电动汽车动力电池的国内外技术现状与发展趋势

电动汽车动力电池的国内外技术现状与发展趋势车辆12-1李肖电动汽车动力电池的国内外技术现状与发展趋势目前电池类型特点及应用车型目前电池存在问题电池未来发展动向趋势目前电池类型特点及应用车型电池类型目前市场上电池类型有很多，现在运用成熟的有铅酸电池、镍氢电池、锂子电池、燃料电池、太阳能电池铅酸电池应用历史最长，最成熟，成本最低，已实现批量生产，但比能量低，所占体积质量大，且一次充电行驶里程较短，自放电率高，不适合现代电动汽车发展需要。铅酸蓄电池的优点：（1）除锂离子电池外，在常用蓄电池中，铅酸蓄电池的电压最高，为2.0V；（2）价格低廉；（3）可制成小至大至几千安时的各种尺寸和结构的蓄电池；（4）高倍率放电性能良好，可用于引擎启动；（5）高低温性能良好，可在零下40摄氏度至零上60摄氏度的条件下工作；（6）电能效率高达60%；（7）易于浮充使用，没有“记忆”效应；（8）易于识别荷电状态。铅酸蓄电池的缺点：（1）比能量低，在电动汽车中所占的质量和体积较大，一次充电行驶里程短；（2）使用寿命短，使用成本高；（3)充电时间长；（4）铅是重金属，存在污染。铅酸电池在电动汽车上的应用情况世界各国电动汽车用新型VRLA铅酸电池公司名称铅酸电池特点日本公司新型VRLA蓄电池板间距很小不会出现电解液分层，底部无脱落物堆积德国阳光公司胶体电解质电池热容量大，温升小美国BPC公司双极性电动汽车用铅酸蓄电池组合电压为180v，电池容量为60A.h，放电率比能量为50W.h/kg,循环寿命美国Arias公司双极性电动汽车用铅酸蓄电池有极小的欧姆电阻瑞典OPTIMA公司卷式电动汽车用铅酸电池产品容量可达56A.h，功率可达95kW,而体积较小铅酸电池在电动汽车上未来发展趋势国外的嵌入电容极的“超级电池”使电池的功率特性提高；泡沫板栅使电池比能量增加；新组分铅合金使循环寿命增加。我国铅酸电池未来努力方向：延寿、摘帽、加力铅酸电池由于价格低廉，目前主要应用在速度不高、线路固定、充电站设立容易规划的电动汽车上。雷丁V60是目前微型电动汽车市场上唯一的一款自主研发采用三厢结构的车型，前期将推出两个不同配置的铅酸版V60镍氢电池特点镍氢电池是20世纪90年代发展起来的一种新型绿色电池，具有高能量、长寿命、无污染等特点。镍氢电池优点：1、比功率高2、循环功率次数多3、无污染4、耐过充过放5、无记忆效应6、使用温度范围宽7、安全可靠镍氢电池缺点：（1）自放电率高：满电常温下存储自放电率30～35％；（2）高温性能差；（3）在过充和过放时会排出气体。公司名称电池特点美国Ovonic公司世界上众多生汽车厂家都在使用如丰田prius、本田Civic、Insight德国Varta公司功率密度已达到1000W/kg,充电功率也相当高法国Saft公司4/5SF型高功率镍氢电池容量为14A.h,比能量为47W/kg,功率密度达2500W/kg公司名称电池特点春兰动力电池汽车制造公司能量密度高84.5W.h/kg,放电性强，循环寿命大于1300湖南神州科技股份有限公司目前高功率40A.h连续充电电池可达4C,连续放电电流可达8c江苏奇能电池有限公司产品稳定可靠，可广应用在电动汽车、助动车国外镍氢电池生产厂商及特点国内镍氢电池生产厂商及特点松下电能有限公司(PEVE)PEVE(PanasonicEVEnergyCo.,Ltd)是松下和丰田的合资公司。目前采用松下电池的商业化混合动力汽车有丰田的Prius、Alphard、Estima、本田的Civic、Insight等。松下最新的方形电池采用新的电极材料,降低了内阻和内压,使可靠性和寿命得到提高,其主要参数如表2所示,其技术特征:·比功率达到1350W/kg;·采用新的电极材料使内阻显著降低;·采用新的电池联接结构;·寿命有显著的提高;·电池箱尺寸减少15%,重量减少25%。