锦州科士达蓄电池总代理

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科士达蓄电池国外将这种UPS称为Transformer-less UPS,即无变压器的UPS,而将传统工频UPS称为Transformer UPS,即带变压器的UPS。而国内则将其称为高频机和工频机,即以整流器的调制频率来区分。无变压器的UPS,其整流部分包含高频斩波,故称其为高频机;带变压器的UPS为相控整流,故称为工频机。

由此可以看出，工频机和高频机概念引入的初衷，是用来区分UPS是否带有逆变器输出变压器的。

2 歧义的产生

在高频机概念出现的初期,其定义基本上还能正确区分两类UPS。但随着UPS技术的不断发展,以及UPS应用环境要求的变化,当初的定义逐渐显现出不严谨性,造成了很多的困惑和混乱。

近年来,随着社会供电环境对绿色电源和节能降耗的产品需求不断增加,UPS技术有了很大发展,尤其是以高输入功率因数和低谐波输入为目标的整流技术。其中IGBT整流器的普遍采用是这一发展趋势的热点。

IGBT整流器与SCR(晶闸管)整流器性能的不同之处主要表现在两点。

(1)输入参数的不同。SCR(晶闸管)整流器为相控调制,只能工作于工频,输入功率因数较低,输入电流畸变较大。而IGBT整流器可通过控制其门极的驱动来控制IGBT的开通与关断,开关频率通常在几千赫到几十千赫。通过调制,IGBT整流器可以保持输入电流与输入电压相位一致,且输入电流可以接近于正弦波,因而具有非常高的输入功率因数和非常低的输入电流谐波畸变。

(2)IGBT整流器具有升压功能,即IGBT整流器的输出直流可以根据需要调节其高低,甚至可以直接升到800V,从而满足UPS输出交流电压的要求,而SCR(晶闸管)整流没有此功能。

几种IGBT整流UPS的拓扑结构如图3、图4、图5所示。

图3所示的UPS,市电输入经过IGBT调制整流,并将直流电压升压至800V左右,直接通过逆变器调制滤波后输出所需的稳定电压。

图4所示的UPS,市电输入经过IGBT调制整流,获得直流电压(400～500V),经逆变器调制后输出交流电压(310V左右),最后通过输出变压器Tr升到所需的稳定电压。

通过对Plug-in HEV各种工况的分析，提出混合动力车对电池的需求，结合整车的安全要求建议动力电池组布置在车辆的前后轴之间，并对电池组的电、热管理系统进行了简要论述。

Requirement for power lithium ion batteries of Plug-in HEV

ZHU Yong-li, LI Qiang

(Technology Institute, Great Wall Automobile Stock Co. Ltd,, Baoding Hebei 071000, China)

Abstract: By means of the analysis of various modes of plug-in HEV, the requirements for lithium ion batteries were proposed. It is suggested that the power battery packs had better to be arranged between the front axle and the back axle of the vehicles in order to meet the safety requirement. The electric and thermal management systems of the battery packs were also discussed.

Key words: Plug-in HEV; lithium ion battery; drive mode; arrangement for vehicles; battery management system

1 前言

电动车具有不依赖石油资源、零排放、使用成本低和能平抑电网用电低谷等优点，在国际石油资源日渐枯竭的大背景下是在交通领域解决能源问题的最好也是最终的方法。

电动汽车分为纯电动汽车（BEV）、混合动力汽车（HEV）、燃料电池电动汽车（FCEV），在目前电池技术尚不能满足车辆的续驶里程需求的情况下，混合动力汽车（HEV）成为纯电动车普及前的最佳过渡型方案。可外接充电式混合动力汽车（Plug-in HEV）作为混合动力汽车（HEV）的一种具有以下特点：

① 具有纯电动汽车的全部优点：低噪音、零排放及高能量效率。

② Plug-in HEV介于纯电动和常规混合动力电动汽车之间，加满油行驶里程不受限制。

③ 可利用外部公用电网（主要是晚间低谷电力）对车载动力电池进行充电，可改善电厂发电机组效率，电价低降低使用成本。

④ Plug-in HEV的充电使用火电，排放的二氧化碳也比汽油车少。

由于这些特点，使得Plug-in HEV成为电动汽车的一个重要研究和发展方向。Plug-in HEV动力系统主要可分为并联式、串联式和混联式三种结构，其结构主要特点与传统HEV类似。但是Plug-in HEV用发动机功率比HEV的小，电机和电池的功率、容量比HEV的大，电池可通过电力网进行充电。

