电动自行车用锂离子电池

电动自行车用锂离子电池


一、项目概述
“电动自行车用锂离子电池”是一种新型高科技能源产品，它采用最新技术的电池和最优化的电池组合方式，结合了现代控制理论、人工智能技术以及自适应模糊控制技术，融入独特的“锂离子动力电池均充保护模块”理念，使其成为智能、高效、可靠、耐用的新型电动自行车用电源。由于其体积小、重量轻、工作效率高、续驶里程长、使用寿命长等特点将被广泛替代现在应用于电动自行车用上的铅酸电池。
作为新能源的高科技产品，“电动自行车用锂离子电池”不但具有通用性、实用性、耐用性，更重要的是它有着较高的技术含量、独特的技术特点及新颖的技术理念。它是长期的电池应用经验的产物。
二、项目社会经济意义
在科技飞速发展的今天，能源和环保已成为21世纪世界各国最为关注的话题。绿色环保能源是未来发展的趋势。人类已面临两大难题：一是燃源枯竭，据统计全球每天奔驰着６亿辆汽车，每年要‘喝’掉７亿吨汽油，如此消耗下去，16年以后，若无新的替代品代替石油，全球汽车将会瘫痪，人类世界将会瘫痪。二是尾气污染，令人毛骨悚然！大气污染中交通污染占了42％（美国已达61％）。据实测，每辆燃油汽车，每天排出的有害气体0.6～0.9kg，北京、上海的空气污染已超过国家两倍以上。广州、深圳尾气污染已成为大气污染的主凶。从对北京交警的抽查中发现，铅中毒率达到47.04%。近年来，城市居民中肺癌患者逐年递增，已居于癌症的首位，这与空气污染有着密切的关系。
21世纪是环保世纪，人们需要寻求新的能源，需要寻求绿色的生活空间。开发零污染的交通工具，是历史的必然：创造清静舒适的生活空间，是交通业义不容辞的责任。电动自行车的使用被认为是最终解决这一问题的很好的途径。电动自行车最突出的优点是：相对于普通自行车，它以电为动力、运行速度大大高于普通自行车、省时省力；相对于汽车和摩托车来说它体积小、占用空间少、使用灵活方便、零排放、零污染；除此之外，电动自行车还具有能源利用率高，可以综合利用各种不同的能源的特点，对于全球性节能和能源形式的更新换代及保护环境有着十分重要的意义。因此，电动自行车的发展将是交通业未来发展的必然趋势。
从电动自行车研究开发的技术条件而言，需开发的相关技术包括电子控制技术和高性能的大功率型动力电池技术等。电动自行车的优劣主要是看电池技术。可以说有什么样的电池，就决定着什么水平的电动自行车。
在众多的对电动自行车的动力电池体系中，最有发展前景的还是锂离子动力电池。因为它组成电池组所需单体电池数量少，连接故障少、电池组售价与镍氢电池组相当，但装载锂离子电池组的电动自行车重量轻、售价高。它已经过国家863高科技项目的重点攻关，有关的电池原材料也都得到同步发展，形成了一定的体系。在此基础之上开发相应的动力电池是现实的和充满希望的。
但是，目前使用的锂动力电池都不能很好解决使用安全和寿命问题，这很大程度的制约了此类电池的进一步市场扩大。“电动自行车用锂离子电池包”就是针对锂动力电池使用安全和寿命问题而设计开发的，它最大限度的延长了电源电池的使用寿命，使其使用安全可靠。比如在动力电池组方面,为提高组合电池的质量和寿命，利用“按特性曲线分选二次电池的方法”研制的二次电池检测设备在电池组合前对其进行检测分选，大大提高电池组的综合性能；在电池组管理系统方面，为了对电池组进行软硬件双重实时、可靠、有效、合理的监控与管理，使用专有技术“锂离子动力电池均充保护模块”，融合现代控制理论、人工智能技术以及自适应模糊控制技术，从而最大限度的延长了电池组的使用寿命，并很好的解决了电池的使用安全问题。
三、系统组成和工作原理
1、系统组成
电动自行车用锂离子电池主要由锂动力电池组、锂离子动力电池均充保护模块以及智能充电器组成。其核心是锂离子动力电池均充保护模块。
I、技术优势
