電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
新能源汽車三大(電池、電機、電控)核心技術，對主機廠工程師而言，動力鋰離子電池知識是非得要知道的。但是目前許多工程師對動力鋰離子電池知識知道甚少，緊要原由是，動力鋰離子電池是電化學范疇的，而汽車學院的沒有這個課程。下面做一些簡要解析，供大家參考。
一、電池有哪些？其功能有哪些？
先說水池吧。水杯、水桶、水缸、水池、這里的杯、桶、池、塘，有一個共同的特點，其基本功能是裝水的，不同是容積大小不相同。水是液體，有一個基本屬性，水是能高處流向低地處的。基本常識是，人們可能沒有沉思，水池原來是空的，水池的水是人倒進去的，在水水池的低處鉆一個孔，一池子水最后會放干的。這個過程里有哪些科學道理？
a)空水池，空的容積才能盛水；
b)水自己進不了水池里，是人倒進去的；
c)有水壓的存在，水才會從高處往地處流動的。
同理，電池是盛電的容積，電池里面原來也是空的，是沒有電的，電是人充進去的，電池能放電，是因為電池里面有電壓差。
水池是物理學原理，是裝的液體，水是分子結構的；電池是電化學學原理，是裝的帶電的，是比分子更小的離子。
二、干電池的基本常識
大家常見在體收音機、收錄機、照相機、電子鐘、玩具等電池，歸類為干電池。在干電池里面的電解質是一種不能流動的糊狀物，才叫做干電池(見圖1)，這是相關于具有可流動電解質的電池說的。
圖1干電池外形及內部結構
其外殼是用鋅做成的圓筒型容器，鋅筒中央立著一根碳棒,碳棒頂端固定著一個銅帽。碳棒和鋅筒叫做干電池的電極。集中正電荷的碳棒叫正極,(符號+，表示電池的正極)，集中負電荷的鋅筒叫負極(符號-，表示電池的負極)。
放電的基本原理：碳極周圍填滿了二氧化鎂，鋅電極組成了干電池的外殼，碳電極則放在中心。電子是有電子化了的鋅金屬(氧化用途)所給出，流進外部的電路到達炭電極。靠近碳電極的二氧化鎂得到電子(還原用途)生成氫氧離子，并形成了新的化合物叫做氧化鎂。氧化反應把電池負極的電子推出去，而還原反應則在正極吸收它們。干電池對用戶而言不具再次充電特性，是一次性使用電池。
三、動力鋰離子電池非得是可充電池
(1)干電池與目前的動力鋰離子電池最大差別是：
a)干電池電解質是一種不能流動的糊狀物，不具再次充電特性；
b)動力鋰離子電池是電解質鋰離子能在其中能流動的電解液，可以上千次充電；
(2)干電池與目前的動力鋰離子電池的基本相同點：
a)有正極、有負極、有外殼、是電化學反應；
b)干電池與動力鋰離子電池在單體上，物理特性基本相同，有圓柱、方形的。
圖2動力鋰離子電池圓形和方形
四、動力鋰離子電池組有哪些意思？為甚么要一節一節串聯(并聯)后做成電池組
對主機廠家工程師而言，燃油汽車上是一個油箱，它是一個液體容積。但是看到電動車上是一個又一個動力鋰離子電池組，打開電池組里面，有許多數不清的一節一節的電池。可不可以把動力鋰離子電池筆直做成一個大的電池組呢？
手電筒里一般裝了2節干電池，有的裝3節，還有5節的。干電池規格有1號、2號、5號的。動力鋰離子電池開始把一節電池，叫做單體、把一組并聯起來叫做模組，把模組串聯起來，叫電池組，把電池組串聯起來叫做電池系統。
單體(或者叫單節)是電池產品的最小單位。可不可以把電體電池做得很大。比如把3節干電池，做成一節放到手電筒里。實際上做不到，這是電化學電池原理的不足。干電池一節只能做1.5V，人們要3V的電源，非得是2節干電池串聯。單節的容量也不能做很到，人們要容量很大的電源，非得要將單個電池并聯起來。
