春兰混合动力车用MH-Ni电源系统及其应用071027

泰州春兰研究院TaizhouChunlanAcademy2007-10春兰混合动力车用MH-Ni电源系统及其应用技术交流公司概况z集制造、科研、投资、贸易于一体的多元化、高科技、国际化的大型企业集团z42个独立子公司，1万名员工z设有国家级技术中心、博士后工作站和电器实验室，江苏省清洁能源研究院、春兰研究院、春兰学院等科研教育机构z主导产品包括家电、自动车、新能源z年度营业额超200亿元z2001年承担国家十五“863”计划电动汽车重大专项中“解放牌混合电动客车用镍氢电池及其管理系统的研制”课题研究。z2003年12月8日，国家科技部认定为“十五”国家863计划成果产业化基地。z2005年承担江苏省重大产业化成果转化项目“车用高能动力镍氢电池技术研究与产业化应用”。z2005年，成立江苏春兰动力电源有限公司。z2006年，承担十一五“863”节能与新能源汽车重大项目中“混合电动车用镍氢动力电源系统研制及规模化应用”课题研究。z2006年12月，成立“江苏清洁能源研究院有限公司”，稳步推进产业化进程。目录概述技术思想和研究产品系列和特点应用情况概述¾电动车用动力电池的选择—MH-Ni是首选。¾整车应用需求研究—目前发展最为迅速的车型有混合动力HEV、PHEV和纯电动PEV。它们对电池的能量当担比例和功率特性P/E是有所不同的。¾总成设计—车用电源系统产品是由电池组合、电池管理模块、热平衡和结构强度安全裕度设计等多项技术的综合集成。¾生产企业的要求—根据产品的特点,是研发提高和产业化实施并重的过程，企业必须具备先进的研发平台和成果产业转化能力。技术思想和研究¾电源系统总成的设计理念率先从产品应用需求角度出发，提出了车用动力电源总成的设计理念和检测规范。电池组和管理系统综合技术集成设计、研发、生产的单位。¾执行产品专业制造的技术和管理要求标准化、规范化。技术思想和研究关键的研究内容¾电池功率¾电池高温特性¾电池组热场分析¾动力电源系统的应用需求评估技术思想和研究—电池功率通过分析电池存在的电化学极化和浓差极化以及欧姆内阻的特性，在电池设计中采用高面密度小孔径的泡沫镍作基体，正、负极活性物质均采用表面导电层覆层处理，改进电极活性物质与添加剂的组成，在电极结构上优化电极的长、宽比例，从而减小电极反应的极化内阻，形成优良的导电网络，降低大电流充放电时的极化内阻。对于高倍率使用的电极要做到致密、薄化并且采用较细的活性物质粉体。在电池结构设计中，通过改进集流体的结构和集流方式，降低电池的欧姆内阻。技术思想和研究—电池功率QNFG8动力镍氢电池25C—40C电流放电（10s）曲线技术思想和研究—电池高温特性¾通过在镍电极中添加多元混合稀土氧化物成分的设计，采用多元电解液及新型隔膜，可明显提高电池的抗过充能力和高温性能。¾研究电极材料及组成电极偶后在高温下的微观结构和物相的化学和电化学稳定性，改善电池的55℃贮存性能，荷电保持能力从原来的40%左右提高到80%。技术思想和研究—电池高温特性¾QNFG45电池在60℃条件下进行充放电，放电容量可大于额定容量的90%以上（60℃环境中0.5C充2h，0.1C充1h，搁置1h，1C放电至1.0V），充放电曲线见图技术思想和研究—电池高温特性¾电池的部分荷电态在不同温度下的搁置特性的评估采用0.5C充电至60%SOC，搁置7天后以1C放电。电池的自放电率与温度的关系环境温度-10℃25℃55℃自放电率2%4.5%17%技术思想和研究—电池组热场分析¾开展由温度场和流场仿真分析技术、热传导系数测量技术和红外热成像分析技术组成电池组的热分析研究是十分必要的，它与传统设计手段相比更直观、更可靠、更安全同时又具有极大的技术优势。¾应用基本的热生成-热传递-热散发原理和流体仿真分析软件STAR-CD建立镍氢电池组热分析模型，通过电池模块和电池组的温度分布的数值计算获得模块的排列方式、风速风量、风扇的位置、电池组中气流的通道结构的设计数据并建立热管理模型。¾采用红外热像仪得到电池组在充放电过程中静态和动态的热成像，利用热成像图片评估电池组的热产生和热分布，确定电池组结构设计的热问题并提出建议，使设计者避免电池组内出现过热点而导致电池早期性能劣化。¾实验说明影响电池组的温度场分布主要取决于电池组结构的设计、气流通道的尺寸和形状的设计等重要因素。在冷却风扇同样功率使用下，对多支管道的气流通道和上下气流通道的结构设计提供均匀的流体速率分布和较低的气流阻力。