电动汽车用锂离子电池的能量功率特性分析
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聚合物锂离子电池Ｈ２００ Ａｈ（曲线Ａ）的比能蛙是最高 的，额定容鼍为２００ Ａｈ，但是难以兼顾高功率放电性能，其放 电功率指标并不突出。
在五种液态电解质的锂离子电池中，磷酸铁锂离子电池 Ｔ１５０ Ａｈ（曲线Ｄ）并未在比功率和比能量上表现出优势，但 它和Ｈ２００ Ａｈ、Ｍ６０ Ａｈ、Ｍｌｏｏ Ａｈ的Ｒａｇｏｎｅ曲线都呈现近似 竖直分布。未出现比能量陡降现象，在大电流放电时仍能提供 较多电能，图１２即为锂离子电池Ｔ１５０ Ａｈ在４５０ Ａ恒流放电 过程的单体电压特征和放ｆ｝｛电量，放电过程共持续了１ １８６ Ｓ， 放出电量１４８．１４ Ａｈ，电池壁温度最后升至６５℃。但其质量比 能量和体积比能量（３ ｈ）分别为９０ Ｗｈ／ｋｇ和１３７ Ｗｈ／Ｌ，体积 比能量比较小，几乎接近于标称容量为６５ Ａｈ的ＶＲＬＡ铅酸 电池，低于氢镍电池和锰酸锂离子电池。
本文中的锂离子电池能最特性试验在ＡＶ．９００试验台上 进行并直接输出可用能量。锂离子电池的功率特性试验设计 主要是借鉴《混合动力电动汽车用密闭型氢镍电池的输出密 度及输入密度试验方法（ＪＥＶＳ Ｄ ７１３ ２００３）》，试验方法和测 算步骤、公式见文献［５】。 ２．１能量特性分析 ２．１．１放电倍率对比能量的影响
里鎏撞奎ｋ越■｜圆衄
电动汽车用锂离子电池的能量功率特性分析
张 宾‘，何勇灵·。陈全世２ （１．北京航空航天大学交通科学与Ｔ程学院，北京１００１９１；２．清华大学汽车安全与节能国家重点实验室，北京１０００８４）
摘要：着眼于锂离子电池在电动汽车动力电源领域的应用，以六种国产锂离子电池为研究对象，对其能量功率特性进
ｐｏｗｅｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｌｌｔｈｉｕｍ－ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｙ ｃａｎ ｂｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｎｅｅｄ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ．ＴＩ怕
ｓ雠ｐｏｗｅｒ ＵＦｅＰＯ．１ｉｔｈｉｕｍ－ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｙ ｈａｓ ｔｈｅ ｓｐｌｅｎｄｉｄ ｈｉｇｈ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｅｎｄｕｒａｂｌｅ ａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｈｉｇｈ－ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ａｂｉｌｉｔｙ．
行了试验和分析。研究表明：锰酸锂离子电池具有优Βιβλιοθήκη Baidu的能量功率特性，可以在能量和功率特性两者之间进行具有针
对性的柔性设计，以满足电动汽车的不周需求；磷酸铁锂离子电池具有出色的高温耐受性和大电流放电能力，随着比
能量和比功率的提高以及成本的下降。将会在电动汽车动力电源领域得到更为广泛的应用。
关键词：电动汽车；锂离子电池；锰酸锂；磷酸铁锂；能量特性；功率特性
