电动汽车动力电池发展浅析
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镍氢蓄电池[9]是在镍镉电池基础上发展起来的，因此许多基 本特性与镍镉电池相似，且不存在重金属污染问题，是一种环 保型镍金属电池，被称为“绿色电池”。
镍氢蓄电池比功率在160～500 W/kg内，比能量
112 2018.03
55～70 Wh/kg，循环次数已破1 000次，可以承受4C充电及 8C放电。镍氢蓄电池性能稳定、质量比功率、体积比功率及电池 循环次数达美国先进电池联合会（USA BC）性能指标，丰田公司 于1997年推出RAV4-EV纯电动汽车就是使用288V镍氢蓄电池搭建 电压平台，最高时速可达125 km/h，续驶里程为220 km，满足顾 客基本使用需求。
铅酸电池单体可用电压范围1.5～2.4 V，常以12 V、24 V和 36 V不同组合，灵活进行PACK组装，适用于不同电压平台的电 动汽车上。但实际应用中，也暴露出来一些缺点。例如，国内 生产的幸福使者电动车，动力电源就采用该款电池，其最高车 速为50 km/h，最大爬坡度为20%，一次充电后续驶里程只有 80 km，虽基本满足城市小范围内代步需求，但大范围推广却 因续驶里程短受到限制。
Biblioteka Baidu
目前，能源危机和环境安全是全世界面临的共同问题[1]，我国 交通燃油消费总量占社会燃油消费总量的50%以上，但石油对外依 存度约占65%，这使得我国能源隐患更为凸显。随着欧洲多国陆续 发布禁售燃油车时间表，我国也制定出明确的禁售燃油车时间，这 加快了车企转型做新能源电动汽车的节奏。
电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合 道路交通、安全法规各项要求的车辆。按照车载电源的不同可分为 纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车3大类[2]。
ACADEMIC
学术
制造研究
电动汽车动力电池发展浅析
董保建、史琳
（保定长安客车制造有限公司 073000)
摘要：在石油资源逐渐枯竭及环境污染问题越发严重的时代背景下，以化石燃料为动力源的燃油车正面临节能减排的转型。笔者依实际工作经验和相关文献资料的记 载，对新能源电动汽车制造过程中用到的动力电池发展进行浅析，望日后相关工作人员对这个问题进行分析之际，起到一定借鉴作用，对初入该领域人员起到一定指 导。 关键词：电动汽车；动力电池；浅析；现阶段 中图分类号：U469.7 文献标示码： A
2 镍基蓄电池
作为第2代动力电池的镍基蓄电池属碱性电池，其中包含镍 镉、镍氢、镍锌等镍金属氢化物电池。
20世纪80年代初，镍基蓄电池才用于电动汽车上。虽然， 电池单体可用电压范围在1.2～1.45 V，但在比功率、比能量及 循环寿命比铅酸蓄电池更具有优势。
镍镉蓄电池比能量是铅酸蓄电池的1.6倍，达到55 Wh/kg， 不仅有利于减轻整车自身重量，而且提升电动汽车一次充电后 续航里程，也能在5C、10C大倍率情况下9 min内释放80%容 量，有利于电动汽车起动[7]和加速。镍氢电池充放电次数可达 500次以上，大大提升电动汽车动力电池使用年限。
动力电源是电动汽车的心脏，电动汽车的核心竞争力就是动力 电池性能的优势。综合电动汽车加速、爬坡及续驶里程等动力性能 与使用情况[3]，对动力电池的容量、比能量、比功率、循环寿命和 充放电倍率等技术参数[4]提出了较高要求，这就为动力电池发展指 明了方向。
1 铅酸蓄电池
作为第1代电动汽车使用的动力电源，自1859年Plante发明铅 酸电池至今已有140多年历史[5]。除在燃油汽车中做起动电源外， 由于其安全耐用、价格低廉和大电流放电性能良好，曾在被发明后 的一个世纪里作为电动汽车动力电源的首选方案。在试验过程中， 不断对结构、工艺、材料等技术方面的改进，使得该电池性能得到 了大幅度提升。
