電気自動車用鉛蓄電池およびリチウムイオン電池充電技術の分析

パワーバッテリーは、電気自動車の重要な技術の1つです。 GustaveTrouveが1881年に世界初の電気三輪車を製造したとき、それは鉛蓄電池を動力源としていました。現在、新世代の鉛蓄電池を使用したハイブリッド電気自動車や純粋な電気自動車はまだたくさんあります。過去10年間で、リチウムイオン電池は電気自動車の生産に適用され、ますますその利点を示しています。

アメリカの学者ジャムカは、多数の実験を通じて、バッテリー充電の許容電流定理を提案しました。1）任意の放電電流に対して、バッテリー充電の許容電流は、解放された容量の平方根に比例します。 2）どの放電深度でも、バッテリーの電荷受容率は放電電流の対数に比例します。これは、放電電流を増やすことで増やすことができます。 3）バッテリーはいくつかの放電率で放電され、その受信電流は各放電率の受信電流の合計です。つまり、放電することにより、バッテリの充電許容電流を向上させることができる。バッテリー充電の許容度が低下した場合、充電の過程で放電を追加して許容度を向上させることができます。

自動車用パワーバッテリーの性能と寿命は、バッテリープレートの品質や電解質の濃度などの独自のパラメーターに加えて、多くの要因に関係しています。また、の充電および放電パラメーターなどの外部要因もあります。充電モード、充電終了時の電圧、充電と放電の電流、放電深度などを含むバッテリー。これにより、BMSがバッテリーとSOCの実際の容量を見積もることが困難になり、多くの変数を考慮する必要があります。 WG6120HDハイブリッド電気自動車のバッテリー管理システムは、SOC値の管理に基づいています。 SOC（stateofcharge）は、バッテリー内部の反応に関与する充電パラメーターの変化状態を指し、バッテリーの残留容量を反映します。これにより、国内外で統一された理解が形成されました。

鉛蓄電池

鉛蓄電池は非常に複雑な化学反応システムです。充電電流と放電電流のサイズ、およびその動作温度などの外部要因は、バッテリーの性能に影響を与えます。バッテリーのSOC値を計算し、車の走行状態やその他のパラメーターに従って車の走行モードを決定することは重要な技術です。

鉛蓄電池は、使用実績が最も長く、量産を達成した最も成熟した低コストの電池でもあります。しかし、比エネルギーが低く、自己放電率が高く、サイクル寿命が短い。現在のところ、主な問題は1回の充電の短いストロークです。最近開発された第3世代の円筒形密閉型鉛蓄電池と第4世代のTMF（フォイルコイル電極）密閉型鉛蓄電池は、EVおよびHEV電気自動車に使用されています。特に、第3世代VRLAバッテリーの低インピーダンスの利点は、急速充電プロセスでのオーム熱を制御し、バッテリーの寿命を延ばすことができます。

パルス相定電流急速充電方式は、変電所の追放状態のハイブリッド電気自動車鉛蓄電池にうまく適合でき、充電時間が短いため、バッテリーのSOC充電状態は常に50〜80％の要件の範囲に維持されます。 。テストでは、50％Cから80％Cまでバッテリーを充電するのに196秒しかかからないことが示されています。この充電方法は、基本的にバッテリーの許容曲線を満たしています。バッテリーの温度上昇が小さいため、ガスが少なく、圧力の影響が少なく、充電時間が短くなります。

最適な充電方法は、充電電流が常に固有の充電許容曲線に従うことです。充電の過程で、充電受け入れ率は変わりません。時間の経過とともに、固有の充電許容曲線（指数曲線）に従って充電電流が減少するため、充電時間が最短になります。パルス脱分極充電法は、迅速かつ効率的な充電を実現できますが、装置は高価であり、一部のバッテリーには適していません。

電圧仕様がモノマー2V、4Vの日本企業が開発した電気自動車用の新型VRLAバッテリーは、リーンリキッドタイプと横板設計を採用。ライスプレート間の間隔は非常に小さく、電解質の層はありません。スラブ材料は下向きに移動し、電極板によってブロックされ、バッテリーの底にスラブ材料が蓄積することはありません。