目前对电动汽车用动力电池能量功率特性的定性分析较 多，见图ｌ。我们在电池试验数据基础上，对六种锂离子电池的 能量功率特性及其影响因素进行ｒ定量分析，同时兼顾了与 氢镍动力电池、铅酸动力电池的对比讨论。
１研究对象及试验平台
研究对象为国产的六种锂离子电池，正极材料分别为尖
收藕Ｂ期：２０１０－－０３－０５
ＡＶ９００ 上作范围
ＳｍａｒｔＧｕａｒｄ 数据采集精度
电挑 ８一一７５０Ｖ ７５１一一８２５ Ｖ ８２６～９００Ｖ ±２００ｍＶ或者
０．１５％
哇三流 直流±５００ Ａ 直流ｉ４００ Ａ 直流±３００ Ａ ±２５０ｍＡ或
Ｏ．２５％
功率／ｋｗ 士２５０ 圭２２５ 士２００
２锂离子电池的能量功率特性分析
不同动力构型的电动汽车对动力电源能骨功率特性要求 是不一样的。东芝公司用于ＨＥＶ的锂离子电池，比功率达到 ３ ８００ Ｗ／ｋｇ，属于高功率型，但无需长时间纯电池驱动行驶，比 能量属于较低级别。而ＥＶ用锂离子电池正好相反，虽然需要 １００ Ｗｈ／ｋｇ以上的高比能量，但对比功率没有那么高的要求。 ＰＨＥＶ的性能指标则介于ＨＥＶ和ＥＶ之间，比功率要达到 ｌ ３００ Ｗ／ｋｇ，比能量要达到１２０ Ｗｈ／ｋｇ。
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ；ｐｏｗｅｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ
锂离子电池的能量功率特性决定着电动汽车的续驶里程 和动力性，电动汽车对高性能动力电池的需求也推动了锂离 子电池技术的进步。因此瞄准电动汽车的动力需求，研制能量 功率特性优秀的电池成为锂离子电池研究的主要课题ｆＪ】。
当前电动汽车大致分为：以蓄电池驱动的纯电动车（Ｅｖ）、 以内燃机和蓄电池共间驱动的混合电动车（ＨＥＶ）、以燃料电池 驱动的燃料电池车（ＦＣＥＶ）。现在可外接允电式混合动力汽车 （ＰＨＥＶ）成为研究热点，对动力电池的能量功率特性提出了 更高要求。
液态
１５０
５ ３０
沌：１１ ＬｉＭｎｚ０４为尖晶ｆｉ型锰酸锂材料：２ ＬｉＦｃＰ０４为橄榄石型
磷酸钬锂村料。
构不稳定，并且在锂离子嵌入和脱嵌过程中还会形成附加相，
导致ＬｉＭｎ２０４在循环过程中容量衰减迅速，在高温情况下更 加严重Ｉｍ。
橄榄石型磷酸铁锂（ＬｉＦｅＰ０４）材料，是最近几年发展很快 的锂离子电池正极材料，具有３．５ Ｖ电势（ｖｓ Ｌｉ儿ｉ），且有较长 的电压平台【４】。由于Ｆ－Ｏ共价键强度非常大，磷酸铁锂离子电
图３锂离子电池体积比能量与放电倍率的关系 种液态电解质的锰酸锂离子电池Ｍ６０ Ａｈ和Ｍ１００ Ａｈ的比能 量在放电倍率（７／３和３ Ｃ之间时变化不大，旱近似平台形态， 其中Ｍ１００ Ａｈ在４ Ｃ（４００ Ａ）放电时比能量出现陡降现象， 是由于大电流恒流放电时Ｉ’日Ｊ长达３４０ ｓ，电池内部极化作用剧 烈；（４）磷酸铁锂离子电池Ｔ１５０ Ａｌｌ可用能量的倍率特性相 对要比锰酸锂离子逊色。 ２．１．２温度对比能量的影响
Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ
ａｎｄ廿１ｅ ｒｅｄｕｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｓｔ， ｉｔ ｗｉ¨∞ｗｉｄｅＩｙ ｕｓｅｄ鹄ｔｈｅ
ｐｏｗｅｒ ｂａｔｔｅｒｙ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ，