2 锂离子动力电池技术的发展

锂离子电池是上世纪90年代新兴起的电池，具有体积小、比能量和比功率高、电压高、寿命长和环保性好无污染性等优点，能量密度几乎是镍镉电池的1.5～3倍，也就是说在同样大小能量的情况下，锂电池的体积和质量可减小1/2左右。单元电池的平均电压为3.2～3.7V，相当于3个镍镉或镍氢电池串接起来的电压值。这样能减少电池组合体的数量，从而因单元电池电压差所造成的电池故障的概率可减少许多。相对于镍镉电池和镍氢电池，充电时不用先进行放电，给使用带来了极大的方便性；锂离子电池还具备自放电低的优点。由于锂离子电池不含有镉、汞和铅等重金属，因此可以说是绿色的环保电池。总之，锂离子电池已日臻完善，在电动车上大有取代铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池之势，各种电池的参数对比如表1所示。

锂离子电池按材料分类主要有LiCoO2、LiNiCoMnO2、LiMn2O4和LiFePO4等，但由于LiCoO2和LiMn2O4动力电池始终存在着寿命和安全问题，制约了其在电动车上的应用。随着电池材料的技术不断进步，磷酸铁锂材料以其高稳定性、高安全性等优点，从根本上解决了电池的安全与寿命问题，为环保型电动汽车的发展带来了新的希望。采用橄榄石型的LiFePO4正极材料，由于磷酸根取代了金属氧，具有大键角（109度）、大键能（Co-O键的2倍）、含热量低（100焦耳/克，是金属锰的1/3）、热失控温度高（400度，是金属锰的2倍），因此在滥用条件下不会有氧气析出，解决了其他现有正极材料不能解决的安全问题，具有高安全性、高温性能好、高稳定性等特点。各种锂离子电池的性能参数如表2。

表1 各种电化学体系的性能参数比较

 1.质子交换膜燃料电池（氢燃料电池）是汽车动力应用的主要技术路线

    质子交换膜燃料电池（PEMFC）使用固体聚合物作为电解质，含有铂或者铂合金催化剂的多孔碳作为电极，由于其主要采用氢气作为燃料，因此又被成为氢燃料电池。

    与其他燃料电池相比，质子交换膜燃料电池可以在相对较低的温度（大约80℃）下运行，使得其能够更快的启动、对其他部件损害小，因此拥有更长的使用寿命。此外，燃料电池还具有较高的能量密度，较轻的重量和较小的体积。

    质子交换膜燃料电池主要应用在交通运输和一些固定式的应用，特别适用于乘用车。

 

    质子交换膜燃料电池是继碱性燃料电池、磷酸盐燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池之后，迅速发展起来的温度最低、比能最高、启动最快、寿命最长、应用最广的第五代燃料电池。

    但是质子交换膜电池需要贵金属铂作为催化剂，来分离氢的原子核和电子。并且铂催化剂对一氧化碳非常敏感，如果使用碳氢化合物作为燃料的话，燃料电池系统中还需要增加反应器，这都增加了质子交换膜燃料电池的成本，考虑到清洁环保性及燃料电池系统中的反应器成本等各因素，目前各个质子交换膜燃料电池厂商主要将氢气作为燃料，欧美日韩政府也出台政策鼓励修建加氢站。

    目前这一路线由于反应温度较低，综合性能最好，最清洁环保，是最主流的汽车燃料电池的技术路线。

    全球主流的质子交换膜燃料电池厂商

    Ballard是全球最大的质子交换膜燃料电池厂商之一。Ballard Power Systems位于加拿大，是一家研发、生产和销售质子交换膜燃料电池的企业，是拥有国际领先燃料电池技术的企业，截止目前，其生产的氢燃料电池总容量约为150MW。其主要产品是固定式电源系统、燃料电池动力模块和燃料电池堆。

    Plug Power是全球最大的叉车用质子交换膜燃料电池厂商。其前身是于1997年由数据终端设备能源公司EdisonDevelopmentCorp.和MechanicalTechnologyInc.组成的合资公司，公司位于美国。目前主要设计和开发利用质子交换膜燃料电池制造的能源产生系统。其燃料电池产品主要用于室内叉车，其用户包括耐克、宝马、沃尔玛、家得宝、梅赛德斯、克罗格等。

    HydrogenicsCorp是一家位于加拿大的制氢和燃料电池设计生产商，成立于1988年。它主要有两块业务：电解氢方案和燃料电池产品。其燃料电池产品主要用于车辆、UPS和通信基站备用电源。HyPMTM是HydrogenicsCorp的用于电动车的燃料电池动力解决方案平台，能够提供30-180kW的燃料电池动力解决方案。

    中国的质子交换膜燃料电池厂商：

    大连新源动力，已实现燃料电池关键材料及关键部件、电堆组装的小批量生产，建成可年产5500KW燃料电池堆用关键部件的批量生产线，同时在车用燃料电池系统集成安装、调试、运行等方面拥有优势地位。长城电工参股新源动力近10%。

销售：王浩

电话：18001283863

微信：xinzhong959563688

BB蓄电池： www.bbdianchiwang.com