根据正极材料的不同，锂离子电池可分为锰酸锂锂离子电池、 磷酸铁锂锂离子电池、钴酸锂离子电池和三元材料锂离子电池。 《中国新能源汽车动力电池产业发展报告（2017）》中数据表 明，目前，磷酸铁锂锂离子电池以140 Wh/kg能量密度、安全性能 好、能够在15 min可以完成80%的快充电优势，多用于在上市的纯 电动汽车中，同时，在纯电动客车上也得到了广泛的应用。但是， 磷酸铁锂锂离子电池导电性差、能量密度偏低这限制了电动汽车续 驶里程。三元电池的能量密度却高于磷酸铁锂电池23%～46%， 既提高了电动汽车续驶里程又方便车辆轻量化设计。
铅酸电池能量密度偏小，质量比能量在35～45 Wh/kg内，不
仅因增加动力电池自重且还导致整车自重过大，造成部分电能消耗 在车辆自重方面，大大降低整车运行效率。同时，也为电动汽车整 车轻量化设计增加难度。在无形中增加了电池充电次数，频繁充电 不仅会降低电池使用寿命，还缩短车辆一次充电后的续驶里程，增 加维护、更换电池频率及车辆整体维护费用。更为严重的问题是， 铅酸电池在生产和报废处理过程中，有可能产生铅污染[6]。
但是，镍氢蓄电池在实际生产和应用中，存在价格高、每 月自放电大[10]、均一性较差问题，尤其在高倍率及电池容量上 的差距较大，实际性能和实际需求间仍有一定差异，这些问题 都会在电池实际应用中起到阻碍作用。
3 锂离子电池
锂离子电池是上世纪90年代发展起来的容量较高的可充电 电池，不存在记忆效应也无环境污染。最关键的是该类型蓄电 池单体可用电压范围提升到3.6～4.2 V，是铅酸蓄电池和镍基蓄 电池的3倍以上，很大程度上方便电动汽车高电压平台的搭建。 其比能量高于镍基蓄电池，可达120～150 Wh/kg，明显优于镍 基蓄电池。目前，锂离子电池已是世界范围内各国家能量储存 技术研究领域当中的热点[11]。
此类蓄电池的价格大概是铅酸蓄电池5倍，但存在记忆效 应[8]，电池在几次低容量下的充放电之后，如要进行一次较大 容量的充放电，电池将无法正常工作。此类蓄电池还存有一个 弊端——材料中含重金属镉，一旦泄露就产生生态污染，且在 《汽车禁用物质要求》中明确指出禁用镉或其化合物。故此， 世界范围内很多发达国家都已对镍镉蓄电池的生产进行限制， 在我国也基本淘汰镍镉电池作为电动汽车动力电池。
镍氢蓄电池比功率在160～500 W/kg内，比能量
112 2018.03
55～70 Wh/kg，循环次数已破1 000次，可以承受4C充电及 8C放电。镍氢蓄电池性能稳定、质量比功率、体积比功率及电池 循环次数达美国先进电池联合会（USA BC）性能指标，丰田公司 于1997年推出RAV4-EV纯电动汽车就是使用288V镍氢蓄电池搭建 电压平台，最高时速可达125 km/h，续驶里程为220 km，满足顾 客基本使用需求。
铅酸电池单体可用电压范围1.5～2.4 V，常以12 V、24 V和 36 V不同组合，灵活进行PACK组装，适用于不同电压平台的电 动汽车上。但实际应用中，也暴露出来一些缺点。例如，国内 生产的幸福使者电动车，动力电源就采用该款电池，其最高车 速为50 km/h，最大爬坡度为20%，一次充电后续驶里程只有 80 km，虽基本满足城市小范围内代步需求，但大范围推广却 因续驶里程短受到限制。
Biblioteka Baidu
目前，能源危机和环境安全是全世界面临的共同问题[1]，我国 交通燃油消费总量占社会燃油消费总量的50%以上，但石油对外依 存度约占65%，这使得我国能源隐患更为凸显。随着欧洲多国陆续 发布禁售燃油车时间表，我国也制定出明确的禁售燃油车时间，这 加快了车企转型做新能源电动汽车的节奏。
电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合 道路交通、安全法规各项要求的车辆。按照车载电源的不同可分为 纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车3大类[2]。
ACADEMIC
学术
制造研究
电动汽车动力电池发展浅析
董保建、史琳
（保定长安客车制造有限公司 073000)