ｂａｔｔｅｒｙ：ＵＭ哦；ＵＦｅＰＯ，；ｅｎｅｒｇｙ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｔｅｃｔ№ｖｅｈｉｃｌｅ；ｌｉｔｈｉｕｍ－ｉｏｎ
２．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂ ｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｓａｆｅｔｙ＆Ｅｎｅｒｇｙ，Ｔｓｉｎｇｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８４。Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｌｉｔｈｉｕｍ咖ｂａｔｔｅｒｙ ｆｏｒ ｅｋｃｔ肥ｖｅｈｉｃｌｅｓ ｗａ８ ｆｏｃｕｓｅｄ．Ｔ圳ｎｇ ｓｉｘ ｋｉｎｄ８ ｏｆ ｄｏｍｅｓｔｉｃ Ｉｉｔｈｉｕｍ—ｉｏｎ ｂａ∞ｒｉ∞鹳
图１０中的锂离子电池质量比能量相对较高，氢镍电池次 之，铅酸电池最低。图ｌｌ中锂离子电池Ｔ１５０ Ａｈ（磷酸铁锂） 的体积比能量要比氢镍８０ Ａｈ电池更小，这也从侧面反映出 氢镍动力电池现在的技术发展和生产工艺都很成熟，在能量 功率特性方面与现有锂离子电池比较接近。
氢镍８０ Ａｈ电池（曲线Ｆ）的比能量和放电功率水平均 高于ＶＲＬＡ６５Ａｈ铅酸电池（曲线Ｇ），由于存在热失控问题，
基金项目：国家。十五”。酗矿计捌电动车重大专项基金资助硬
Ｍ 目（２００３
５０１ １００＇
作者筒介：张宾（１９７５一），男，山东省人．博士研究生．主要研究方
向为电动道路车辆用锂鼻子动力电泡性鬣与警理。
２●●Ｏ
１‘●●
二１２∞ 芭
蕃啪
帮 筮
椭
万方数据 ２０１０．１０ Ｖ０１．３４ Ｎｏ．１０
１ ０７６
表１ 锂离子电池的技术数据
电池种类
Ｍ６０Ａｈ Ｔ１００Ａｈ Ｍ１００Ａｈ Ｄ１（）０ ＡＩＩ
正负极材料 １．，ｉＩｉ＇ｆｎ２０４１Ｊ／Ｃ
电解质
液态 液态 液态 液态
额定容 量／Ａｈ
６０ １００ １００ １００
质量／ｋｇ
２ １５ ３．０７ ３．３０ ３ ５０
Ｈ２００ Ａｌｌ
聚合物
２００
４．３５
Ｔ１５０Ａｈ
Ｉ．ｉＦｅＰ０４２ｌ，Ｃ
池具有很高的稳定性，如抗高温和抗过充过放电，但存在低温
下Ｌｉ＋的扩散速度急剧降低的缺点。 电池试验平台为美国ＡｅｒｏＶｉｒｏｎｍｅｎｔ公司的ＡＶ．９００功
率处理系统及其ＳｍａｒｔＧｕａｒｄ高精度数据采集系统，技术指标
见表２。电池高低温试验中的温控设备是ＷＤ４０２５（Ｆ）恒温试验 箱。
表２ ＡＶ９００的技术指标
ｔｈｅ ｏｂｉｅｃｔｓ ｏｆ ｓｔｕｄｙ．ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ ｐｏｗｅｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｌ ｔｈｅ Ｉ ｉＭｒｈ０４
ｌｉｌｈｉｕｍ咖ｂａｔｔｅｒｙ ｈａｓ ｔｈｅ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ ｐｏｗｅｒ．１１１ｅ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｄｅｓｉｇｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ
图４电池质量比能量与放电温度的关系（３ｈ）
万方数据
１ ０７７
２０１０．１０ Ｖ０１．３４ Ｎ０．１０
图５ 电池体积比能量与放电温度的关系（３ ｈ）