纯电动汽车通用汽车的HondaCivicHybrid本田的HondaEVPlus福特汽车的FordRangerEV混合动力电车福特汽车的FordEscape雪佛兰的ChevroletMalibu本田的HondaCivicHybrid丰田RAV4纯电动车-世界首款搭载了镍氢电池的量产型电动汽车锂离子电池与其他蓄电池比较，锂子电池具有高电压、比能量高、充电寿命长、无记忆效应、无污染、快速充电、自放电率低，工作温度范围宽和安全可靠等优点，它已成为未来电动汽车较为理想的动力电源。1、锂离子电池的优点（1）工作压力高。（2）比能量高。（3）循环寿命长。（4）自放电率低。（5）无记忆性。（6）对环境无污染。（7）能够制造成任意形状。2、锂离子电池的不足（1）成本高。（2）必须有特殊的保护电路，以防止过充。高安全性、长寿命、高可靠一致性及低价格等是制约动力锂离子电池应用的主要问题，对纯电动车而言，电池的比能量/比功率必须尽可能高，以满足长行驶里程及爬坡、加速等性能的需要此图为丰田汽车几款混合（纯）电动汽车使用的锂子电池单体级组件指标其中插电式普锐斯最值得关注，这也是丰田的第一款插电式混合动力量产车，基于第三代普锐斯车身来构建。由98马力的1.8升的汽油发动机、80马力直流电机和的尺寸更加紧凑的锂电池构成。由于引入了轻量级的电池组，其整车重量比标准普锐斯轻了50公斤（仅重1420公斤），可以输出最高138马力的动力，0-100公里/小时加速为10.7秒，最高时速达到180公里/小时。插电式普锐斯拥有三种可以随意切换的驾驶模式：HV、EV和EV-City，其中HV模式类似于普通普锐斯，由于发动机和电机共同驱动车辆行驶，必要的时候发动机可以熄火以更好的降低功耗。第二种模式为纯电动零排放模式，电池组充满电之后可以行驶大约20公里，而最高车速可以达到85公里小时。第三种模式则是吸收了第一和第二种模式的优点，在汽油发动机启动之前尽量使用电池组中的电力供应电机来驱动车辆，而当车辆减速以及刹车的时候则可以为电池组充电燃料电池能量密度高，接近汽油和柴油的能量密度，几乎是零污染，代表电动汽车未来发展方向，也是各国重点研发的领域之一。但是成本太高：金属箔催化剂存储和运输成本高加氢站等配套设施不完善1、燃料电池的优点（1）节能、转换效率高。（2）排放基本达到零污染。（3）无振动和噪声，寿命长。（4）结构简单，运行平稳。2、燃料电池的缺点（1）燃料种类单一。（2）要求高质量的密封。（3）价格高。（4）需要配备辅助电池系统六种燃料电池的主要特征参数现代ix35氢燃料电池现代汽车计划到2015年共生产1000台ix35燃料电池车，主要针对公共领域或集团客户。现代ix35FCV和所有氢动力汽车一样，水蒸气是其唯一排放的“尾气”，该车最高功率73kw，最高时速151km/h，百公里加速12.5秒。其驱动过程为：将电量储存到24kwh锂电池组，然后用电机驱动车辆，续航里程达到594公里。与传统意义上的电动汽车不同的是，ix35燃料电池车加氢只需要几分钟时间，而且加氢站的建设要较电动汽车充电站更为环保和便宜。据现代汽车介绍，ix35搭载了经现代科研团队14年时间、耗资数百亿元自主研发的燃料电池，与过去的燃料电池车不同的是，i35FCV不需要额外准备压缩空气，只需消耗普通大气即可，因此效率提升了五成。同时由于没有空压机的缘故，座舱的噪音也大大降低。经过欧洲、韩国、美国的超过两百万公里的实路测试表明，除了没有汽油尾气和发动机噪音，氢动力版ix35和普通汽油ix35完全一样。太阳能电池电动车太阳能是一种储量极其丰富的清洁能源，是解决世界范围内的能源危机和环境问题的一条重要途径福特：太阳能电池车C-MaxSolarEnergi包含SunPower公司1.5平方米的X21太阳能电池组，容量为300-350瓦特。同时它还拥有太阳能集中装置和太阳跟踪技术，二者共同为高效的X21太阳能电池组服务。