簡述燃料動力鋰電池和鋰離子電池的管理系統(tǒng)比較

　　乘飛機可以攜帶鋰離子電池嗎?什么鋰離子電池是乘飛機可以攜帶的?

　　可以作手提行李攜帶含不超過100Wh(瓦特小時)鋰電池的筆記本電腦、手機、照相機、手表等個人自用便攜電子設(shè)備及備用電池登機。

　　1、鋰電池額定能量的判定方法若鋰電池上沒有直接標(biāo)注額定能量Wh(瓦特小時)，則鋰電池額定能量可按照以下方式進行換算：

　　1)如果已知電池的標(biāo)稱電壓(V)和標(biāo)稱容量(Ah)，可以通過計算得到額定瓦特小時的數(shù)值：Wh=VxAh，標(biāo)稱電壓和標(biāo)稱容量通常標(biāo)記在電池上。

　　2)如果電池上只標(biāo)記有毫安時(mAh)，可將該數(shù)值除以1000得到安培小時(Ah)。

　　例如：鋰電池標(biāo)稱電壓為3.7V，標(biāo)稱容量為760mAh，其額定瓦特小時數(shù)為：760mAh/1000=0.76Ah;3.7Vx0.76Ah=2.9Wh

　　2、備用鋰電池的保護措施備用電池必須單個做好保護以防短路(放入原零售包裝或以其他方式將電極絕緣，如在暴露的電極上貼膠帶，或?qū)⒚總€電池放入單獨的塑料袋或保護盒當(dāng)中)。

　　3、可攜帶的鋰電池可以作手提行李攜帶含不超過100Wh(瓦特小時)鋰電池的筆記本電腦、手機、照相機、手表等個人自用便攜電子設(shè)備及備用電池登機。

　　一般來講，手機的鋰電池額定能量多在3～10Wh;單反照相機鋰電池的能量多在10～20Wh;便攜式攝像機的鋰電池能量多在20-40Wh;筆記本電腦的鋰電池能量為30-100Wh多不等。因此，手機、常用便攜式攝像機、單反照相機以及絕大多數(shù)手提電腦等電子設(shè)備中的鋰電池通常不會超過100Wh的限制。

　　4、限制攜帶的鋰電池經(jīng)公司批準(zhǔn)，可以攜帶含超過100Wh但不超過160Wh鋰電池的電子設(shè)備登機。每位旅客攜帶此類備用電池不能超過兩個，且不能托運。

　　可能含有超過100Wh鋰電池的設(shè)備如新聞媒體器材、影視攝制組器材、演出道具、醫(yī)療器材、電動玩具、電動工具、工具箱等。

　　5、禁止攜帶的鋰電池禁止攜帶或托運超過160Wh的大型鋰電池或電子設(shè)備。

　　6、關(guān)閉電源乘機過程中請關(guān)閉所攜帶的鋰電池設(shè)備電源，防止設(shè)力求意外啟動。

　　目前電動汽車的主流技術(shù)路線就是鋰離子電池和燃料動力電池(PEMFC)。相對而言鋰離子電池在技術(shù)成熟度和成本方面有著明顯的優(yōu)勢，商業(yè)化程度更高。燃料動力電池技術(shù)目前在成本、使用壽命、基礎(chǔ)設(shè)施配套等方面距離規(guī)?；瘧?yīng)用還有一定的距離，但較鋰離子電池而言還是有能量密度高、補給速度快的優(yōu)勢，未來勢必會有很大的發(fā)展空間。

　　從技術(shù)專利申請的情況看鋰離子電池在2008年起迎來了爆發(fā)，逐年線性遞增(2016年達8000件)，與鋰離子電池產(chǎn)業(yè)化的腳步高度吻合。由此我們來看燃料動力電池多年維持在2000件左右的專利申請數(shù)且實用新型偏少，從一個角度印證了該技術(shù)還處于產(chǎn)業(yè)化前期的技術(shù)驗證階段。預(yù)計在2020年至2025年燃料動力電池技術(shù)可能進入快速發(fā)展階段，在此想比較一下鋰離子電池和燃料動力電池在管理系統(tǒng)上的異同。

