纯电动汽车的发展瓶颈

苑衍灵102080200341纯电动汽车的优势：无排放（或低排放）噪音低（电动汽车去掉了最大的噪音源）能量转化效率比内燃机汽车高很多（15%、28%）结构简单，运行费用低安全性较内燃机汽车高目前存在的问题：动力蓄电池不理想基础配套设施不完善价格较高续驶里程较短动力性能较差核心问题一、对电源系统的要求如下:高的比能量和能量密度；高的比功率和功率密度；快速充电和深度放电的能力；使用寿命长；自放电率小，充电效率高；安全性能良好，且成本低廉；免维修；对环境无危害，可回收性好。1、铅酸电池铅酸电池诞生于1860年,距今已有100多年的历史，广泛用作内燃机汽车的起动动力源，它也是成熟的电动汽车蓄电池。工作原理:它是采用金属铅作为负极,二氧化铅作为正极,用硫酸作为电解液。其化学反应式为:Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O充电放电1、铅酸电池总体上说，铅酸电池具有可靠性好、原材料易得、价格便宜等优点，比功率也基本上能满足电动汽车的动力性要求。但它有两大缺点；一是比能量低，所占的质量和体积太大，且一次充电行驶里程较短；另一个是使用寿命短，使用成本过高。2、镍金属电池镍氢蓄电池是九十年代涌现出的电池家族中新秀，发展迅猛。目前在电动汽车上使用的镍金属电池主要有镍氢电池和镍镉电池两种。工作原理:镍金属电池正极活性物质采用氢氧化镍,负极活性物质为贮氢合金,电解液为氢氧化钾溶液,电池中的主要反应为:正极Ni(OH)2+OH-=NiOOH+H2O+e-负极M+H2O+e-=MH+OH-总反应式Ni(OH)2+MNiOOH+MH放电充电2、镍金属电池主要优缺点:相对于其他电池,镍金属电池的优异特性表现在以下几点：(1)高比能量已与锂离子电池水平相当;(2)高比功率其性能已高于锂离子电池;(3)长寿命特性平均寿命300～600次;(4)安全性能高,无污染物,被誉为“绿色电源”。但是目前阻碍其应用的一个重要问题是初始成本的太高,而且还有记忆效应和充电发热等问题。充电发热会引发安全问题,因此相应的要求发展可靠的能量管理系统。2、镍金属电池发展现状:日本从事电动汽车用镍金属电池开发的代表性厂家为松下公司和丰田公司.美国的Ovonic公司和美国USABC(美国先进电池联合体)也正在积极开发研制镍金属电池。发展前景:镍金属电池优越的性能极具吸引力,除了技术不太成熟外,比其它电池更具发展潜力,所以很多厂家正在研发镍金属电池,它是电动汽车发展中期目标的主要能源之一，具有很大的发展前景。3、锂离子蓄电池发展历史:锂离子电池出现在90年代初期,是由日本索尼公司首先推向市场的新型高能蓄电池,由于它的独特性能,在短短十几年的时间里,锂离子电池技术得到了空前的发展。许多国家和一些厂家对锂离子电池在电动车、航天和储能方面都表现出浓厚的兴趣和关注。工作原理:锂离子电池使用锂碳化合物作负极,锂化过渡金属氧化物作正极,液体有机溶液或固体聚合物作为电解液。在充放电过程中,锂离子在电池正极和负极之间往返流动。电化学反应方程式为:LixC+Li-xMyOzC+LiMyOz充电放电3、锂离子蓄电池主要优缺点:锂离子电池基本上解决了蓄电池的两个技术难题,即安全性差和充放电寿命短的问题。同时锂离子电池具有高的电池单体电压、高的比能量和能量密度,可以说是当前比能量最高的电池,工作稳定。它的性能指标都可以满足USABC制定的电动车中期目标。缺点是自放电率高,初始成本较高,生产技术上还有待于进一步发展。发展前景:良好的性能指标注定锂离子电池会有广阔的发展前景,发展潜力巨大,预计到2010年前后,将成为锂离子电池的时代。