la batería, la concentración de electrolito, etc. También existen factores externos, como los parámetros de carga y descarga del batería, incluido el modo de carga, voltaje al final de la carga, corriente de carga y descarga, profundidad de descarga, etc. Esto hace que sea difícil para BMS estimar la capacidad real de la batería y el SOC, y es necesario considerar muchas variables. El sistema de gestión de la batería del vehículo eléctrico híbrido WG6120HD se basa en la gestión de los valores SOC. SOC (estado de carga) se refiere al estado de cambio del parámetro de carga que participa en la reacción dentro de la batería, que refleja la capacidad residual de la batería. Esto ha formado un entendimiento unificado en casa y en el extranjero.

Baterías de plomo ácido

La batería de plomo-ácido es un sistema de reacción química muy complejo. Los factores externos, como el tamaño de la carga y la corriente de descarga y su temperatura de funcionamiento, afectarán el rendimiento de la batería. Es una tecnología clave para calcular el valor SOC de la batería y determinar el modo de funcionamiento del automóvil de acuerdo con el estado de funcionamiento del automóvil y otros parámetros.

La batería de plomo-ácido tiene el historial de aplicaciones más largo y también es la batería más madura y de bajo costo, que ha logrado una producción en masa. Pero tiene baja energía específica, alta tasa de autodescarga y bajo ciclo de vida. En la actualidad, el principal problema es la carrera corta de una carga. Las baterías de plomo-ácido selladas cilíndricas de tercera generación desarrolladas recientemente y las baterías de plomo-ácido selladas TMF (electrodo de bobina de aluminio) de cuarta generación se han utilizado en vehículos eléctricos EV y HEV. En particular, la ventaja de baja impedancia de la batería VRLA de tercera generación puede controlar el calor óhmico en el proceso de carga rápida y prolongar la vida útil de la batería.

El método de carga rápida de corriente constante en fase de pulso se puede adaptar bien a la batería de plomo-ácido del vehículo eléctrico híbrido en el estado de exilio de la subestación, el tiempo de carga es corto, por lo que el estado de carga de la batería SOC siempre se mantiene en el rango de requisitos del 50-80% . Las pruebas han demostrado que solo se necesitan 196 segundos para cargar una batería de 50% C a 80% C. Este método de carga básicamente cumple con la curva de aceptación de la batería. El aumento de temperatura de la batería es pequeño, lo que resulta en menos gas, poco efecto de presión y un tiempo de carga corto.

El método de carga óptimo es que la corriente de carga siempre siga la curva de aceptación de carga inherente. En el proceso de carga, la tasa de aceptación de carga permanece sin cambios. Con el aumento del tiempo, la corriente de carga disminuye de acuerdo con la curva de aceptación de carga inherente (curva exponencial), por lo que el tiempo de carga es el más corto. El método de carga por despolarización por pulsos puede lograr una carga rápida y eficiente, pero el equipo es costoso y no es adecuado para algunas baterías.

Una nueva batería VRLA para vehículos eléctricos desarrollada por una empresa japonesa, cuyas especificaciones de voltaje son monómero 2V y 4V, adopta un diseño de placa horizontal y de tipo líquido magro. El espacio entre las placas de arroz es muy pequeño y no habrá capas de electrolitos. El material en placa se mueve hacia abajo y es bloqueado por la placa del electrodo, y no hay acumulación de material en placa en la parte inferior de la batería.

Empresa ectreosorce 12 vl12a h. nivel de uso de vehículos eléctricos de batería, la tasa de descarga en 3 horas de calidad que la energía para el 50 w · 11 / kg, 80% Ⅸ) D (profundidad de descarga) el ciclo de vida de más de 900 veces.

Las baterías de plomo-ácido para vehículos eléctricos de la empresa alemana Sunshine están diseñadas con electrolito coloidal, y la vida útil de las baterías de 6V y 160A · h puede alcanzar los 4 años después de la detección, con las ventajas de una gran capacidad calorífica y un pequeño aumento de temperatura.

En 1994, la empresa estadounidense Arias lanzó la batería bipolar de plomo-ácido para vehículos eléctricos, cuya tecnología de estructura es única. La corriente de funcionamiento de la celda es solo perpendicular al plano del electrodo y pasa a través de un electrodo doble delgado, por lo que tiene muy poca resistencia óhmica. Los parámetros técnicos de la batería bipolar de plomo-ácido para vehículos eléctricos desarrollada por la empresa BPC en Estados Unidos son los siguientes: el voltaje combinado es de 180V, la capacidad de la batería es de 60A · h, la tasa de descarga de energía específica es de 50W · h / kg , y el ciclo de vida puede llegar a 1000 veces.

