淺談電動車輛動力電池的性能特點(diǎn)及其發(fā)展

陳嘉奇

摘 要：環(huán)境污染和石油資源短缺問題日益嚴(yán)重，電動汽車的發(fā)展受到了世界各國的高度重視。在我國，電動汽車作為“十五”863重大專項(xiàng)項(xiàng)目，國家投入巨資予以支持。專用動力電池作為電動汽車的車載能源和電動汽車開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)，直接影響電動汽車實(shí)用化、商業(yè)化的進(jìn)程。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(diǎn)進(jìn)行分析，并對這些電池的未來發(fā)展情況進(jìn)行推測。再對目前用于電動車的各種電池性能特點(diǎn)分析的基礎(chǔ)上，認(rèn)為鎳氫電池在電動車領(lǐng)域?qū)儆谖磥砣轿迥甑倪^度產(chǎn)品，動力鋰離子電池將在兩到三年后初步實(shí)現(xiàn)規(guī)模化，而燃料電池的商品化應(yīng)用預(yù)計(jì)還需要十年及以上的發(fā)展時(shí)間。

關(guān)鍵詞：電動車;鋰電池;燃料電池;鎳氫電池

眾所周知，近幾年我國空氣質(zhì)量已經(jīng)大大不如從前，為了改善城市空氣質(zhì)量，減少燃油排氣，部分城市推出了電動車輛環(huán)保行動，給電動車產(chǎn)業(yè)帶來了發(fā)展。目前電動車輛供電采用的電池種類有鎳氫電池、鋰電池、鉛酸電池、燃料電池。鉛酸電池投放市場的應(yīng)用時(shí)間最長，也是比較成熟、成本較低的電池，缺點(diǎn)是能力和體積較小，充一次電后行程短，運(yùn)行效率低，在車輛上的使用不盡人意。鎳鎘電池的充放電倍率比鉛酸電池優(yōu)越，推出后得到一定的發(fā)展，缺點(diǎn)是由于含有重金屬對環(huán)境有污染，發(fā)展受限制。這些電池自身存在優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)也有一定缺點(diǎn)，為了進(jìn)一步提高電動車輛電池的質(zhì)量，需要對各類電池的性能特點(diǎn)做充分的分析，并且對未來發(fā)展方向提出建議。

1 電動車輛動力電池的性能比較

電池是電動車輛的動力源泉，也是一直制約電動車輛發(fā)展的重要因素。電動車用電池的主要體現(xiàn)在能力、功率、使用年限和成本上。當(dāng)前對電動車輛主要研究的內(nèi)容有電動車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)、電動車充電技術(shù)、充電諧波分析和充電站監(jiān)控系統(tǒng)等，其中電動車電池技術(shù)是主要研究內(nèi)容之一及重中之重。

車用動力電池分為鉛酸蓄電池、鎳氫蓄電池、鋰離子電池和其它電池和鋰聚合物電池、鋰硫電池、氫燃料電池。韓國、日本和美國是核心技術(shù)發(fā)展主要國家，其中日韓兩國電池占據(jù)74%的市場份額，并且在我國長安、吉利等企業(yè)利用率較高，國內(nèi)比亞迪技術(shù)發(fā)展比較突出。其技術(shù)性能、商用性能、環(huán)資評價(jià)等方面比較，鋰離子電池發(fā)展較好。動力電池產(chǎn)業(yè)鏈上，國內(nèi)以中上游產(chǎn)品為主，下游產(chǎn)品發(fā)展動力不足。