Ectreosorce company 12 vl12ah。バッテリー式電気自動車の使用レベル、50w・11 / kgのエネルギーよりも3時間の品質での放電率、80％Ⅸ）D（放電の深さ）900回以上のサイクル寿命。

ドイツのサンシャイン社の電気自動車用鉛蓄電池は、コロイド電解液を使用して設計されており、6Vおよび160A・h電池の平均寿命は、大きな熱容量と小さな温度上昇の利点により、検出後4年に達する可能性があります。

1994年、アメリカのArias社は、独自の構造技術を備えた電気自動車用のバイポーラ鉛蓄電池を発売しました。セルの動作電流は電極面に垂直で、薄い二重電極を通過するため、オーム抵抗はほとんどありません。米国のBPC社が開発した電気自動車用バイポーラ鉛蓄電池の技術パラメータは次のとおりです。結合電圧は180V、バッテリー容量は60A・h、放電率比エネルギーは50W・h / kgです。 、およびサイクル寿命は1000倍に達する可能性があります。

スウェーデンOPTLMAロール電気自動車鉛蓄電池、製品容量56A・h、始動電力は通常の195A・h VRLAバッテリーの始動電力よりもさらに大きく、容量は4分の1小さい95kWに達することができます。

リチウムイオン電池

リチウムイオン電池の特性と価格は、その正極材料と密接に関連しており、一般に、正極材料は以下を満たす必要があります。電解液の電気化学的適合性を備えた、必要な充電および放電電位の範囲内。中程度の電極プロセスの動力学; （3）高い可逆性。中でも空気中のリチウム状態は安定性が良いです。リチウムイオン電池の開発に伴い、高性能で低コストのアノード材料の研究が継続的に行われています。現在、主に遷移金属酸化物のコバルト酸リチウム、酸化リチウムニッケル、リチウムおよびリチウムマンガン酸化物に焦点を当てた研究は、リチウムに適した2d層構造のNaFeO2型構造に属しています。埋め込まれたイオン。その調製技術は、シンプルで安定した性能、高い比容量、優れたサイクル性能であり、その合成法は主に高温固体法と低温固体法であり、シュウ酸沈殿法、ゾルゲル法、低温法と有機ハイブリッド法などの熱くて柔らかい化学法。リチウムマンガン酸化物は、従来のアノード材料を改良したものです。現在、スピネルLixMn2O4が広く使用されています。リチウムイオンのロック解除に適した三次元トンネル構造を持っています。原材料が豊富で、低コスト、無公害、過充電耐性、およびより優れた熱安全性、バッテリー保護装置の要件の安全性は比較的低く、リチウムイオンバッテリーアノード材料の最も潜在的な開発があると考えられています。

日本のソニーは1990年代に、当時のコバルト酸リチウム材料で作られた電気自動車用のリチウム電池を最初に開発しましたが、可燃性と爆発性という欠点がありました。現在、中国の新国ユニタグリ電源株式会社。は、コバルト酸リチウム電池の不足を解消する正極材料としてマンガン酸リチウムを使用した100Ahリチウム電池を開発しました。

2006年10月の時点で、リチウムイオン電池の研究開発を行っている自動車会社は世界に20社以上あります。たとえば、富士重工業はNECと協力して、安価な単セル（セル）マンガンリチウムイオン電池を開発しました（つまり、東芝は、小容量、大容量の特性に加えて、急速充電式リチウムイオン電池パックを開発しました。粒子均質化固定技術は、リチウムイオンをバッテリーのカソードに均一に吸着させ、1分で容量の80％まで充電し、6分後に完全に充電することができます。メインバッテリープラントJohnsonControls for Electric CarDemand特性2005年9月のリチウムイオン電池の開発により、2006年1月にウィスコンシン州ミルウォーキーに研究開発サイトが設立され、50％の資金が提供され、フランスの工場Saft JohnsonControlsがSaftAdvancedPowerSolution（JCS）を設立しました。 DOE）2年間USABC（UnitedStatesAdvancedBatteryConsortium）純粋な電気自動車の研究とリチウムイオン電池プロジェクト契約の開発、高出力リチウムを提供mイオン電池。中国におけるリチウムイオン電池の研究レベルは、2010年にUSABCが設定した長期目標を上回っています。1997年以来、国家工業化試験リチウムイオン電池工業化実証プロジェクトの拠点として恒常的な蘇州スターは、パワー電池の研究開発に合格しています。アメリカのULとヨーロッパの独立組織であるExtraEnergyテスト認証、そして中国で最初のパワーリチウムイオン電池の生産ラインを構築し、スムーズに試作するためには、バッチ生産を実現する必要があります。

