鋰電在電動汽車中的應用

摘 要：鋰離子電池的應用是電動汽車的發(fā)展趨勢，具有無污染、綠色環(huán)保、性能好等優(yōu)勢。為更好的研究鋰電池在電動汽車中的應用性能，文章以磷酸鐵鋰電池電動汽車為研究對象，具體分析電動汽車鋰電池的充電和放電性能，為鋰電池在電動汽車中的應用提供參考。

關(guān)鍵詞：鋰離子電池；電動汽車；性能；應用

我國科技部制定的《電動汽車科技發(fā)展“十二五”專項規(guī)劃》表明，中國汽車未來發(fā)展的主要方向是小型化和汽車電氣化，電動汽車產(chǎn)業(yè)鏈將得到快速發(fā)展[1]。傳統(tǒng)汽車將汽油和柴油作為燃料，電動汽車則采用環(huán)保型電池作為動力，尤其是鋰離子電池，具有無污染、綠色環(huán)保的性能。電動汽車鋰電池技術(shù)目前是各國能源、環(huán)境、交通等部門研究的重點領(lǐng)域，鋰電子在電動汽車中的應用性能得到充分開發(fā)，有利于推動電動汽車產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

1 鋰離子電池

1.1 鋰離子電池的發(fā)展

電動車最早出現(xiàn)于1881年，是由法國人斯塔夫·土維制造的，并在汽車市場上掀起一陣潮流，發(fā)展至今已經(jīng)占據(jù)汽車制造業(yè)較大的市場份額。電動汽車發(fā)展之初，由于內(nèi)燃機技術(shù)完善且石化能源廉價，因此電動汽車并沒有顯示出發(fā)展優(yōu)勢，直至19世紀70年代，電動汽車經(jīng)歷三次發(fā)展變革，期間電動汽車電池技術(shù)得到顯著進步。第一發(fā)展階段為19世紀70年代，鉛酸電池技術(shù)發(fā)展完善；19世紀90年代起，電動汽車鎳氫電池技術(shù)發(fā)展完善；2009年后鋰離子電池脫穎而出。

1.2 鋰離子電池的優(yōu)點

化學能通過電池直接轉(zhuǎn)化為電能，因此電池成為電動汽車的主要動力裝置，電池簡單分為原電池和蓄電池，其中原電池包括鋅錳電池、堿錳電池等，這類電池不可充電、不可循環(huán)使用；蓄電池包括鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池，這類電池可循環(huán)使用、可充電。電池性能的高低直接影響電動汽車的應用效果，電動汽車需要配備高質(zhì)量、高性能、高比功率的電池，同時充電速度要快，具備深度放電功能，生產(chǎn)成本不能太高，能夠多次使用有效延長使用壽命。目前，我國電池技術(shù)的研究和發(fā)展還不完善，這是阻礙電動汽車發(fā)展的重要因素，因此電動汽車的電池性能至關(guān)重要。電動汽車使用的電池為蓄電池，其中鉛酸電池由于生產(chǎn)成本低，得到廣泛應用，但在比功率和能量密度上存在缺陷，還會引起污染；鎳氫電池的性能比鉛酸電池要高，但價格較高，不利于批量生產(chǎn)。而鋰離子電池的應用范圍較為廣泛，例如筆記本電腦、小功率通信設(shè)備等，也是風電、光伏電的儲能電池，是電動汽車理想的動力電池。鋰離子電池在電動汽車中的應用優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下幾個方面[2]：（1）工作電壓高，單體電池的工作電壓保持在3.6～3.9V之間，相當于氫鎳電池、鎳鎘電池的3倍；（2）比能量大，單位質(zhì)量或體積的鋰電池具有較高的存儲能力或功率，均顯著高于其他電池，最高可達165Wh/kg，實際比能量最高為100～125Wh/kg和240～300Wh/kg，相當于氫鎳電池的3倍；（3）鋰電池體積小、質(zhì)量輕，且能夠使用2000次以上，具有較長的循環(huán)壽命，電池內(nèi)部不含鉛、鎘、汞等有毒金屬元素，具有綠色環(huán)保、無污染的特點；（4）自放電率低，常溫下充滿電放置1個月自放電率<10%，相比于其他電池的25%～35%顯著更低；（5）不存在記憶效能，在任何荷電狀態(tài)下都能充電，不影響其容量，且可完成快速充電、放電，最短幾分鐘內(nèi)實現(xiàn)；（6）工作溫度范圍寬，-25℃～45℃均可工作，最大可擴展至-40℃～70℃。

