淺談電動車輛動力電池的性能特點及其發(fā)展

王健力

摘 要：為了提高動力電池性能，本文對鋰電池、鎳氫電池、鉛酸電池、燃料電池性能特點進行分析，并對這些電池的未來發(fā)展情況進行推測。鉛酸電池將占據(jù)低端市場，鎳氫電池將成為動力電池發(fā)展的過渡產(chǎn)品，鋰離子電池將向動力鋰離子電池方向發(fā)展，燃料電池需要13年左右時間得到完善。

關(guān)鍵詞：電動車；動力電池；鋰電池；燃料電池

為了改善城市空氣質(zhì)量，部分城市推出了電動車輛環(huán)保行動，給電動車產(chǎn)業(yè)帶來了機遇。當前電動車供電部分采用的電池有鋰電池、鎳氫電池、鉛酸電池、燃料電池。[1]這些電池自身均有優(yōu)點和缺點，為了進一步提高電動車電池質(zhì)量，需要充分分析各類電池的性能特點，提出未來發(fā)展方向。

一、電動車輛動力電池的性能特點分析

（一）鋰電池

鋰電池工作電壓較高，體積小，攜帶便捷，使用壽命較長，比能量較大，自放電率較小，在使用過程中不會對環(huán)境造成污染，并且無記憶效應(yīng)。[2]因此，成為了我國當前新能源電動車輛研發(fā)的主要材料。鋰電池的核心部分為正極材料，經(jīng)過多年發(fā)展，形成了多種鋰電池，包括磷酸鐵鋰電池、鎳鈷酸鋰電池、錳酸鋰電池等。這些電池運行功能較高，具有較高的安全性，對溫度控制要求較高，如何更好的控制鋰電池使用環(huán)境溫度，保證電池的正常運行成為了重點研究內(nèi)容。

（二）鎳氫電池

鎳氫電池由金屬鎳和氫離子構(gòu)成，存儲電量較高，體積小，攜帶輕便，使用壽命較長，在使用過程中不會對環(huán)境造成污染，但是開發(fā)成本較高，與鋰電池相比，性能更低一些，自放電率較大。鎳氫電池憑借綠色環(huán)保，支持快速充放電，能量密度較高等優(yōu)勢，得到了廣泛應(yīng)用。[3]為了進一步提高鎳氫電池性能，我國加大了負極儲氫材料的研究力度。由于鎳氫電池開發(fā)材料是金屬儲氫材料，大部分元素都可以與其反應(yīng)生成氫化合物，因此，合理控制溫度和金屬條件，重點研究儲氫合金材料便可以提高鎳氫電池性能。

（三）鉛酸電池

鉛酸電池研發(fā)比較早，經(jīng)過多年改進，產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)逐漸成熟。雖然成本售價較低，但是自放電率較高、比能量較低、循環(huán)壽命較低。因此，利用鉛酸電池開發(fā)的電動車產(chǎn)品性能較差，售價較低。目前，難以解決的一個重要問題是一次沖放電形成短，針對這一問題，采用低阻抗技術(shù)，以此控制電池的充放電，使得電池使用壽命得以延長。[4]經(jīng)過改造后的VRLA鉛酸電池，無酸霧逸出，自放電有明顯改善，比能量較大，支持定期自動補水，浮充壽命較長。由于鉛酸電池性價比逐漸提高，已向微型電動轎車、電動環(huán)衛(wèi)車等鄰域擴展。

（四）燃料電池

燃料電池由氧氣和氫氣兩部分構(gòu)成，在空氣中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后生成電能。這種電池與其他電池差異較大，該電池的正極和負極均不含有活動物質(zhì)，通過添加催化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)換成電能，利用排熱系統(tǒng)、電池性能控制系統(tǒng)、催化劑供給系統(tǒng)、安全系統(tǒng)等，構(gòu)成電池反應(yīng)環(huán)境。由于燃料電池具有燃料多樣化、排放量低、供電效率較高、性能穩(wěn)定等特點，因此，得到了廣泛應(yīng)用。目前，已經(jīng)開發(fā)出的燃料電池對溫度要求較低，在低溫環(huán)境下便可以反應(yīng)生成電能，適合在惡劣環(huán)境中應(yīng)用。由于氫資源和鉑資源較少，并且存儲難度較大，導(dǎo)致燃料電池開發(fā)成本較高，為了提高燃料電池性能，必須研發(fā)替代鉑的催化劑，解決資源空缺問題，以此促進燃料電池車輛發(fā)展。

二、電動車輛動力電池未來發(fā)展

依據(jù)當前國內(nèi)市場價格，經(jīng)過計算可以得到不同電池價格比：鋰電池：鎳氫電池：鉛酸電池：燃料電池：20.4：19.2：6：80。通過觀察價格比可知看出不同電池與市場供應(yīng)的距離。在電池技術(shù)不斷發(fā)展的時代背景下，以上比例發(fā)生了一定變化。在未來的發(fā)展中，鋰電池結(jié)構(gòu)逐漸改進后，性價比滿足市場需求后，很有可能占據(jù)電動車輛市場，成為上班族首選交通工具，當前因價格較高的原因，未得到廣泛應(yīng)用。鎳氫電池開發(fā)成本較高，性能更低一些，對運行環(huán)境要求較高，綜合多種因素，在未來發(fā)展中容易被清潔能源取代，例如，鋰電池、燃料電池等。鉛酸電池供電成本較高，屬于低端動力電池，在未來發(fā)展中很有可能被替代。燃料電池環(huán)保清潔，是理想中的清潔能源，如果可以提高性價比，那么燃料電池將成為首選電池資源。但是從當前的性價比來看，燃料電池任重道遠，需要更換基礎(chǔ)材料才可能突破當前性能占據(jù)市場。

三、總結(jié)

鉛酸電池屬于低端動力電池，在未來發(fā)展中，該電池將主要占據(jù)低端市場。鎳氫電池開發(fā)受綜合因素影響，容易被其它類型電池取代，該電池屬于動力電池發(fā)展的過渡產(chǎn)品。鋰電池當前的制造工具尚未成熟，在實際應(yīng)用中容易出現(xiàn)異常，對電動車行駛里程造成影響，需要在今后研究中繼續(xù)完善，打造動力鋰離子電池。燃料電池需要更換材料重新研發(fā)，開發(fā)時間較長，研發(fā)時間約13年。

參考文獻：

[1]王九飆，周文斌，劉質(zhì)斌，等.電動汽車廢舊動力蓄電池的回收利用技術(shù)及發(fā)展[J].環(huán)境與發(fā)展，2017，29（7）：62.63.

[2]王曦.淺析動力鋰電池組的充電管理電路設(shè)計問題[J].電子世界，2016（13）：83.

[3]賀伊琳，蘇楠，鹿靜，等.陜西省電動汽車動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展技術(shù)路線研究[J].汽車實用技術(shù)，2016（2）：157.159.

[4]葉楚天.動力電池及充電基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)發(fā)展對電動汽車能量補給方式的影響研究[J].南方能源建設(shè)，2017，4（2）：69.72.