摘要：在石油资源逐渐枯竭及环境污染问题越发严重的时代背景下，以化石燃料为动力源的燃油车正面临节能减排的转型。笔者依实际工作经验和相关文献资料的记 载，对新能源电动汽车制造过程中用到的动力电池发展进行浅析，望日后相关工作人员对这个问题进行分析之际，起到一定借鉴作用，对初入该领域人员起到一定指 导。 关键词：电动汽车；动力电池；浅析；现阶段 中图分类号：U469.7 文献标示码： A
2 镍基蓄电池
作为第2代动力电池的镍基蓄电池属碱性电池，其中包含镍 镉、镍氢、镍锌等镍金属氢化物电池。
20世纪80年代初，镍基蓄电池才用于电动汽车上。虽然， 电池单体可用电压范围在1.2～1.45 V，但在比功率、比能量及 循环寿命比铅酸蓄电池更具有优势。
镍镉蓄电池比能量是铅酸蓄电池的1.6倍，达到55 Wh/kg， 不仅有利于减轻整车自身重量，而且提升电动汽车一次充电后 续航里程，也能在5C、10C大倍率情况下9 min内释放80%容 量，有利于电动汽车起动[7]和加速。镍氢电池充放电次数可达 500次以上，大大提升电动汽车动力电池使用年限。
动力电源是电动汽车的心脏，电动汽车的核心竞争力就是动力 电池性能的优势。综合电动汽车加速、爬坡及续驶里程等动力性能 与使用情况[3]，对动力电池的容量、比能量、比功率、循环寿命和 充放电倍率等技术参数[4]提出了较高要求，这就为动力电池发展指 明了方向。
1 铅酸蓄电池
作为第1代电动汽车使用的动力电源，自1859年Plante发明铅 酸电池至今已有140多年历史[5]。除在燃油汽车中做起动电源外， 由于其安全耐用、价格低廉和大电流放电性能良好，曾在被发明后 的一个世纪里作为电动汽车动力电源的首选方案。在试验过程中， 不断对结构、工艺、材料等技术方面的改进，使得该电池性能得到 了大幅度提升。
根据正极材料的不同，锂离子电池可分为锰酸锂锂离子电池、 磷酸铁锂锂离子电池、钴酸锂离子电池和三元材料锂离子电池。 《中国新能源汽车动力电池产业发展报告（2017）》中数据表 明，目前，磷酸铁锂锂离子电池以140 Wh/kg能量密度、安全性能 好、能够在15 min可以完成80%的快充电优势，多用于在上市的纯 电动汽车中，同时，在纯电动客车上也得到了广泛的应用。但是， 磷酸铁锂锂离子电池导电性差、能量密度偏低这限制了电动汽车续 驶里程。三元电池的能量密度却高于磷酸铁锂电池23%～46%， 既提高了电动汽车续驶里程又方便车辆轻量化设计。
铅酸电池能量密度偏小，质量比能量在35～45 Wh/kg内，不
仅因增加动力电池自重且还导致整车自重过大，造成部分电能消耗 在车辆自重方面，大大降低整车运行效率。同时，也为电动汽车整 车轻量化设计增加难度。在无形中增加了电池充电次数，频繁充电 不仅会降低电池使用寿命，还缩短车辆一次充电后的续驶里程，增 加维护、更换电池频率及车辆整体维护费用。更为严重的问题是， 铅酸电池在生产和报废处理过程中，有可能产生铅污染[6]。
但是，镍氢蓄电池在实际生产和应用中，存在价格高、每 月自放电大[10]、均一性较差问题，尤其在高倍率及电池容量上 的差距较大，实际性能和实际需求间仍有一定差异，这些问题 都会在电池实际应用中起到阻碍作用。
3 锂离子电池
锂离子电池是上世纪90年代发展起来的容量较高的可充电 电池，不存在记忆效应也无环境污染。最关键的是该类型蓄电 池单体可用电压范围提升到3.6～4.2 V，是铅酸蓄电池和镍基蓄 电池的3倍以上，很大程度上方便电动汽车高电压平台的搭建。 其比能量高于镍基蓄电池，可达120～150 Wh/kg，明显优于镍 基蓄电池。目前，锂离子电池已是世界范围内各国家能量储存 技术研究领域当中的热点[11]。
此类蓄电池的价格大概是铅酸蓄电池5倍，但存在记忆效 应[8]，电池在几次低容量下的充放电之后，如要进行一次较大 容量的充放电，电池将无法正常工作。此类蓄电池还存有一个 弊端——材料中含重金属镉，一旦泄露就产生生态污染，且在 《汽车禁用物质要求》中明确指出禁用镉或其化合物。故此， 世界范围内很多发达国家都已对镍镉蓄电池的生产进行限制， 在我国也基本淘汰镍镉电池作为电动汽车动力电池。