电动自行车主要包括了三部分：车体、电动机以及电池。电池在其中充当的重要角色不言而喻，而电池组的组合、管理和控制更是重中之重。我们在此方面的技术优势有三：
（1） 在电池组合方面
目前在电动自行车上应用的大功率锂离子动力电池组都是由多只单体电池组合而成的。为提高组合电池的质量和寿命，利用自主研制的能量回收型锂动力电池化成、检测、分选系统在电池组合前对其进行检测分选，大大提高电池组的综合性能；这是一套专门为锂离子动力电池大规模生产而设计开发的测试系统。为提高生产效率，便于产品的正规化管理，该系统通过局域网的数据库管理，采用了四级计算机全方位管理模式；该系统不但具有其它动力电池测试系统的功能，而且采用了独特的互补充放电技术，使电池在化成或检测过程中的放电能量重新被利用，从而达到能量回收、高效节能的目的。
（2）锂动力电池管理方面
目前在电动自行车上应用的大功率锂离子动力电池基本上都是由多只单体电池串联、并联而成的。在其应用过程中，锂动力电池存在的问题主要是各个单体电池之间的离散性较大，从而影响整个电池组的安全性和使用寿命。因此，我们认为理想的锂动力电池组管理应该是对电池组的均衡充放电保护及控制。这种控制的要求是：（1）不仅能够管理和保护电池组中的每一单体电池；（2）而且在放电时还要使每只电池的电压保持均衡一致，如同很多杯水在同一个水平线上平衡一致地往外流；（3）在充电时要保证电池组中的所有电池在同一个电压线上均衡一致地进行充电，直至所有电池充满为止，就如很多个杯子，尽管容量不一样但以相同的流量注水时，要保证没有一只杯子溢水；（4）综上，也就是说电动自行车用锂离子动力电池在使用过程中，要始终保持电池不过充、不过放、不发热、寿命长，尤其是使用安全，这就要求电池组必须具有对每只单体电池充放电均衡及保护功能。这种要求似乎刻苛，可锂动力电池要想百分之百安全的用于电动自行车，只有做到这种程度才行。
“锂离子动力电池均充保护模块”就是为解决上述问题而开发设计的，它采用了能量均衡原理，对各种锂离子电池组中单体电池进行平衡充电和过压保护，均衡充电保护模块并联在电池组中每只单体电池上，充电时当电池组中任意一只电池电压达到设置的恒定电压时，充电回路自动减小对该只电池的充电电流，而对其它电池继续充电，从而实现电池组中各只电池的能量达到均衡，并保证电池组中每只单体电池电压不超过设置的恒定电压。当电池充满时，均充保护模块可发出请求信号，请求充电器关断充电回路。在长期使用过程中它能保证各单体电池之间的差异处于最佳状态，并延长电池使用寿命。放电时，当电池组中任何一只电池电压低于下限时，模块可自行关断放电回路，确保电池组安全。该模块可在－20℃～60℃环境温度范围长期稳定可靠使用，尤其适合于电动自行车用锂离子电池的应用。该模块体积小、重量轻、实用可靠。
（3）电池组充电方面
锂动力电池组智能充电器是专门为锂离子动力电池组的充电而设计制造的。其突出特点是充电效率高、安全性能好、结构先进、操作方便；而且如它与锂离子动力电池均充保护模块配套使用锂动力电池组充电效果会更好。

n 市场分析
u 市场介绍
该项目产品的主要用于电动自行车，近几年， 由于一些大中城市禁止燃油动力车及摩托车进入市区，对大多数上班族消费者来说，选择电动自行车无疑是最佳选择。现在，全国大部分城市都对电动自行车上牌大开绿灯，各地电动自行车产销两旺。2003年“非典”影响，全国各大城市都掀起了个性化交通的消费热潮，不但中低价位的经济型轿车销售火爆，就连电动自行车也非常热销，4月份以来的的整体销量比平时提高了80％，尤其是天气晴朗时，不少电动自行车专卖店竟会卖到断货。
在经济高速发展的今天，自行车依然有着很广阔的市场，而电动自行车与普通的自行车相比速度快、省力；与汽车相比体积小、重量轻、环保、价格便宜等特点，很适合上述分析的消费群使用，其广阔的市场不言而喻。