２．２功率特性分析 温度对锂离子电池的充放电功率特性有着显著的影响。
图６、图７、图８分别为三种锰酸锂离子电池Ｍ６０ Ａｈ、Ｄ１００ Ａｌｌ 和Ｈ２００ Ａｈ的功率特性。由图可知，温度升高可以同时提高锂 离子电池的充放电比功率。与放电比功率相比，锂离子电池的 充电比功率在低温下的衰减更为显著，如Ｍ６０ Ａｈ、Ｄ１００ Ａｈ、 Ｈ２００ Ａｌｌ在一１０℃和ＳＯＣ ５０％时的充电比功率分别降至 １４４．７５、３４．８８ Ｗ／ｋｇ和７０．９９ Ｗ＆ｇ。
图２和图３为六种锂离子电池在不同放电倍率下可用比 能量。
由网２和图３可知：（１）由于极化现象会随着放电电流 增大而加剧，锂离子电池的可用比能量随着放电倍率的增加 而降低；（２）聚合物电解质锰酸锂离子电池Ｈ２００ Ａｈ的比能 量非常高，这对增大电动汽车的续驶里程是很有利的；（３）两
图２锂离子电池质量比能量与放电倍率的关系
图７不同温度下Ｄ１００Ａｈ的比功率 ２０１０．１０ ＶｏＩ．３４ Ｎｏ．１０
万方数据
１ ０７８
图１０放电比功率与质量比能量的关系（２０℃）
图１１ 放电比功率与体积比能量的关系（２０℃） 在大功率放电情况下对电池热管理系统效能要求较高。铅酸 ＶＲＬＡ６５ Ａｈ动力电池（曲线Ｇ）虽然可以进行大电流放电，但 其比能量很低，无法满足现在电动汽车技术发展的需求。
图９所示则是温度对磷酸铁锂离子电池Ｔ１５０ Ａｈ比功率 的影响。与锰酸锂离子电池的功率特性类似，随着温度升高， 充放电比功率也随着有不同程度的增长。不同的是，Ｔ１５０ Ａｈ 的充电比功率都比放电比功率要大，这主要和磷酸铁锂离子 电池的标称电压较低（３．２ Ｖ）有关系。
图６不同温度下Ｍ６０Ａｈ的比功率
中图分类号：ＴＭ ９１２．９
文献标识码：Ａ
文章编号：１００２—０８７ Ｘ（２０１０）１０－１０７６＿－０４
Ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ ｐｏｗｅｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｌｉｔｈｉｕｍ—ｉｏｎ ｂａｋｅｒｙ ｆｏｒ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ
ＺＨＡＮＧ Ｂｉｎｌ。ＨＥ Ｙｏｎｇ－ｌｉｎ９１，ＣＨＥＮ Ｏｕａｎ—ｓｈｉ２ ｆＪ．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ＆Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１９１，Ｃｈｉｎａ；
图８不同温度下Ｈ２００Ａｈ的功率特性
图９ 不同温度下Ｔ１５０Ａｈ的比功率
２．３不同电池能量功率特性对比分析 Ｒａｇｏｎｅ曲线１６１可以表征电池的能量功率特性，其横坐标
位置反映电池能量特性，其形态则可以体现出电池功率特性 的相对优劣。
图ｌＯ和图ｌｌ中为Ｈ２００ Ａｈ（曲线Ａ）、Ｍ６０ Ａｈ（曲线 Ｂ）、Ｍ１００ Ａｈ（曲线Ｃ）、Ｔ１５０ Ａｈ（曲线Ｄ）、Ｄ１００ Ａｈ（曲线 Ｅ）和氢镍８０ Ａｈ电池（曲线Ｆ）和ＶＲＬＡ６５ Ａｈ铅酸电池（曲 线Ｇ）的Ｒａｇｏｎｅ曲线。
图４和图５是温度对六种锂离子电池比能馈的影响。温 度的降低抑制了锂离子电池化学能向电能的转化过程。相对 锰酸锂离子电池来说，低温对磷酸铁锂离子电池的能量释放 影响更显著。常温Ｆ锂离子电池比能鼍变化不大。在４０～６０ ℃的温度范围内，锰酸镡离子电池的比能培开始随温度提高 出现下降趋势，而磷酸铁锂离子电池Ｔ１５０ Ａｈ的町用比能量 依然保持增长趋势。由于安全方面的原因，没有进行在温度升 至６０℃以Ｉ：时的能量特性试验。
