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      最有前景的動力電池-鋰電池

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       未來新能源將在能源結構中占據越來越高的比例,電能的存儲及利用是能源結構轉型中的關鍵環節。電池循環壽命超過5000次、價格低于1.5元/Wh,或者循環壽命超過10000次、價格低于3元/Wh將是截至2020年儲能鋰離子電池的研發和生產目標;而能量密度高于350 Wh/kg、成本低于0.8元/Wh以及使用壽命長達10年的高安全性動力鋰電池未來將會是長期的研究熱點。

       

      動力電池安全性是當前動力電池企業和車企普遍關心的問題,新體系高能量密度電池仍然是科研院所的前沿課題,以金屬鋰為負極、固體鋰離子導體為電解質的鋰空氣或鋰硫電池被認為是動力電池未來的發展方向。

       

      全球已經進入從化石能源向可再生能源轉變的時期,環境保護與新能源技術的開發是世界各國關注的熱點。汽車雖然是21世紀最重要的交通工具,但是其帶來的環境污染也成為全球性問題。

       

      隨著汽車數量越來越多、使用范圍越來越廣,產生的負面作用也越來越大。開發電動汽車(EV),已成為世界各國的首要任務。

       

      近十年來,中國政府、高校、汽車制造商和電池公司已投入大量的人力、資金加速電動汽車的研發,中國已經成為世界電池技術、制造及市場密集的地區。鋰離子電池因具有高能量密度、高功率密度、體系豐富的特點,成為公認的最有前景的動力電池,但作為一個新興產業,鋰電池在技術、設備和應用方面還有很大的發展空間。

      了解荷電狀態對鋰電池的重要意義

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       近年來,環境問題,能源問題日益嚴重,已經影響到了人們的日常生活。人們一方面探索新能源,另一方面開發先進的能源管理方式。磷酸鐵鋰電池安全無污染,可大電流放電等眾多優點被人們廣泛關注,在后備電源,汽車等領域得到了廣泛應用。

       

      鋰電池管理系統BMS(Battery Management System)也應運而生,成為很多科研機構的研究熱點。簡單來說,BMS管理系統就是動態監測電池運行過程中的各種參數,并根據采集到的數據信息進行容量估算,評估電池狀態;再根據預設的電池管理策略,做出進一步的處理。

       

      如需要時進行備用電源放電,電量不足時進行充電,出現異常時進行報警等。鋰電池管理系統的關鍵技術是對電池的荷電狀態估算,準確的荷電狀態(SOC)的估計對提高電池使用壽命和提高安全性能具有重要意義。

      三元鋰電池壽命詳解

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       鋰電池壽命是指電池在使用過一段時間后,容量衰減為標稱容量(室溫25℃,標準大氣壓,且以0.2C放電的電池容量)的70%,即可認為壽命終止。行業內一般以鋰電池滿充滿放的循環次數來計算循環壽命。

      鋰電池在使用的過程中,內部會發生不可逆的電化學反應導致容量下降,比如電解液的分解,活性材料的失活,正負極結構的坍塌導致鋰離子嵌入和脫嵌的數量減少等等。實驗表明,高倍率的放電會導致容量更快的衰減,如果放電電流較低,電池電壓會接近平衡電壓,能釋放出更多的能量。

      三元鋰電池的理論壽命大概為800次循環,在商業化的可充電鋰電池中屬于中等。磷酸鐵鋰約為2000次,而鈦酸鋰據說可以達到1萬次循環。目前主流的電池廠家在其生產的三元電芯規格書中注明大于500次(標準條件下充放電),但是電芯在配組做成電池包后,由于一致性問題,每個電芯的電壓和內阻不可能完全一樣,其循環壽命大約為400次。

      鋰電池不建議進行深度充放電,過充過放均會對電池的正負極結構造成不可逆的損傷,若是以淺充淺放來計算的話,循環壽命至少有1000次。另外,鋰電池若是經常在高倍率和高溫環境下放電,電池壽命會大幅下降。

      為什么鋰電池充電時會起火

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       前不久,上海楊浦區一居民家中,發生了一起鋰電池充電時爆炸起火的事故,情況十分危險。事實上,這樣的新聞并不少見。那么,為什么鋰電池在充電時容易著火?有什么辦法可以避免嗎?

