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1、上海市新能源汽车高新技术产业化总结报告书一、 课题内容与核心技术能力课题内容本项目：电动汽车锂离子动力电池产业化包含的内容对动力电池组的性能、安全、可靠具有决定性的影响，且已达到先进的水平。本项目已可同时开发不同电动车电池组的客制化产品的技术能力、完整的动力电池数据库、快速的反应能力、拥有先进的材料分析设备及新材料开发人才等，在未来竞争中将处于领先优势。核心技术本项目的核心技术能力包括电池研究与测试能力，电池成组设计技术能力，以及电池成组制造技术能力。主要有：电池自放电测试技术、电池分类技术、电池成组功能测试技术、充电系统设备能力、放电测试工装设备能力、BMS模块自动测试技术、制造信息管理系统
2、技术等。产能目标 项目未来产量预测及产能规划表 单位：组年度201020112012月产能规划1003001000注：以25kwh能量的电池包为一组。产品水平国内领先、国际先进。二、 课题任务执行状况纵述项目于2010年底前应完成的年度目标及实际达成状况如下：项目年度目标1. 完成公司组建及部分厂房建设。实际达成状况： 已完成公司组建及厂房基础建设。目前生产线已具有小批量生产能力，实验室具备原材料、电芯、电池模块测试能力，仅大型测试设备尚未进场，厂房细部建设待完善。实际之项目进度超前目标规划。2. 完成下列核心技术的研发： 2.1完成国内第一套可商品化之储能模块系统关键技术。(单体电池芯的挑选
3、配对技术/串并联的封装技术/电压平衡功能技术/电池模块的散热技术/电池模块 的电源管理系统监控技术/电池管理系统与车载的通讯协议技术)。 2.2完成储能模块系统散热仿真平台与验证技术。 2.3完成储能模块系统组装生产平台与检测技术。 2.4完成国内1000小时长时间运行之电池储能模块系统测试平台。 2.5验证电池储能模块系统组件如电池芯之适用性(选用电池芯将以磷酸锂铁系,锂锰系或三元材料系为主),评估三家以上以国内厂商设计制造之核心组件能否适用于本技术所开发之产品并产生相应的检测报告。实际达成状况：已完成核心技术的开发工作研发，分列于下列说明:a. 第一套电池产品(经由完整之设计、组装、测试.
4、等正规流程完成) 已送交韩国东亚电通进行测试，至现在为止已累计1440小时之系统测试时间，应用于通讯系统之高压直流备用电源。b. 已完成数套电池设计之热仿真分析、载重分析。c. 已完成电池组装平台及相对应之检测设备架设。d. 除了韩国东亚电通之电池产品已完成1440小时测试; 应用于天津清源HEV车辆之电池也已完成800小时之上路测试。同时，应用于上汽8人座城管车已完成2车次的车载测试实验。e. 至现在为止，已完成评估中航锂电、万向、光宇、力神、衡动、新衡、比克、ATL等共8家电芯厂，正在进行评估上海航天电源、银通、德朗能、等数家之关键核心组件供应商。总述核心技术的研发进度超前于目标规划。同时
5、，技术研发之成果斐然。3. 完成与上海汽车集团股份有限公司及天津清源电动车辆有限责任公司样品试产。实际达成状况：如同上述说明，正在进行提交给上汽、天津清源车辆使用之电池样品测试。天津清源尚未有批量生产规划，上汽电池已进行小批量试产。 4. 硬件建设完成生产能力达到月产能100组，年生产能力达到1,200组，2010年生产150组。实际达成状况：硬件建设完成生产能力已达到月产能100组，2010年生产能力达到1,200组，完成制造东亚电通、天津清源、东风裕隆、普天海油、上汽等电池需求共计177组，达成年度目标。年度考核指标1、 依据国家动力电池性能标准要求，动力电池包之部份性能指标已规格化。未能
6、标准规格化的项目为个别产品案之特殊需求原因。2、 已完成”通讯用高低压直流备用电源电池”系列化产品开发工作。持续进行”低速电动车”纯电动轿车”、”混合动力车”、”纯电动大巴车”、”储能电池”、”电动船舶电池”等系列产品之开发工作。3、 因动力电池市场需求尚未形成，所以，目前生产线之规划尚未有高度自动化设施与较大规模运作的必要性，但月产能已能够达到100组/月的年度目标。三、 课题实施之技术路线评述本项目所实施的产业化目标产品主要为纯电动车、混合动力电动车、轻型电动车、通讯系统高低压直流电源以及储能设备所需使用的高能量或高功率的动力电池组。主要包含锂电池组、电源管理系统以及充电管理系统。动力电池
7、组由于受限于电池芯的技术水平, 必须要由多数的电芯组合装配成组。本项目的创新特色在于利用技术提供方将近20年的成组技术，应用在动力电池组的设计与过程，配合自行研发的自动化设备来提高产品的水平与质量，提供产业链中，稳定的供应关系。具体之技术路线主要表现在以下领域：1. 动力电池芯之测试与筛选能力本项目以一严谨专业对单体电池的测试程序进行评估，依据各电池之表现与应用端之需求进行测试与比对，以挑选合适之锂电池。此测试内容包括单体电池之电池性能表现、循环寿命表现、安全性表现，测试项目综合UL1642、UL2580、FreedomCAR、中国863计划 “2008年度EV用锂离子动力蓄电池性能”等之单体