电池类型比能量a(Wh/kg)能量密度a(Wh/L)比功率b(W/kg)循环寿命b预计成本d(US$/kWh)VRLA30~4560~90200~300400~600150Ni-Cd40~6080~110150~350600~1200300Ni-Zn60~65120~130150~300300100~300Ni-MH60~70130~170150~300600~1200200~350Zn/Air230269105NAc90~120Al/Air190~250190~2007~16NAcNANa/S100150200800250~450Na/NiCl2861491501000230~350Li-Polymer155220315600NALi-Ion90~130140~200250~450800~1200200USABC20030040010001004、各种电池的比较4、各种电池的比较电池类型主要优缺点发展潜力VRLA技术成熟、成本低廉、可实现快速充电、比功率高近期目标比能量低潜力巨大Ni-Cd技术成熟、可实现快速充电、比功率高近期目标成本高、比能量低潜力大Ni-Zn比能量高、比功率高、成本低中期目标循环寿命短潜力大Ni-MH比能量高、比功率高、可实现快速充电近期目标成本高潜力巨大Zn/Air机械式充电、成本低廉、非常高的比能量中期目标比功率低、不能接受再生制动能量潜力巨大Al/Air机械式充电、成本低、丰常高的比能量中期目标非常低的比功率、不能接受再生制动能量潜力低4、各种电池的比较电池类型主要优缺点发展潜力Na/S比能量高、比功率高中期目标成本高、安全问题、需要热管理系统潜力一般Na/NiCl2比能量高中期目标成本高、需要热管理系统潜力大Li-Polymer非常高的比能量、高的比功率中期目标低温性能差潜力大Li-Ion非常高的比能量、非常高的比功率中期目标成本高潜力巨大4、结论1)铅酸动力电池最安全,成本最低,当然是电动汽车的可选动力电源,但比能量、比功率都较低。(2)镍氢动力电池和锂离子动力电池在比功率和比能量方面都比铅酸动力电池有所提高,但是成本高,还存在安全问题,为提高安全性需要使用电池管理系统。二、电池管理系统（举例）(1)采集7个单体电池电压，精度为0．05V；(2)电池组环境温度检测，精度要求：0．5℃；(3)充放电检测控制，电流检测精度：0．01A：(4)体积不超过130rnrnx120mmx20mm；(5)系统响应速度不超过ls：(6)系统工作温度范围：-30℃～+70℃；(7)单体电压过高(4．25V)、单体电压过低(3．0V)、电池环境温度过高(55℃)以及充电完毕时，开启声光报警信号。锂离子电池组连接方式二、电池管理系统（举例）显示界面可以清楚地显示每一节电池的电压值、电池箱中的温度值、电池的SOC值及故障代码等信息，在运行过程中，如果发生过充、过放等故障，可以通过显示界面清楚地看到，管理系统也会做出相应的动作，管理系统还具有数据自动存储功能，可以利用电脑存储实验数据，有利于在试验阶段进行数据分析。目前，该系统已获得应用，运行良好，可靠性、抗干扰能力等都达到了较高的要求。电池管理系统原理三、配套设施1、是政府应该先建立配套的充电站等设施，还是企业应该先量产电动汽车？新能源汽车示范推广政策有助于打破这一僵局。通过政府财政补贴的形式，让企业首先量产新能源汽车。2、配套设施建设还面临一些问题，设施建设太少，难以满足使用者的需求；建设过多，又需要大量资金。目前该项目仍然进展缓慢。三、配套设施1、企业提升自身实力政府大力扶持电动汽车要实现产业化，首先要解决电池这一技术瓶颈应适当放低对生产商进入的要求，同时出台一些优惠政策2、营造良好氛围改变消费观念政府加大宣传，提高人民的环保节能意识宣传电动车的相关知识三、配套设施3、加强基础设施建设提高电池维修保养措施充电站给汽车充电一般分为三种方式：普通充电、快速充电、电池更换。普通充电多为交流充电，可以使用220V或380V的电压。快速充电多为直流充电。充电站主要设备包括充电机、充电桩、有源滤波装臵、电能监控系统。前景在当今能源紧张的时代，石油紧缺的状况下，纯电动汽车的产业化必将在不久的将来拉开帷幕。