      鉛酸電池,鋰電池更容易發生安全事故,主要因為二者電解液不同。鉛酸電池電解液一般是水溶液,不易起火;而鋰電池電解液則是有機質,屬于易燃物。

      那么,為什么鉛酸電池可以用水溶液,鋰電池卻要用相對危險的有機質作為電解液呢?簡單來,二者的最高電離電壓不同。水溶液的最高電離電壓為2V,而這個電離電壓對于鋰電池而言是遠遠不夠的。為了提高電能量密度,鋰電池必須將有機質作為電解液。當有機質電解液被密封在電池這樣一個狹窄的空間里面,就會存在一個較高的爆炸和起火的風險。
      為什么充電時,鋰電池容易起火呢?鋰電池負極的SEI膜(即固體電解質膜)破壞,是最主要的原因之一。和鉛酸電池一樣,鋰電池也分為正負極,正極一般是鋰的過渡金屬氧化物,負極是石墨和碳。

      而當負極表面的SEI膜被破壞,充電時產生的碳和鋰的化合物無法正常到位,電池內部就會產生巨大的熱量。而當溫度上升,鋰電池的正極就會自動析出氧氣—當“溫度上升、存在易燃物、存在氧氣”這三大燃燒條件都具備時,爆炸起火的概率就急劇上升了。

      正因為鋰電池的正極在溫度升高時,會自動釋放氧氣,因此我們無法通過隔絕氧氣的辦法來進行滅火,就是說干粉滅火器都派不上用場。因此鋰電池著火,是非常危險的。
      那么,我們如何解決鋰電池的安全問題呢?這是一項系統性的工程,需要從電池的設計開始,到電池的保護板,再到充電,環環相扣地進行。所以購買了鋰電池電動車的用戶,一定要按照操作說明使用電池,建議大家一年左右進行一次電池的安全檢查,防患于未然。

      叉車鋰電池虧電怎么辦

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       過年期間,工廠基本都放假,使用的電動叉車或者堆高車、搬運車留在工廠,又無人員值班,電池不維護保養或放電后未能及時充電,長期處于虧電狀態,導致年后充不進電,出現電量不足,嚴重的則造成蓄電池的損壞,無法啟動設備。

       

      什么是電池虧電?虧電就是電量不足,直觀表現就是電壓不足,低于正常值。虧電狀態不一定一點電沒有,只是電量少而已。虧電后,由于電壓過低,不足以帶動車載用電器正常工作。如果一點電也沒有,電動叉車電池可能報廢,不可恢復。

       

      電動叉車電池虧電怎么辦?

      1、采用脈沖充電的技術將電池電解液激活,修復電池。

      2、帶有均衡充電功能的充電器直接進行均衡充電。

      3、加電解液;

      4、以上三項都無法修復電池的話,建議購買正規廠家電池進行更換;鑫動力小編提醒您:無論大家買的是鉛酸電池還是鋰電池的電動叉車,進行全面、專業的維護和保養電池是設備安全運行的重中之重,忽視電池的維護保養會影響工作效率,嚴重會導致設備無法運行。

      叉車電池選哪種靠譜

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       目前中國叉車市場上存在的從事叉車鋰電池的企業超過20家,由于投資規模和企業性質等諸多因素,盡管企業不少,但是成體系的企業不多。

       

      1、中國叉車鋰電池正在經歷著無知無畏階段

       

      最近,國內幾家曾經風光的叉車鋰電的企業出現了經營危機,資金的短缺和企業路徑的戰略不足,讓這些背靠堅實企業集團,背靠技術前沿的叉車鋰電企業即將關門轉行,留給市場上是成千組叉車鋰電池一個售后服務和技術更新的缺口。

       

      面對叉車鋰電池的不可逆轉的市場需求,叉車主機廠們被動或者盲目的選擇著叉車鋰電池。存在的隱患是,叉車鋰電池的供應商和叉車主機廠的終端用戶之間是信息斷層的,也就是絕大多數叉車鋰電池的供應商是不知道它的電池用在哪里,用在哪批車上,一旦出現質量問題是沒有辦法批量和及時追溯和應對的。

      2、叉車電池的BMS與叉車的匹配:

       

      目前的BMS都是沿用汽車行業的標準改造的。許多BMS對叉車鋰電池中的特殊性,缺乏理解,通訊協議的對接不順暢。這在一定程度上會影響叉車鋰電的應用和壽命。曾有某品牌叉車由于和鋰電之間協同不夠,出現燒控制器的現象,產生經濟糾紛。由于叉車鋰電與汽車行業不一樣,規格和尺寸各不相同,批次多,產量少,需要應對各個品牌的不同型號的叉車,單純從BMS開發的角度,也很難盈利,可持續性存在問題。

       

      3、叉車鋰電價格競爭慘烈,盈利不足,技術儲備和增長乏力。

       

      叉車鋰電顯然受到了汽車行業低價競爭不良風氣的影響,在本應該進行技術和企業能力積累階段,卻直接進入低價競爭的窘境中。在歐美國家,叉車鋰電處在一個非常穩健的發展階段。而在中國,叉車鋰電已經呈現價格探底的狀態。叉車鋰電的入行者顯然沒有看到叉車鋰電更個性化和復雜性的售后服務開銷。叉車鋰電的價格究竟該是多少?我們在與歐洲林德和永恒力,美國幾大鋰電廠家,以及臺灣主流鋰電企業的交流中,對應傳統鉛酸電池應用最多的48V560Ah的叉車鋰電,歐洲和美國的大致價格在9萬元人民幣,年初在與臺灣的鋰電企業商談叉車鋰電的市場時,認定低于8萬元將很難保證質量和盈利。在與國內的叉車鋰電企業交流中,大家也認同5-6萬元的合理價格區間。

      4、誰會為第一代產品買單?

       

      叉車鋰電經過幾年的發展,目前進入洗牌整理期,其中的第一批轉行和關門的企業已經出現,退出企業遺留在市場上的鋰電該有誰來負責?由于各家鋰電池的技術都有不同,因此后續的服務的延續是一個棘手的問題。隨著新能源汽車領域的補貼的取消,帶來新一輪鋰電廠家的大浪淘沙,大批淘汰的鋰電廠家留在市場的鋰電(包括一些叉車鋰電)留下了的售后服務空白值得行業關注。

       

      5、新能源鋰電大廠出現搖擺,中小微企業現金流出現問題,技術為核心的企業等待機會。

       

      現存的叉車鋰電企業規模匹配失衡,要么是鋰電大廠的小微部門,規模和盈利水平都很難進入鋰電大廠的主流產品,往往最終成為雞肋。

       

      市場存在小微企業,由于現金流和造血功能的不足,一旦出現風吹草動,抗風險能力極弱,而少數鋰電技術轉化的企業也由于資金和客戶對技術的忽視而缺乏動力。因此整個叉車鋰電行業都不成體系。

      特斯拉為什么對18650電芯情有獨鐘

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       對于用18650電芯做為新能源電動汽車電池的技術路線,大家首先可能把目光轉向特斯拉。特斯拉在進行電池開發時,測試了很多種類的電池,但最后把目標鎖定在18650電芯,那么18650電芯有哪些優缺點,鑫動力小編給大家分析一下。

       

      我們常說的18650其實是指電池的外形規格,是日本SONY公司當年為了節省成本而定下的一種標準電池型號,其中18表示直徑為18mm,65表示長度為65mm,0表示為圓柱形電池。18650電池原指鎳氫電池和鋰離子電池,由于鎳氫的現在比較少用,所以現在多指鋰離子電池。18650鋰離子電池單節標稱電壓一般為:3.6V或3.7V;最小放電終止電壓一般為:2.5~2.75V。常見容量為1200~3300mAh。

       

      18650電芯是最早、最成熟、最穩定的鋰離子電池,廣泛應用在電子產品中。多年來,日本廠商在18650電池的生產工藝上積累了大量經驗,使得產出的18650電池的一致性、安全性都達到了高水準。

       

      相比之下,層疊式鋰離子電池遠遠沒有成熟,常見的有方形電池、軟包電池,甚至連尺寸、大小、極耳位置等都不統一,電池廠商所具備的生產工藝也不能滿足條件,大多數以人為控制為主,電池的一致性達不到18650電池的水準。如果電池的一致性達不到要求,大量電池串、并聯形成的電池組的管理也將不能讓每個電池的性能更好地發揮,而18650電芯可以解決這一問題。