2008年の北京オリンピックでは、オリンピックの中心部で長さ12メートルのリチウムイオン電気バスが50台運行され、世界で初めてリチウムイオン電池電気バスが大規模に使用されました。電気バスの充電時間は長く、電気自動車の走行が切断されないようにする必要があります。電気自動車を充電ステーションに入れ、2台のロボットで自動車のシャーシのバッテリーパックを取り出し、チャネルにとどまり、チャネルが完全に充電されたバッテリーを満たし、電気自動車のシャーシに入れられ、プロセス全体がわずか8分で完了します。

フランスのCitroen、Renault、Peugeotは、リチウムイオン電池を搭載した商用車のユーザーテストを完了しました。ボルドーは、フランスの電気自動車のデモンストレーションおよびアプリケーション都市の1つであり、主に市営車や電気ミニバスで使用されるさまざまなタイプの電気自動車500台と、電気自動車の充電設備をサポートする20台の駐車場があります。高速充電装置。リチウム電池の充電プロセスは、鉛蓄電池の充電プロセスとは異なります。 Lipo充電器は、外部コンポーネントがほとんどない非常に小さなチップを備えており、チップ自体が非常に小さいため（2mm 3mm）、充電器全体が非常に小さくなっています。 Lipoのバッテリーは、バッテリー電圧が非常に低い場合（0。5Vの場合）、小電流で充電します。電圧が十分に高いが4未満の場合、この電流の標準値は0.1C未満です。2Vの場合、バッテリーは定電流で充電されます。ほとんどのメーカーは、このプロセス中に1Cの電流を指定し、バッテリーの電圧は4を超えません。2Vでは、定電圧期間中に、バッテリーを通過する電流はゆっくりと低下し、バッテリーの充電は継続します。最大4のバッテリー電圧。2Vで、充電電流はゼロに低下します。 1Cでは、バッテリーは約80〜90％まで充電され、その後トリクル充電に変換されます。充電器では、通常の充電電流とトリクル充電電流（バッテリーが「フル」の場合）の2つのパラメーターを調整できます。充電電流は慎重に選択する必要があり、充電電流はメーカーが推奨する最大値よりも低く保つ必要があることに注意してください。

現在、フランスでは電気自動車のパワーバッテリーに鉛蓄電池が主に使用されており、第2世代のリチウムイオン電気自動車が試運転されています。電気自動車の充電装置は、伝導充電モードを採用しています。伝導充電モードには、従来の充電装置と急速充電装置が含まれます。従来の充電は、簡単な漏れ保護機能を備えた充電設備による標準の商用AC電源インターフェースで提供されます。充電器を搭載した電気自動車の充電は、用途が多く、6〜7時間で完了します。急速充電は、電気自動車の急速充電用の充電器のDC出力によって提供されます。残存電力が25％の電気自動車は25分で充電できます。急速充電アプリケーションはほとんどありません。

充電設備には統一された充電インターフェースがあり、標準のAC電源インターフェースは重要な技術的方向性の1つです。通常の家庭用コンセントと専用プラグ付きの専用充電ケーブルを使用して、充電器を搭載した電気自動車にAC電源を供給できます。

リチウムイオン電池技術のさらなる開発が必要です。 （1）現在、さまざまな企業が発表している純電気自動車のリチウムイオン電池のほとんどは、加速性能、充電時間、連続走行距離などの実験室試験データであり、信頼性と量産品質をさらに検証する必要があります。複雑な外部環境での実際の操作の下での制御。 （2）リチウムイオン電池に必要なダイヤフラム材料は、大きな進歩を遂げておらず、その価格は高価であり、パワー電池のコストの30％以上を占めています。この材料でスケール生産技術を実現すれば、大幅なコストダウンが可能です。

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