2 電動汽車鋰電池性能分析

以洛陽天空生產(chǎn)的規(guī)格型號為SE180AHA磷酸鐵鋰電池的電動車輛為研究對象，主要對磷酸鐵鋰電池在電動汽車中充放電特性進行研究，以期為鋰電池在電動汽車中的應用提供參考。

2.1 鋰電池充電性能

鋰離子電池組是由多個單體電池串聯(lián)和并聯(lián)組成的，其中每個單體電池在制作工藝方面基本一致，僅在性能上存在較小的差異。單個電池參數(shù)與電池組相關(guān)參數(shù)存在一定的聯(lián)系，每個單體電池都與電池組的應用息息相關(guān)。文章分析的鋰電池容量為300AH，共9箱168組，均為實際應用的電動汽車鋰電池，觀察并分析鋰電池的整個充電過程，得出充電時單體電壓隨SOC的變化規(guī)律。電池組充電時的總電壓最大值為380V，最小值為362V，平均值為373.9V，電壓最大值與最小值之間的差異小，不存在顯著的電壓波動，表明鋰離子電池在充電中的電壓具有穩(wěn)定性。充電時電流基本保持不變，恒定值為72.8A，電池SOC為30%～100%。電動汽車單體電池的最大電壓為3.6V，根據(jù)電壓變化觀察電池的性能。從季節(jié)角度來看，冬季、春季最大單體電壓的變化趨勢與最小單體電壓的變化趨勢具有一致性。

通過分析充電中模塊溫度隨SOC的變化情況可知，電池組充電中模塊溫度變化與SOC變化相關(guān)，最高溫與最低溫都隨SOC的增大而增加，模塊溫度最高可增長4℃，而最低可降低3℃。在同一時刻，單體最大電壓值與單體最小電壓的最大差值為0.21V，這表明電動汽車應用鋰電池的性能高，具有穩(wěn)定性和一致性。除此以外，電動汽車鋰電池充電2.5h，就能實現(xiàn)電量從50%增加至100%，充電速度快，而溫度變化始終保持在4℃之內(nèi)。這表明鋰電池的應用參數(shù)具有較高的穩(wěn)定性。

2.2 鋰電池放電性能

通過實時監(jiān)控電動汽車鋰電池電壓、溫度、電路等一般數(shù)據(jù)資料，可以總結(jié)出，電動汽車鋰電池在放電過程中，總電壓保持在346.8～364.2V之間，不存在特定的變化規(guī)律，但呈現(xiàn)出較強穩(wěn)定性?？傠娏鞅３衷?.2A～256A，呈現(xiàn)出顯著變化，這與電動汽車的車速相關(guān)，電動汽車在實際運行的過程中，并不是保持同一個速度運行。鋰電池放電過程中，電池模板最高溫度差和最低溫度差都是1℃。單體電池電壓的最大值與最小值基本保持在3.11V～3.32V之間，變化幅度不大，電壓變化具有一致性。鋰電池放電過程中各項參數(shù)變化的穩(wěn)定性雖然不及充電過程，但其波動是在固定的范圍內(nèi)，并不存在顯著的參數(shù)變化，表明鋰電池后放電過程中仍表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性和一致性。

根據(jù)電動汽車的實際運行實驗，如果將磷酸鐵鋰電池應用于混合動力公交汽車的儲能裝置中，能夠?qū)⒅苿?、下坡產(chǎn)生的能量回收，并保存至蓄電池中，并再次利用，有效實現(xiàn)零排量，有利于節(jié)約原來汽車的燃油消耗，這也是鋰電池應用的重要方向。

3 結(jié)束語

隨著節(jié)能減排意識在世界各國受到廣泛關(guān)注，鋰離子電池技術(shù)的研究日益加深，有效開發(fā)并完善鋰離子電池在電動汽車中的應用性能。同時，鋰離子電池在電動汽車中的應用也是我國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必由之路，要不斷完善鋰電池的加工制作工藝，充分發(fā)揮其良好性能。

參考文獻

[1]賈永麗，李海英，張丹，等.動力鋰電池在電動汽車中的應用[J].節(jié)能，2014（12）：4-7.

[2]周西峰，賈星遠，郭前崗.電動汽車鋰電池組主動均衡的研究[J].微型機與應用，2015（19）：77-79.