技术思想和研究—电池组热场分析风道内速度矢量分布温度分布静态检测热成像图技术思想和研究—电池组热场分析电池组充电过程的温度动态分布技术思想和研究动力电源系统的应用需求评估¾并联式¾串联式动力电源系统的应用需求评估y串联式试验工况循环试验SOC与开路电压数据动力电源系统的应用需求评估y整车运行电池工况（电流-时间）动力电源系统的应用需求评估y根据整车工况整理得出试验工况（单次循环）动力电源系统的应用需求评估y单次小循环电压曲线动力电源系统的应用需求评估y循环过程中温度最高节点变化：工况循环阶段动力电源系统的应用需求评估y常温下电源系统SOC-开路电压曲线动力电源系统的应用需求评估并联式试验¾工况能量效率：根据北京公交工况进行循环测试¾充放电内阻：在不同的电池SOC下，计算充放电功率和内阻¾脉冲充放电：不同SOC下功率输出与接受能力¾冷启动能力：在-30℃环境下搁置20h,30%SOC，10Kw、2S动力电源系统的应用需求评估工况能量效率单次循环图如下：1001151301451601751902052200755159123923037Test_Time/sVoltage/V-200-150-100-50050100150200Current/A动力电源系统的应用需求评估y充放电极限电压和能量效率与循环次数关系如下1001201401601802002201611162126Cycle_NumberVoltage/V707274767880Energy_Efficiency/%充电电压放电电压能量效率动力电源系统的应用需求评估ySOC在0.3～0.8之间时功率较为平稳，当SOC低于0.3时，输出功率有明显降低；当SOC高于0.8时，充电接受能力下降262728293031323300.20.40.60.81SOCPower/kW脉冲充电能力脉冲放电能力常温不同SOC下的内阻。动力电源系统的应用需求评估0.100.150.200.250.300.350.4000.20.40.60.811.2SOCR/Ohm充电内阻放电内阻y-30℃冷启动动力电源系统的应用需求评估5070901101301501701909:29:059:29:239:29:409:29:579:30:149:30:329:30:499:31:06TimeVoltage/V产品系列和产品特点y镍氢动力电池技术规格（一）高功率型金属氢化物镍蓄电池电池型号QNFG8QNFG16QNFG27QNFG30QNFG40QNFG60QNFG80QNFG90标称容量Ah816273040608090重量Kg0.280.580.750.801.041.421.902.2尺寸mm94×46×22125×52.5×23135×72×26.5146×72×26.5152×81×26.5172×100×28.5211×100×28.5215×110×31比功率W/Kg≥800≥800≥600≥600≥600≥600≥600≥600循环寿命(100%DOD)≥600≥600≥600≥600≥600≥600≥600≥600产品系列和产品特点y镍氢动力电池技术规格（二）高能量型金属氢化物镍蓄电池电池型号QNF12QNF25QNF45QNF60QNF80QNF100标称容量Ah1225456080100重量Kg0.280.480.91.21.62.0尺寸mm94×46×22125×52.5×23130×81×26.5156×81×30156×110×28.5185×110×28.5质量比功率W/Kg≥350≥350≥350≥350≥350≥350循环寿命(100%DOD,次)≥600≥600≥600≥600≥600≥600产品系列和产品特点¾功率特性¾耐用性、可靠性¾安全裕度主要产品QNFG27、QNFG40、QNFG60系列通过QC/T744-2006的检测镍氢动力电源系列产品混合动力轿车用120VQNFG8镍氢动力电源系统镍氢动力电源系列产品混合动力客车用336VQNFG27镍氢动力电源系统镍氢动力电源系列产品混合动力客车用336VQNFG40镍氢动力电源系统镍氢动力电源系列产品混合动力锌空气车用288VQNFG27镍氢动力电源系统镍氢动力电源系列产品发射车用28VQNFG40镍氢动力电源系统自动导引（AGV）车用24VQNFG90镍氢动力电源系统借助承担的“十一五”863项目，进一步拓宽了应用市场，目前国内80%以上的混合电动客车生产厂家或研究院所应用的电源系统由春兰提供，东风、一汽、时代华通等已开始批量采购。y串联式、并联式混合电动客车y混合电动轿车y电-电混合电动客车/轿车yAGV应用应用情况应用情况应用情况—混合动力城市客车配置春兰镍氢动力电池及其管理系统的“解放牌”混合电动城市客车参加2004年“必比登”洁净能源汽车大赛取得两项大奖的较好成绩配置春兰镍氢动力电池及其管理系统的“东风牌”混合电动城市客车在武汉公交示范线运营应用情况—混合动力城市客车上海汽车工业集团总公司采用春兰DY336-60动力电源系统的混合电动客车2007年9月，东风电动车辆股份有限公司的混合电动客车批量投入市场，其中80%配置的是春兰镍氢动力电源系统应用情况—混合动力城市客车应用情况—混合动力城市客车2007年6月，在“北京实施混合动力公共汽车示范项目”招标中，一举夺得标的为10辆示范运行用串联、并联式混合动力公交车中7辆以上的镍氢动力电源系统供货合同。应用情况—混合动力轿车装配第二轮春兰100QNFG8电池组样机的同济大学混合动力轿车“登峰一号”应用情况—自动引导车辆（AGV）应用情况—仓储运输板应用情况配置春兰镍氢动力电池电动自行车一次充电行驶里程80-100Km感谢国家科技部、节能与新能源汽车重大项目办公室、国家“863”计划节能与新能源汽车重大项目专家组对春兰能源事业的大力支持！致谢致谢关爱自然奉献社会结束语