2003年，我国的电动自行车的产量已达到400万辆，有400多家生产厂商；2004年我国的电动自行车的产量已达到700万辆据不完全统计；预计2005年我国的电动自行车的产量将达到1000万辆。
传统的蓄电池装在自行车上就如同装一块20公斤左右重的大石头，其本身的重量再加负载，不仅使续驶里程不理想，同时这么重的电池充电也非常不方便。电池本身的寿命短，而报废了的电池还会产生严重的环境污染。目前用于电动自行车的电池有铅酸、镍镉。镍氢、锂离子电池等，下表是以上电池性能的比较：
铅酸 镍镉 镍氢 锂离子
质量比能量（wh/kg） 32～35 46 64～80 130
质量比功率（w/kg） 330～311 200～280 325
寿命（次） 200～300 500 500～1000
成本 低 较低 较高 高
由上表可看出锂离子电池相对其它种类的电池除成本较高外，其它性能指标均有着较大的优势；另外，锂离子电池污染小、无记忆、体积小、高比能量，在应用于移动用电工具时更显示出其优越性。随着锂离子电池生产和应用规模的不断扩大，其成本也将迅速下降。因此，锂离子电池必将代替铅酸等电池成为电动自行车的主导动力源，其市场保有量会随着电动自行车的逐渐增加而增加。
III、市场定位目标
经过较长时间的市场调研、针对当前的我国国情、通过对市场购买力的透彻分析，现决定把市场定位在目前急于替换现电动自行车用铅酸电池的厂家和准备进军电动自行车行业的新厂家上。
电动车是一种以二次电池为动力源的环保型交通工具，发展电动车是世界公认的解决城市空气污染的主要途径。电动车包括电动汽车、电动摩托车、电动自行车等，由于国情的不同，发达国家侧重于电动汽车的研究，而在我国，绝大多数家庭没有小汽车，而且由于我国城市道路总量的严重不足，不少城市普遍采用限车限行的办法缓解交通压力，以竞价车辆牌照的方式限制车辆增加速度，因此从市政、交通、收入、住房等现状来看，我国目前年应侧重于电动自行车、电动摩托车的研制。
IV、市场展望
（1）前途广阔的新兴产业
面对资源短缺、环境污染等问题的日趋严重，应用环保电池的新兴交通工具：电动自行/助力车应运而生，它们既节约能源、又减少污染；随着人们活动范围扩大，生活水平提高，都希望有轻便快捷的交通工具，电动自行车因结构简单，购买费用一般不高于燃油助力车，运行费与燃油助力车支出相当，在政府限制并淘汰燃油助力车的政策导向下，其市场前途将是非常广阔的，在可预见的近十年内，市场的需求只会有增无减。电动自行车正是适应了我国当前城市的实际需要，也是中国城市交通的一大特色。
（2）市场潜力巨大
自1997年起我国加速经济起飞，而电源技术研究发展的成长也一日千里。我国电源市场在世界市场的比率甚低，应该不是目前世界的主流。我国的资讯发展成熟度及对电源整体的需求也不如美国殷切。即使如此，我国市场的潜力及产业生态的逐步健全完整却使世人刮目相看。电动车以快节奏、高效率、无污染等特点正受到广大消费者的关注，在美国、东南亚等一些经济发达国家，人口密集，污染急需控制，电动车的市场需求量是越来越大。电动车作为现代交通的补充，已越来越受到发达国家的重视，我国是自行车和摩托车王国，年销量约4000多万辆，据调查，这其中有50%的人愿更换为电动车，预计今年，电动车的国内产量将突破1000万辆，相应电池的年需求量将超过10000万安时，由此可知其潜在市场极为巨大。
（3）促进行业进步与产业化发展
中国加入WTO后，国外电池厂商纷纷在中国设立制造基地，国外产品也源源不断地进入中国市场，中国正成为世界电池生产和出口大国，面对激烈竞争的国内外市场中国企业如何应对已成为当务之急
（4）符合国家环保与能源政策，是国家重点鼓励与支持发展的产业
此产品符合我国环境保护的基本国策，费用低、不污染环境，符合世界环保潮流，节约能量，能带来巨大的社会和经济效益。北京将举办2008年奥运会，我们的政府越来越关注环境保护问题，这将是绿色环保能源飞速发展的契机。