在五种液态电解质的锂离子电池中，磷酸铁锂离子电池 Ｔ１５０ Ａｈ（曲线Ｄ）并未在比功率和比能量上表现出优势，但 它和Ｈ２００ Ａｈ、Ｍ６０ Ａｈ、Ｍｌｏｏ Ａｈ的Ｒａｇｏｎｅ曲线都呈现近似 竖直分布。未出现比能量陡降现象，在大电流放电时仍能提供 较多电能，图１２即为锂离子电池Ｔ１５０ Ａｈ在４５０ Ａ恒流放电 过程的单体电压特征和放ｆ｝｛电量，放电过程共持续了１ １８６ Ｓ， 放出电量１４８．１４ Ａｈ，电池壁温度最后升至６５℃。但其质量比 能量和体积比能量（３ ｈ）分别为９０ Ｗｈ／ｋｇ和１３７ Ｗｈ／Ｌ，体积 比能量比较小，几乎接近于标称容量为６５ Ａｈ的ＶＲＬＡ铅酸 电池，低于氢镍电池和锰酸锂离子电池。
本文中的锂离子电池能最特性试验在ＡＶ．９００试验台上 进行并直接输出可用能量。锂离子电池的功率特性试验设计 主要是借鉴《混合动力电动汽车用密闭型氢镍电池的输出密 度及输入密度试验方法（ＪＥＶＳ Ｄ ７１３ ２００３）》，试验方法和测 算步骤、公式见文献［５】。 ２．１能量特性分析 ２．１．１放电倍率对比能量的影响
里鎏撞奎ｋ越■｜圆衄
电动汽车用锂离子电池的能量功率特性分析
张 宾‘，何勇灵·。陈全世２ （１．北京航空航天大学交通科学与Ｔ程学院，北京１００１９１；２．清华大学汽车安全与节能国家重点实验室，北京１０００８４）
摘要：着眼于锂离子电池在电动汽车动力电源领域的应用，以六种国产锂离子电池为研究对象，对其能量功率特性进
ｐｏｗｅｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｌｌｔｈｉｕｍ－ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｙ ｃａｎ ｂｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｎｅｅｄ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ．ＴＩ怕
ｓ雠ｐｏｗｅｒ ＵＦｅＰＯ．１ｉｔｈｉｕｍ－ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｙ ｈａｓ ｔｈｅ ｓｐｌｅｎｄｉｄ ｈｉｇｈ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｅｎｄｕｒａｂｌｅ ａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｈｉｇｈ－ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ａｂｉｌｉｔｙ．
行了试验和分析。研究表明：锰酸锂离子电池具有优Βιβλιοθήκη Baidu的能量功率特性，可以在能量和功率特性两者之间进行具有针
对性的柔性设计，以满足电动汽车的不周需求；磷酸铁锂离子电池具有出色的高温耐受性和大电流放电能力，随着比
能量和比功率的提高以及成本的下降。将会在电动汽车动力电源领域得到更为广泛的应用。
关键词：电动汽车；锂离子电池；锰酸锂；磷酸铁锂；能量特性；功率特性
目前对电动汽车用动力电池能量功率特性的定性分析较 多，见图ｌ。我们在电池试验数据基础上，对六种锂离子电池的 能量功率特性及其影响因素进行ｒ定量分析，同时兼顾了与 氢镍动力电池、铅酸动力电池的对比讨论。
１研究对象及试验平台
研究对象为国产的六种锂离子电池，正极材料分别为尖