電動車應(yīng)具備優(yōu)良的駕駛功能和可靠性。電動車用電電池需要具備密度高、輸出功率高、壽命長、充放電效率高、低內(nèi)阻、無記憶效應(yīng)、可實(shí)現(xiàn)快速充電、安全性高、可靠性高、成本低以及可重復(fù)使用等特性，鉛酸電池技術(shù)成熟，但是不能快充深放，使用壽命短，不能滿足高性能電動汽車的儲能要求。鋰離子電池能量高、重量輕、循環(huán)壽命長，但是價(jià)格高;鎳氫電池具有高比功率、電流充放電大、無污染、安全性能好等特點(diǎn)，目前廣泛應(yīng)用于混合動力車輛上;電容量大、充電快、大電流放電能超強(qiáng)、功率密度高，但比能量極抵等特點(diǎn)，多以不能單獨(dú)應(yīng)用于電動車輛上，作為輔助能源有效顯著;燃料電池為零排放或近似零排放，能源來源豐富，能量轉(zhuǎn)化率高，但研究成本投入大，開發(fā)周期長，目前尚處于產(chǎn)品研發(fā)階段;太陽能電池是一種有前途的新型電源，具有永久性、清潔性和靈活性三大特點(diǎn)，但效率低成本高，目前沒有競爭力。

2 電動車輛動力電池的性能特點(diǎn)分析

2.1 鋰電池

鋰電池工作電壓較高、體積小、方便攜帶、使用周期較長、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)。因此，鋰電池是我國當(dāng)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。這些電池運(yùn)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(yùn)行成為了重點(diǎn)研究內(nèi)容。

2.2 燃料電池

燃料電池有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。這種電池與其它電池差異較大，該電池的正極和負(fù)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)，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(diǎn)，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)生產(chǎn)電能，適合在惡劣環(huán)境中應(yīng)用。

2.3 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、攜帶方便、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，能夠快速充電，能量密集較高等優(yōu)勢，得到了廣泛應(yīng)用。為了進(jìn)一步提高鎳氫電池性能，我國加大了負(fù)極儲氫材料的研究力度。合理控制溫度和金屬條件，重點(diǎn)研究儲氫合金材料便可以提高鎳氫電池性能。

2.4 鉛酸電池

鉛酸電池研發(fā)較早，經(jīng)過多年改進(jìn)，產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)逐漸成熟。雖然成本售價(jià)較低，但是自放電率較高、比能量較低、使用年限少。因此，利用鉛酸電池開發(fā)的電動車產(chǎn)品性能較差。目前，難以解決的重要問題是一次性充放電形成短，針對這一問題，采用低阻抗技術(shù)，一次控制電池的充放電，使得電池使用壽命得以延長。經(jīng)過改善后，VRLA鉛酸電池性能得到了明顯的改善，性價(jià)比也得到了提升，在微型電動轎車、電動環(huán)衛(wèi)車等領(lǐng)域得到應(yīng)用。

3 電動車輛動力電池未來發(fā)展

在電池技術(shù)不斷發(fā)展創(chuàng)新的時(shí)代背景下，未來發(fā)展中，電池結(jié)構(gòu)逐漸改進(jìn)后，性價(jià)比如果能夠滿足市場需求，很可能占據(jù)電動車輛市場，成為上班族首選的交通工具。我國新能源汽車技術(shù)發(fā)展做了長期規(guī)劃，全面推廣可充電式混合動力和氫燃料車，以純電動和氫燃料電池（如風(fēng)能、太陽能、潮汐能等清潔能源）公交車和出租車;全面推廣以純電動（煤炭和水電為來源）為主、以天然氣、二甲醚和混動力為輔的公交車和出租車中期規(guī)劃;全面推廣可充電式混合動力和純電動車;我國新能源汽車技術(shù)發(fā)展短期規(guī)劃，重點(diǎn)推廣油電混合動力車輛，大力推廣以非糧食為原料的乙醇燃料和生物柴油車。試點(diǎn)推廣純電動車。

電池是電動車輛發(fā)展的首要關(guān)鍵因素，車輛動力電池的難點(diǎn)是“低成本高容量高安全要求”，要想在較大范圍內(nèi)應(yīng)用于電動車輛上，要依靠先進(jìn)的蓄電池的發(fā)展與篩選。

4 結(jié)束語

鉛酸電池屬于低端動力電池，在未來發(fā)展中，該電池主要占據(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。鋰電池制造設(shè)備尚未成熟，在實(shí)際應(yīng)用中容易出現(xiàn)差錯，不能保證電動車行駛的里程，需要后續(xù)完善。燃料電池需要更新材料重新研發(fā)，開發(fā)時(shí)間較長，研發(fā)時(shí)間大概需要十年以上。

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