Suecia OPTLMA rollo batería de plomo-ácido para vehículos eléctricos, capacidad de producto de 56A · h, la potencia de arranque puede alcanzar 95kW, que la potencia de arranque de la batería VRLA ordinaria de 195A · h es aún mayor, y el volumen de un cuarto más pequeño.

baterías de iones de litio

Las características y el precio de la batería de iones de litio están estrechamente relacionados con sus materiales de electrodo positivo, en general, los materiales de electrodo positivo deben cumplir:? en el rango requerido de potencial de carga y descarga, con compatibilidad electroquímica de la solución electrolítica; La cinética moderada del proceso del electrodo; (3) alta reversibilidad; De todo el estado de litio en el aire, la estabilidad es buena. Con el desarrollo de la batería de iones de litio, la investigación de materiales de ánodo de alto rendimiento y bajo costo se lleva a cabo continuamente. En la actualidad, la investigación se centró principalmente en el óxido de litio y cobalto, óxido de litio y níquel, litio y óxido de litio y manganeso de óxido de metal de transición, pertenecen al óxido de litio y cobalto (LiCoO2) - estructura tipo NaFeO2, con una estructura de capa 2 d, adecuada para litio iones incrustados. Su tecnología de preparación es un rendimiento simple, estable, alta capacidad específica y buen rendimiento del ciclo, sus métodos sintéticos son principalmente en el método sólido a alta temperatura y en el método sólido a baja temperatura, y el método de precipitación con ácido oxálico, el método sol-gel, el método de frío y método químico caliente y suave como el método híbrido orgánico. El óxido de litio y manganeso es una modificación de los materiales de ánodos tradicionales. Actualmente, la espinela LixMn2O4 se usa ampliamente. Tiene una estructura de túnel tridimensional, que es más adecuada para el desbloqueo de iones de litio. Rico en materias primas, bajo costo, sin contaminación, resistencia a la sobrecarga y mejor seguridad térmica, la seguridad de los requisitos del dispositivo de protección de la batería es relativamente baja, se considera que tiene el mayor desarrollo potencial del material del ánodo de la batería de iones de litio.

En la década de 1990, la empresa japonesa SONY desarrolló por primera vez la batería de litio para vehículos eléctricos, que en ese momento estaba fabricada con material de óxido de cobalto y litio, con la desventaja de ser inflamable y explosivo. En la actualidad, China shin-guo unita guli power supply co., Ltd. ha desarrollado una batería de litio de 100 Ah con manganato de litio como material de electrodo positivo, que soluciona la escasez de batería de litio-cobalto.

En octubre de 2006, hay más de 20 empresas automotrices en el mundo dedicadas a la investigación y el desarrollo de baterías de iones de litio. Por ejemplo, Fuji Heavy Industries cooperó con NEC para desarrollar una batería barata de iones de litio de manganeso de celda única (celda) (es decir, Toshiba desarrolló una batería de iones de litio recargable rápida, además de las características de pequeña y gran capacidad, el uso de nano- La tecnología de fijación de homogeneización de partículas puede hacer que la adsorción de iones de litio en el cátodo de la batería sea uniforme, se puede cargar al 80% de su capacidad en un minuto y luego, después de seis minutos, se puede cargar completamente. de baterías de iones de litio en septiembre de 2005 estableció sitios de I + D en Milwaukee, Wisconsin, en enero de 2006, otra financiación del 50% y la fábrica francesa Saft JohnsonControls - creó SaftAdvancedPowerSolution (JCS). JCS en agosto de 2006, dominado por el departamento de energía de EE. UU. ( DOE) 2 años USABC (UnitedStatesAdvancedBatteryConsortium) investigación y desarrollo de vehículos eléctricos puros de contrato de proyecto de batería de iones de litio, proporciona litio de alta potencia m batería de iones. El nivel de investigación de la batería de iones de litio en China ha superado el objetivo a largo plazo establecido por USABC en 2010. Desde 1997 la constante estrella de Suzhou como base del proyecto de demostración de industrialización de la batería de energía de iones de litio de prueba de industrialización nacional, su investigación y desarrollo de la batería de energía ha pasado la certificación de prueba ExtraEnergy de la organización independiente europea y UL estadounidense, y en suzhou para construir la primera línea de producción de baterías de iones de litio de potencia y producir pruebas sin problemas, debe realizar la producción por lotes.