收藕Ｂ期：２０１０－－０３－０５
ＡＶ９００ 上作范围
ＳｍａｒｔＧｕａｒｄ 数据采集精度
电挑 ８一一７５０Ｖ ７５１一一８２５ Ｖ ８２６～９００Ｖ ±２００ｍＶ或者
０．１５％
哇三流 直流±５００ Ａ 直流ｉ４００ Ａ 直流±３００ Ａ ±２５０ｍＡ或
Ｏ．２５％
功率／ｋｗ 士２５０ 圭２２５ 士２００
２锂离子电池的能量功率特性分析
不同动力构型的电动汽车对动力电源能骨功率特性要求 是不一样的。东芝公司用于ＨＥＶ的锂离子电池，比功率达到 ３ ８００ Ｗ／ｋｇ，属于高功率型，但无需长时间纯电池驱动行驶，比 能量属于较低级别。而ＥＶ用锂离子电池正好相反，虽然需要 １００ Ｗｈ／ｋｇ以上的高比能量，但对比功率没有那么高的要求。 ＰＨＥＶ的性能指标则介于ＨＥＶ和ＥＶ之间，比功率要达到 ｌ ３００ Ｗ／ｋｇ，比能量要达到１２０ Ｗｈ／ｋｇ。
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ；ｐｏｗｅｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ
锂离子电池的能量功率特性决定着电动汽车的续驶里程 和动力性，电动汽车对高性能动力电池的需求也推动了锂离 子电池技术的进步。因此瞄准电动汽车的动力需求，研制能量 功率特性优秀的电池成为锂离子电池研究的主要课题ｆＪ】。
当前电动汽车大致分为：以蓄电池驱动的纯电动车（Ｅｖ）、 以内燃机和蓄电池共间驱动的混合电动车（ＨＥＶ）、以燃料电池 驱动的燃料电池车（ＦＣＥＶ）。现在可外接允电式混合动力汽车 （ＰＨＥＶ）成为研究热点，对动力电池的能量功率特性提出了 更高要求。
液态
１５０
５ ３０
沌：１１ ＬｉＭｎｚ０４为尖晶ｆｉ型锰酸锂材料：２ ＬｉＦｃＰ０４为橄榄石型
磷酸钬锂村料。
构不稳定，并且在锂离子嵌入和脱嵌过程中还会形成附加相，
导致ＬｉＭｎ２０４在循环过程中容量衰减迅速，在高温情况下更 加严重Ｉｍ。
橄榄石型磷酸铁锂（ＬｉＦｅＰ０４）材料，是最近几年发展很快 的锂离子电池正极材料，具有３．５ Ｖ电势（ｖｓ Ｌｉ儿ｉ），且有较长 的电压平台【４】。由于Ｆ－Ｏ共价键强度非常大，磷酸铁锂离子电
图３锂离子电池体积比能量与放电倍率的关系 种液态电解质的锰酸锂离子电池Ｍ６０ Ａｈ和Ｍ１００ Ａｈ的比能 量在放电倍率（７／３和３ Ｃ之间时变化不大，旱近似平台形态， 其中Ｍ１００ Ａｈ在４ Ｃ（４００ Ａ）放电时比能量出现陡降现象， 是由于大电流恒流放电时Ｉ’日Ｊ长达３４０ ｓ，电池内部极化作用剧 烈；（４）磷酸铁锂离子电池Ｔ１５０ Ａｌｌ可用能量的倍率特性相 对要比锰酸锂离子逊色。 ２．１．２温度对比能量的影响
Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ
ａｎｄ廿１ｅ ｒｅｄｕｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｓｔ， ｉｔ ｗｉ¨∞ｗｉｄｅＩｙ ｕｓｅｄ鹄ｔｈｅ
ｐｏｗｅｒ ｂａｔｔｅｒｙ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ，
ｂａｔｔｅｒｙ：ＵＭ哦；ＵＦｅＰＯ，；ｅｎｅｒｇｙ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｔｅｃｔ№ｖｅｈｉｃｌｅ；ｌｉｔｈｉｕｍ－ｉｏｎ