      總結來說,18650電池的單體容量小,所需的單體數量會很多(ModelS有7104只),但是一致性很好;層疊式電池的容量可以做得較大(20Ah到60Ah),單體數量可以降低,但是一致性差。相比之下,現階段很難投入大量的人力物力與電池供應商一起去改善層疊式電池的生產工藝。

       

      在研發Roadster和ModelS的時候,Tesla的唯一選擇是從市場上去購買電池,自行開發電池系統。開發一套管理6000多節單體一致性很好的電池系統與開發一套200多節一致性很差的電池系統,相比之下,前者的技術難度應該更低一些。即使單體電池數目增多,但是如果這些電池的性能是可靠的,管理起來還是容易一些。

      鋰電池在儲能領域的優勢

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       鋰電池儲能現狀,鋰電池在儲能領域的優勢。在鋰電池進入大規模應用階段下,鋰電池儲能產業發展也受到各國政府的大力支持。優勢更明顯的儲能磷酸鐵鋰電池開始走向大眾。鋰電池儲能市場總容量十分可觀、用戶側潛力巨大。

       

      鋰電池儲能現狀

       

      中國作為新能源強國,新能源產業在近年來得到了快速發展,儲能領域也一直被密切關注,面對巨大的市場需求與潛力,國內鋰電池儲能企業如沉睡雄獅蓄勢待發。

       

      鋰電池儲能市場總容量十分可觀、用戶側潛力巨大。

       

      目前的鋰電池儲能應用領域看來,儲能的三大領域有:大型風光儲能、通信基站的后備電源、家庭儲能。其中通信基站的后備電源領域目前占比重較大,家庭儲能借著特斯拉掀起的“能源家庭”浪潮,有較大的進一步發展擴容的空間,大型風光儲能短期看來勢頭不大。

       

      鋰電池在儲能領域的優勢

       

      在強大的社會發展需求和巨大的潛在市場推動下,鋰電池包儲能技術正向大規模、高效率、長壽命、低成本、無污染的方向發展。鋰電池儲能是目前最可行的技術路線。

       

      1.磷酸鐵鋰電池能量密度相對較高、續航能力強,并且隨著磷酸鐵鋰正極材料的應用,傳統的碳負極鋰離子動力電池的壽命和安全性得到較大提高,首選應用于儲能領域。

       

      2.鋰電池的循環壽命長,在未來改進能量密度相對較低、續航能力弱、價格偏高這些缺點使得鋰電池在儲能領域的應用成為可能。

       

      3.鋰電池倍率性能好,制備比較容易,在未來改進高溫性能和循環性能不佳等缺點更利于在儲能領域應用。

       

      4.全球鋰電池儲能系統在技術上占比其他電池儲能系統占比要高出很多,鋰離子電池將成為未來儲能的主流。2020年,儲能電池的市場將達到700億元人民幣。

       

      5.清潔無污染.鋰電池不含有鉛、福、汞等有毒物質,同時因為電池必須被很好地密封,在使用過程中極少有氣體放出,不對環境造成污染。

       

      儲能電源技術在電力系統中的重要作用隨著電力體制改革和智能電網建設的發展越來越受到關注。無論從國內還是從國際市場的角度來講,鋰電儲能市場的前景都十分廣闊?;阡囯姵卦趦δ軕妙I域中的優勢,而且可以給淘汰下來的動力鋰電池找到新的“用武之地”,各大企業開始布局儲能市場。

      ETC門架系統用鋰電池有什么優勢

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       ETC龍門架系統由車道控制器、ETC天線、車牌圖像識別設備、補光設備、高清全景攝像機等組成。為保障ETC門架系統安全、穩定、可靠運行,我們按照新標準設計研發了一套戶外智能機柜,有效解決了大功率供電、多電壓輸入輸出、在線浮充式后備電源、不間斷供電零時間切換、動力環境控制等。

       