Durante los Juegos Olímpicos de Beijing 2008, 50 autobuses eléctricos de iones de litio de 12 metros de largo estuvieron en servicio en el área central de los Juegos Olímpicos, lo que marcó el primer uso a gran escala de autobuses eléctricos con batería de iones de litio en el mundo. El tiempo de carga del autobús eléctrico es prolongado, es para garantizar que el funcionamiento del automóvil eléctrico no se desconecte: automóviles eléctricos en la estación de carga, dos robots para sacar el paquete de baterías en el chasis del automóvil, permanecer en el canal y luego sacarlo de Ha llenado el canal de la batería completamente cargada, está en el chasis del vehículo eléctrico, todo el proceso toma solo 8 minutos.

Los franceses Citroen, Renault y Peugeot han completado las pruebas de usuario de sus vehículos comerciales eléctricos que funcionan con baterías de iones de litio. Burdeos es una de las ciudades de demostración y aplicación de automóviles eléctricos en Francia, con 500 automóviles eléctricos de varios tipos, utilizados principalmente en vehículos municipales y minibuses eléctricos, y 20 estacionamientos con instalaciones de carga de apoyo para automóviles eléctricos, 16 de los cuales están equipados con dispositivos de carga rápida. El proceso de carga de la batería de litio es diferente al de la batería de plomo-ácido. El cargador Lipo tiene un chip muy pequeño con muy pocos componentes externos, y debido a que el chip en sí es muy pequeño (2 mm 3 mm), todo el cargador es muy pequeño. La batería de Lipo se carga cuando el voltaje de la batería es muy bajo (0. Cuando 5V), cárguelo con una pequeña corriente, y el valor típico de esta corriente es menos de 0. 1C, si el voltaje es lo suficientemente alto pero por debajo de 4. A 2V , la batería se carga con una corriente constante. La mayoría de los fabricantes especifican una corriente de 1C durante este proceso, y el voltaje de la batería no excederá de 4. A 2V, durante un período de voltaje constante, la corriente que pasa a través de la batería disminuirá lentamente, mientras continúa la carga de la batería. Voltaje de la batería hasta 4. A 2 V, la corriente de carga cae a cero. A 1 ° C, la batería se carga aproximadamente al 80 ~ 90% y luego se transforma en una carga lenta. Se pueden ajustar dos parámetros en el cargador: corriente de carga normal y corriente de carga lenta (cuando la batería está "llena"). Cabe señalar que la corriente de carga debe seleccionarse cuidadosamente y la corriente de carga debe mantenerse por debajo del máximo recomendado por el fabricante.

En la actualidad, las baterías de plomo-ácido se utilizan principalmente en las baterías de potencia de los coches eléctricos en Francia, y los coches eléctricos de iones de litio de segunda generación se han puesto en funcionamiento. El dispositivo de carga de su vehículo eléctrico adopta el modo de carga por conducción. El modo de carga por conducción incluye un dispositivo de carga convencional y un dispositivo de carga rápida. La carga convencional se proporciona con una interfaz de alimentación de CA civil estándar mediante instalaciones de carga, con una función simple de protección contra fugas. Se necesitan de 6 a 7 horas para completar la carga de los automóviles eléctricos con cargador integrado, que tiene muchas aplicaciones. La salida de CC del cargador proporciona una carga rápida para la carga rápida de los coches eléctricos. Un coche eléctrico con una potencia residual del 25% se puede cargar en 25 minutos. Hay pocas aplicaciones de carga rápida.

Las instalaciones de carga tienen una interfaz de carga unificada, y la interfaz de alimentación de CA estándar es una de las direcciones técnicas importantes. Utilizando una toma de corriente doméstica normal y un cable de carga especial con un enchufe especial, puede proporcionar alimentación de CA para automóviles eléctricos equipados con cargador integrado.

Se necesita un mayor desarrollo de la tecnología de baterías de iones de litio. (1) en la actualidad, la mayoría de las baterías de iones de litio de vehículos eléctricos puros publicadas por varias empresas son datos de pruebas de laboratorio, como el rendimiento de aceleración, el tiempo de carga, el kilometraje continuo, etc., que deben verificarse adicionalmente para verificar su confiabilidad y calidad de producción en masa control bajo la operación real en un entorno externo complejo. (2) el material del diafragma requerido por la batería de iones de litio no ha logrado un avance sustancial, y su precio es caro y representa más del 30% del costo de la batería de potencia. Si la tecnología de producción a escala se realiza en este material, el costo se puede reducir en gran medida

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