２．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂ ｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｓａｆｅｔｙ＆Ｅｎｅｒｇｙ，Ｔｓｉｎｇｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８４。Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｌｉｔｈｉｕｍ咖ｂａｔｔｅｒｙ ｆｏｒ ｅｋｃｔ肥ｖｅｈｉｃｌｅｓ ｗａ８ ｆｏｃｕｓｅｄ．Ｔ圳ｎｇ ｓｉｘ ｋｉｎｄ８ ｏｆ ｄｏｍｅｓｔｉｃ Ｉｉｔｈｉｕｍ—ｉｏｎ ｂａ∞ｒｉ∞鹳
图１０中的锂离子电池质量比能量相对较高，氢镍电池次 之，铅酸电池最低。图ｌｌ中锂离子电池Ｔ１５０ Ａｈ（磷酸铁锂） 的体积比能量要比氢镍８０ Ａｈ电池更小，这也从侧面反映出 氢镍动力电池现在的技术发展和生产工艺都很成熟，在能量 功率特性方面与现有锂离子电池比较接近。
氢镍８０ Ａｈ电池（曲线Ｆ）的比能量和放电功率水平均 高于ＶＲＬＡ６５Ａｈ铅酸电池（曲线Ｇ），由于存在热失控问题，
基金项目：国家。十五”。酗矿计捌电动车重大专项基金资助硬
Ｍ 目（２００３
５０１ １００＇
作者筒介：张宾（１９７５一），男，山东省人．博士研究生．主要研究方
向为电动道路车辆用锂鼻子动力电泡性鬣与警理。
２●●Ｏ
１‘●●
二１２∞ 芭
蕃啪
帮 筮
椭
万方数据 ２０１０．１０ Ｖ０１．３４ Ｎｏ．１０
１ ０７６
表１ 锂离子电池的技术数据
电池种类
Ｍ６０Ａｈ Ｔ１００Ａｈ Ｍ１００Ａｈ Ｄ１（）０ ＡＩＩ
正负极材料 １．，ｉＩｉ＇ｆｎ２０４１Ｊ／Ｃ
电解质
液态 液态 液态 液态
额定容 量／Ａｈ
６０ １００ １００ １００
质量／ｋｇ
２ １５ ３．０７ ３．３０ ３ ５０
Ｈ２００ Ａｌｌ
聚合物
２００
４．３５
Ｔ１５０Ａｈ
Ｉ．ｉＦｅＰ０４２ｌ，Ｃ
池具有很高的稳定性，如抗高温和抗过充过放电，但存在低温
下Ｌｉ＋的扩散速度急剧降低的缺点。 电池试验平台为美国ＡｅｒｏＶｉｒｏｎｍｅｎｔ公司的ＡＶ．９００功
率处理系统及其ＳｍａｒｔＧｕａｒｄ高精度数据采集系统，技术指标
见表２。电池高低温试验中的温控设备是ＷＤ４０２５（Ｆ）恒温试验 箱。
表２ ＡＶ９００的技术指标
ｔｈｅ ｏｂｉｅｃｔｓ ｏｆ ｓｔｕｄｙ．ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ ｐｏｗｅｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｌ ｔｈｅ Ｉ ｉＭｒｈ０４
ｌｉｌｈｉｕｍ咖ｂａｔｔｅｒｙ ｈａｓ ｔｈｅ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ ｐｏｗｅｒ．１１１ｅ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｄｅｓｉｇｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ
图４电池质量比能量与放电温度的关系（３ｈ）
万方数据
１ ０７７
２０１０．１０ Ｖ０１．３４ Ｎ０．１０
图５ 电池体积比能量与放电温度的关系（３ ｈ）
２．２功率特性分析 温度对锂离子电池的充放电功率特性有着显著的影响。