原理近似于放大镜，整个系统由东向西追踪太阳轨迹，从而获取尽可能多的太阳能，晴好天气所获得的能量几乎等同于4小时的插电式充电（8千瓦），可以令该车在混合动力情况下行驶620英里（约合998公里），而纯电驱动则为21英里（34公里）。通过利用可再生能源，C-MaxSolarEnergi每年可降低4吨的温室气体排放量目前车用电池存在问题电池安全性得不到保障。目前中小容量锂离子电池的产业化已经非常成功，但大容量、高功率锂离子动力电池的安全性问题得不到有效解决。而电池容量愈大，其一旦失控所造成的危害就愈大。电池容量有限，未能实现突破。目前市场上使用的电动汽车一次充电后的续驶里程一般为100km～300km，并且这还需要保持适当的行驶速度及具有良好的电池调节系统才能得到保证，而绝大多数电动汽车一般行驶环境下续驶里程只有50km～100km。电池循环寿命短。普通蓄电池充放电次数仅为300～400次，即使性能良好的蓄电池充放电次数也不过700～900次，按每年充放电200次计算，一个蓄电池的寿命最多为4年，与燃油汽车的寿命相比太短。电池质量和尺寸制约。现有电动汽车电池的外体积一般要达到550L。当把这么大体积的电池用于家庭轿车上时，就必然要挤占轿车的行李厢空间。现有电动汽车所使用的电池都不能在储存足够能量的前提下保持合理的尺寸和质量。电池价格昂贵。电动汽车蓄电池的价格约为100美元/kwh，有的甚至高达350美元/kwh，成本太高，用户难以承受。对环境的污染严重。目前使用的动力电池主要为铅酸动力电池、镍氢电池、镍镉电池。原料从开采到生产，再到废弃后的处理，都会对环境造成污染。电动汽车未来发展动向趋势锂离子电池由于锂离子电池体小质轻、使用寿命长,电量损耗率地,对环境无污染等多项优点使其成为当今各国能量存储技术研究的热点。在在各国政府政策和财政的支持下,锂离子电池发展较快,产业化生产和经营速度较快。当然锂离子电池正式作为纯电动汽车独立驱动电源,在很多方面还需要提高。比如说比能量、电池性能、寿命和安全性都需要进一步研究和改进。世界各主要车制造商,如丰田、现代、福特等汽车制造公司都致力于开发以锂离子蓄电池为电源的电动汽车,诸多汽车制造公司竞相宣布以锂离子电池为动力的电动汽车将投放市场。其中尤以日本汽车制造商在此方面的研究最为显著,如采用新神户电机生产的高能锂离子蓄电池驱动的Altra纯电动汽车时速可达50km/h;FTO纯电动汽车上使用的日本蓄电池公司生产的高能锂离子蓄电池完成了2000km/24h的考核。当然,锂离子蓄电池广泛应用于电动汽车上海必须完善性能指标、降低成本、提高安全性和使用寿命。超级电池所谓超级电池,就是利用超级电容器为负极,具有组合型电极的新型设计电源,在铅酸蓄电池充放电性能上予以改善,在镍氢电池的基础上提高负极充电效率,大幅延长电池循环寿命,适用于混合动力车等环保机动车。超级电池的符合电动车辆在加速与制动时能量快速吸收和提供的要求,其使用寿命长,大幅提高电动汽车动力源更换周期;其动力强劲,电流放电非常大,充电时间较短,同时超级电池还具有不需要并联额外超级电容器的特征,其未来使用范围非常广泛。从实质上来说,超级电池是传统铅酸蓄电池领域的新型复合能源,使得铅酸电池在小微型电动车和增程式电动车仍有发展余地。新电池技术随着电池技术的发展,各新电池能源被发现,如德国公司研制的KOLIBR电池是一种锂聚合物电池,其在先进的膜技术技术基础上,结合阿尔法聚合物技术,大幅度提高电池性能。另外新电池技术中具有发展的还有锂硫电池,其由单质硫、金属锂和有机电解液组成,具有成本低、环境污染小、比能量高的特点,美国SionPower公司正在实验室研发阶段的锂空气电池就具有环境污染小、比能量高的特点。结语全球经济的可持续发展和低碳经济的顺利开展,离不开对资源的高效利用。电动汽车电池在资源节约型和环境友好型社会的建设中具有现实且重要的意义。谢谢！