圖3動力鋰離子電池組內部結構
車載動力電源一般在300V、200A以上，目前的基本辦法是單體電池并聯起來成模組，模組電池串聯起來成電池組，電池組串聯起來成電源系統。
五、電池管理系統(BMS)有哪些，其功能有哪些？
12米電動公交車一般要6-8個電池組，每一個電池組里通過并聯(串聯)有上成白上千單體。可以想象，眾多的、有一定差異的單體電池包織的電池系統，要怎么樣協調有序開展工作？很簡單，有組織，必然有管理，與出現電池管理系統。
單體電池是物，當然管理電池工作的一定也物，而不是人。這個物自然是計算機管理系統。歸結起來，電池管理系統(BMS)是運用計算機技術的智能管理系統。
鋰離子動力鋰離子電池工作過程：
在充放電的過程中，鋰離子通過電解液穿過隔膜不停的在正負兩極之間來回搬家。鋰離子回搬家的數量，多了少了都不行，非得要進行控制，控制的好，就可以反復充電下去而不減少容量，否則就會讓電池容量出現永久性的下降，甚至爆炸。
圖4電池管理系統(BMS)管理對象及內容
電池管理系統與電動車的動力鋰離子電池緊密結合在一起，電池進行管理的系統，通常具有量測電池電壓的功能，戒備或戒備電池過放電、過充電、過溫等異常狀況出現等。其基本功能：
通過傳感器對電池的電壓、電流、溫度進行實時測試，同時還進行漏電測試、熱管理、電池均衡管理、報警提醒，計算剩余容量(SOC)、放電功率，報告電池劣化程度(SOH)和剩余容量(SOC)狀態，還依據電池的電壓電流及溫度用算法控制最大輸出功率以獲得最大行駛里程，以及用算法控制充電機進行最佳電流的充電，通過CAN總線接口與車載總控制器、電機控制器、能量控制系統、車載顯示系統等進行實時通信。
六、電池管理系統緊要的三個子系統基本功能
(1)SOC估計功能
精確估算SOC數值變是非常緊要的，其算法是相關公司的核心競爭力之一。SOC的估算精度高，關于相同量的電池，可以有更高的續航里程。所以，高精度的SOC估算可以有效地降低所要的電池成本。SOC是根據監測的外部特性信息計算出來的傳輸信息。SOC告知車主當前電量的同時，也讓汽車知道自身電量，戒備過充過放，提高均衡一致性，提高輸出功率減少額外冗余。系統底層內部都是經過復雜的算法計算，保證汽車安全繼續穩定運行，提高安全性。
(2)熱管理功能
熱管理緊要包括確定電池最優工作溫度范圍、電池熱場計算及溫度預測、傳熱介質選擇、熱管理系統散熱結構設計和風機預測穩點的選擇。確保電池工作在適當的溫度范圍內和降低各個電池模塊之間的溫度差異。
(3)均衡控制功能
均衡控制分為主動均衡與被動均衡。
主動均衡是對電池包在充電、放電或者放置過程中，電池單體之間出現的容量或電壓差異性進行均衡，來消除電池內部出現的各種不一致性。
均衡方式緊要以被動均衡為主，采用單體電池并聯分流能耗電阻的方式，且只能在充電過程中做均衡工作。其工作原理是通過對電壓的采集，發現串聯單體電池之間的差異，以設定好的充電電壓的上限閾值電壓為基準，任何一只單體電池只要在充電時最先達到上限閾值電壓并測試出與相鄰組內電池差異時，即對電池包內單體電壓最高的那只電池，通過并聯在單體電池的能耗電阻進行放電電流，以此類推，一直到電壓最低的那只單體電池到達上限閾值電壓為一個平衡周期。
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