图６、图７、图８分别为三种锰酸锂离子电池Ｍ６０ Ａｈ、Ｄ１００ Ａｌｌ 和Ｈ２００ Ａｈ的功率特性。由图可知，温度升高可以同时提高锂 离子电池的充放电比功率。与放电比功率相比，锂离子电池的 充电比功率在低温下的衰减更为显著，如Ｍ６０ Ａｈ、Ｄ１００ Ａｈ、 Ｈ２００ Ａｌｌ在一１０℃和ＳＯＣ ５０％时的充电比功率分别降至 １４４．７５、３４．８８ Ｗ／ｋｇ和７０．９９ Ｗ＆ｇ。
图２和图３为六种锂离子电池在不同放电倍率下可用比 能量。
由网２和图３可知：（１）由于极化现象会随着放电电流 增大而加剧，锂离子电池的可用比能量随着放电倍率的增加 而降低；（２）聚合物电解质锰酸锂离子电池Ｈ２００ Ａｈ的比能 量非常高，这对增大电动汽车的续驶里程是很有利的；（３）两
图２锂离子电池质量比能量与放电倍率的关系
图７不同温度下Ｄ１００Ａｈ的比功率 ２０１０．１０ ＶｏＩ．３４ Ｎｏ．１０
万方数据
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图１０放电比功率与质量比能量的关系（２０℃）
图１１ 放电比功率与体积比能量的关系（２０℃） 在大功率放电情况下对电池热管理系统效能要求较高。铅酸 ＶＲＬＡ６５ Ａｈ动力电池（曲线Ｇ）虽然可以进行大电流放电，但 其比能量很低，无法满足现在电动汽车技术发展的需求。
图９所示则是温度对磷酸铁锂离子电池Ｔ１５０ Ａｈ比功率 的影响。与锰酸锂离子电池的功率特性类似，随着温度升高， 充放电比功率也随着有不同程度的增长。不同的是，Ｔ１５０ Ａｈ 的充电比功率都比放电比功率要大，这主要和磷酸铁锂离子 电池的标称电压较低（３．２ Ｖ）有关系。
图６不同温度下Ｍ６０Ａｈ的比功率
中图分类号：ＴＭ ９１２．９
文献标识码：Ａ
文章编号：１００２—０８７ Ｘ（２０１０）１０－１０７６＿－０４
Ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ ｐｏｗｅｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｌｉｔｈｉｕｍ—ｉｏｎ ｂａｋｅｒｙ ｆｏｒ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ
ＺＨＡＮＧ Ｂｉｎｌ。ＨＥ Ｙｏｎｇ－ｌｉｎ９１，ＣＨＥＮ Ｏｕａｎ—ｓｈｉ２ ｆＪ．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ＆Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１９１，Ｃｈｉｎａ；
图８不同温度下Ｈ２００Ａｈ的功率特性
图９ 不同温度下Ｔ１５０Ａｈ的比功率
２．３不同电池能量功率特性对比分析 Ｒａｇｏｎｅ曲线１６１可以表征电池的能量功率特性，其横坐标
位置反映电池能量特性，其形态则可以体现出电池功率特性 的相对优劣。
图ｌＯ和图ｌｌ中为Ｈ２００ Ａｈ（曲线Ａ）、Ｍ６０ Ａｈ（曲线 Ｂ）、Ｍ１００ Ａｈ（曲线Ｃ）、Ｔ１５０ Ａｈ（曲线Ｄ）、Ｄ１００ Ａｈ（曲线 Ｅ）和氢镍８０ Ａｈ电池（曲线Ｆ）和ＶＲＬＡ６５ Ａｈ铅酸电池（曲 线Ｇ）的Ｒａｇｏｎｅ曲线。
图４和图５是温度对六种锂离子电池比能馈的影响。温 度的降低抑制了锂离子电池化学能向电能的转化过程。相对 锰酸锂离子电池来说，低温对磷酸铁锂离子电池的能量释放 影响更显著。常温Ｆ锂离子电池比能鼍变化不大。在４０～６０ ℃的温度范围内，锰酸镡离子电池的比能培开始随温度提高 出现下降趋势，而磷酸铁锂离子电池Ｔ１５０ Ａｈ的町用比能量 依然保持增长趋势。由于安全方面的原因，没有进行在温度升 至６０℃以Ｉ：时的能量特性试验。