      ETC門架一體化智能機柜核心功能包括了戶外機柜、配電單元、工業空調、UPS、后備電池、防雷、消防、智能門禁、動環監控等功能,具有防盜、防塵、防水、防腐、蓄電能力長、實時監控、智能預警等特點。但不同省的高速公路ETC門架系統又有自己的特定要求。

       

      方案優點

       

      1)電壓平臺高(組成相同電壓平臺的電池組,串聯數量更少);

       

      2)能量密度大(重量輕、體積小);高速公路ETC門架系統一體化節能型戶外機柜

       

      3)使用壽命長,環保(鐵鋰電芯循環壽命能達到 3000 次,為鉛酸電池的4~5 倍);

       

      4)免維護性(減少后期人工維護成本);

       

      5)更綠色環保,不含鉛等重金屬污染。

       

      ETC配套空調

       

      ETC 門架系統戶外一體化智能綜合柜采用門裝嵌入式機柜空調,不占機柜(房)內部空間;為了提高制冷連續性和運行可靠性,采用空調供電由 UPS 提供,兩臺空調互為備份,輪值運行設計。

       

      1)制冷空調可以通過顯示屏或后臺軟件設置參數:制冷開啟溫度和制冷停止溫度。當機柜內溫度高于制冷開啟溫度時,開始制冷;當機柜內溫度低于制冷停止溫度時,停止制冷。

       

      2)除濕:當柜內濕度大于除濕開啟濕度(默認 75%,范圍 50%~99%),且柜內溫度小于除濕開啟溫度(默認25℃,范圍 20~40℃)時,接通電加熱除濕;當柜內溫度升到除濕停止溫度(默認 30℃,范圍 25~50℃),或濕度回落到除濕停止濕度(默認 65%,范圍 50%~99%)時停止加熱。

       

      計算機視覺幫助科學家研究鋰離子電池

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              隨著時間的推移,鋰離子電池會逐漸失去動力,科學家和工程師們正努力研究這個過程的細節?,F在,美國能源部國家加速器實驗室的科學家已經將復雜的機器學習算法與x射線斷層掃描數據結合起來,生成了一幅詳細的圖像,展示了電池的陰極是如何隨著電池使用而退化的。

              這項新研究發表在5月8日的《自然通訊》(Nature Communications)雜志上,研究的重點是如何更好地觀察鎳錳鈷(NMC)構成的陰極中發生的情況。在這些陰極中,NMC顆粒由導電碳基體結合在一起,研究人員推測性能下降的一個原因可能是顆粒脫離了該基體。該團隊的目標是將斯坦福大學的斯坦福同步加速器輻射光源(SSRL)和歐洲同步加速器輻射設施(ESRF)的尖端能力結合起來,全面了解NMC顆粒是如何分裂并脫離母體的,以及這可能如何導致性能損失。

              當然,對人類來說,僅僅通過觀察NMC陰極的照片就能知道發生了什么,這是一項艱巨的任務。因此,研究小組轉向了計算機視覺,這是機器學習算法的一個分支,最初設計用來掃描圖像或視頻,識別和跟蹤像狗或汽車這樣的物體。

              即便如此,也存在挑戰。計算機視覺算法通常瞄準由亮線或暗線定義的邊界,因此它們很難區分粘在一起的幾個小的NMC顆粒和單個體型大但部分斷裂的NMC顆粒;在大多數計算機視覺系統中,這些裂縫看起來像是干凈的裂縫。

              為了解決該問題,團隊使用了一種算法來處理分層對象-例如,拼圖游戲,盡管它由許多單獨的部分組成,但我們仍將其視為一個完整的實體。在研究人員自己的輸入和判斷下,他們訓練了該算法來區分不同種類的粒子,從而繪制了三維圖,顯示了NMC粒子(無論大小,是否破裂)是如何脫離陰極。

              他們發現,至少在某些情況下,從碳基質上脫落的顆粒確實會嚴重影響電池的性能,例如智能手機等。

              美國國家加速器實驗室研究人員劉益進(Yijin Liu)說,雖然大的NMC粒子更容易受到破壞和脫離,但也有相當多的小粒子脫離,總的來說,小粒子的行為方式會更多樣。劉說,這一點很重要,因為研究人員普遍認為,通過制造更小的電池顆粒,他們可以制造更持久的電池——新研究表明,這可能不是那么簡單。

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