　　有時候覺得鋰離子電池的管理系統(tǒng)(BMS)和燃料動力電池的控制系統(tǒng)(FCS)其實并沒有可比性。因為鋰離子電池系統(tǒng)屬于儲能裝置，而燃料動力電池系統(tǒng)屬于發(fā)電裝置，和發(fā)動機進行對標(biāo)更合適。但另一方面燃料動力電池系統(tǒng)和鋰離子電池系統(tǒng)又有很多相似之處;都是由多節(jié)單體串聯(lián)而成要對單體進行監(jiān)控，都是輸出電能并要根據(jù)電池狀態(tài)實時調(diào)整功率邊界。較鋰離子電池而言燃料動力電池單體電壓平臺更低(標(biāo)稱電壓約1V)，功率響應(yīng)有一定的滯后性，因此FCV車型動力總成中往往要鋰離子電池系統(tǒng)或超級電容用于功率的瞬間輸出和回收。

　　下圖以Tesla電池系統(tǒng)與BALLARD的燃料動力電池系統(tǒng)進行比較，可見鋰離子電池系統(tǒng)對外部的接口簡單清晰(低壓接口、動力高壓接口、冷卻回路接口)。而燃料動力電池系統(tǒng)不僅包含常規(guī)的這三組接口，還要有氫氣路接口與氫瓶連接，空氣路接口獲取氧氣并由空壓機增壓后注入電堆內(nèi)，同時還要有排氣通道。

　　鋰離子電池系統(tǒng)架構(gòu)中被控對象重要包括：鋰離子電池單體、接觸器、冷卻系統(tǒng);要監(jiān)控的關(guān)鍵參數(shù)為：電流、電池單體電壓、系統(tǒng)總壓、溫度、絕緣電阻等，相比較較簡單。

　　而燃料動力電池系統(tǒng)架構(gòu)中的被控對象包括了：燃料動力電池電堆、減壓閥、進氫閥、進氣閥、排氣閥、水循環(huán)系統(tǒng)、空壓機、加濕循環(huán)泵等。要監(jiān)控的關(guān)鍵參數(shù)在鋰離子電池的基礎(chǔ)上要新增：進堆口氫氣壓力、減壓閥前氫氣壓力、空氣壓力、空氣流量、空壓機電流等，并且要控制進堆的氫氣和空氣保持適當(dāng)?shù)臐穸取?/p>

　　4.控制策略比較

　　鋰離子電池BMS的策略重要可分為兩部分：BSE電池狀態(tài)算法和運行管理策略。由于鋰離子電池的電化學(xué)反應(yīng)是電池主動完成的，因此BMS無需直接進行控制，只要評估反應(yīng)后的狀態(tài)。運行策略重要是基于對狀態(tài)的評估結(jié)果執(zhí)行接觸器、熱管理裝置、均衡功能的控制。

　　燃料動力電池的電化學(xué)反應(yīng)過程要通過控制系統(tǒng)控制物質(zhì)的輸入輸出以及工作環(huán)境才得以進行，因此FCV的策略要基于電堆控制模型、空氣路控制模型、氫氣路控制模型、以及冷卻系統(tǒng)模型實現(xiàn)有效控制。

　　5.主觀的感想

　　最后談一下對BMS和FCS控制策略的主管感受。BMS管理手段更像西醫(yī)療法，例如電池的均衡策略就是識別單體電池荷電態(tài)的不同，通過高放低充的方式直接進行治療。相比之下對燃料動力電池的管理有點中醫(yī)治療的味道，要定期對燃料動力電池進行吹掃和活化來保持一致性。在運行過程中的控制上燃料動力電池復(fù)雜程度更高，多個模型之間互為輸入，因此采用機理模型(基于能量守恒、電化學(xué)反應(yīng)方程的模型)很難得到最優(yōu)控制。預(yù)計在未來采用辨識模型(基于先驗知識實現(xiàn)等價模型匹配的算法)進行控制可能會是趨勢。

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