8、电池测试项目。安全测试项目与判断标准测试项目测试条件判断标准电池状况1外部短路测试用电阻50m以下之电线，在室温下, 将测试电池的正负两极短路1小时以上。L1完全充电2过充测试 (外加保护元件)以3C/10V充电(10V达到即停止)或1C/5V充电90分钟。L0完全充电3过放测试 以0.2C的放电电流对测试电池进行强制放电至额定容量的250。L0完全充电4逆向充电以1C将电池逆向充电90分钟L1完全放电5高温测试将测试电池放置于烘箱内, 以每分钟52的升温速率加热至100, 并保持在100下5小时。L0完全充电6冷热冲击在-202小时 602小时之温度冲击下，做20次的循环测试。*-20 60
9、之温度变化需在5分钟内完成L0完全充电7低压测试将测试电池放置于绝对压力11.6KPa中6小时L0完全充电8加热测试将测试电池放置于烘箱内, 以每分钟52的升温速率加热至150, 并保持在150下1小时。L1完全充电9泡盐水测试将测试电池浸泡于5%盐水中2小时L1完全充电10 振动测试以振幅0.8mm, 频率1055Hz，每分钟1Hz的频率变化在XY方向各震动45分钟L0完全充电11 撞击测试将直径15.8mm之圆棒，放置于测试电池中央部位正上方, 然后将9.1kg重量的铁块从610mm高度处坠落下去L1完全充电12坠落测试将测试电池从1.9m高度处,任意方向坠落在水泥地板10次L1完全充电1
10、3穿钉测试将直径2.5mm的钉子, 以每秒150mm的速度贯穿测试电池之中央部位L1完全充电14压碎测试以13kN之力量作用于两片铁板对电池作压扁测试L1完全充电注：L0:电池外观无异状；L1:电池外观漏液. 以上测试项目皆不可有爆炸起火燃烧之现象.循环寿命测试测试项目测试条件判断标准循环寿命 5 , 1C充电/1C放电100%DOD或依客户要求200圈后仍可维持60%以上或依客户要求 25 , 1C充电/1C放电100%DOD或依客户要求1000圈后仍可维持70%以上或依客户要求 45 , 1C充电/1C放电100%DOD或依客户要求3000圈后仍可维持60%以上或依客户要求2. 电池芯筛选
11、与配对成组能力 技术指标可达:单体电池电压差范围控制在20mV之内.单体电池内阻差控制在30%之内 (差异范围除以平均数)容量经并联后的总合, 各串差异范围小于1.5% (此部分可由电池供应商于出前将单体电池配对成组)3. 电池成组设计技术能力a. 阻抗匹配技术定义: R1:电池阻抗 R2,R3 :线阻 Q1 Balance Switch 调控 R4 Balance 电阻由上列参数可计算:1.电池组的内阻变化。2. 量测组装焊点或螺丝松动阻抗增加3. 警报系统b. 锂电池高串并电流平衡监控系统c. 电压校正递回技术.(Operating Range 320V760V)d. 建立电流校正递回技术
12、.(Operating Range 10A150A)e. SOC预估误差=5%，f. 达到系统自放电10（14天，250C, 60% SOC）g. 建立系统状况诊断及改善错误检知正技术.h. 国际标准SAE1939与延伸通讯接口开发i. 主动式平衡系统锂电池串与串能量的转换 高效率 减小平衡时热量产生 对锂电池的伤害3. 可在任何时候启动平衡方程(Idle/Charge/Discharge)j. 锂电池加速度感应断电安全系统k. 锂电池加速度感应断电安全系统Current monitor moduleBMS+ON/OFF电池系统三维加速度感测器透过三维加速传感器侦测行车意外关闭高压电池回路将降
13、低高压泄电危害4. 计算机辅助设计与仿真系统应力仿真与分析：负载仿真与分析：负压进气流量控制板范例热流仿真与分析：状况说明型负压进气流量控制板，在初始未调整控制板孔洞。模拟结果电池芯之间温度差 约7度左右状况说明型负压进气流量控制板，根据初始模拟结果(如图一)，经过调整型负压进气流量控制板合适的孔洞大小及位置(如图二)。模拟结果电池芯之间温度差 降低4度左右圖一圖二5. 电池组安全技术a. 完整的锂电池组安全监控模块与保护电路对可能的充放电异常情形做立即保护。l Over/Under Voltage Protection (OVP/UVP)l Short Circuit Protection(
14、SCP)l Over Current Protection(OCP)l Imbalance Protection(IP)l Over/Under Temperature Protection (OTP,UTP)l Exception Handling and Permanent Protection (EH & PP)l Communication Detectionl Malfunction Detection (MP)b. 高安全性的结构设计，避免电池遭碰撞冲击时可能产生的安全疑虑。c. 结构设计时考虑电池模块间之隔离设计可使电芯本身产生的安全问题可以被有效隔离与控制。d. 防水防尘结构避免异物与水气入侵产生短路之疑虑。e. 电池组的可靠度(耐久,耐震与耐候性能)技术：l 搭配散热结构设计可使电池不致过热而导致容量衰减。l 搭配防水防尘结构设计可避免水气造成金属材料锈蚀。l 通过严格之HALT Test (高度加速寿命测试) 结合冷热冲击与六个轴向之震动
