电动汽车动力电池研究综述

通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置[4]。目前开发的电动汽车的性能问题都 与电池技术发展紧密相关。
2 电动汽车对动力电池的发展及要求
2.1 动力电池的发展
1837 年 Davidson 于阿伯丁制造了世界上第 1 辆以电池为动力源的车辆。在 19 世纪末到 20 世纪初之间，电动汽车由于缺乏成熟的电池技术和合适的电池材 料发展得非常缓慢，以内燃机为动力的传统汽车占领了市场[5]。 第 1 代现代电动汽车 EV1 由美国通用汽车公司在 1996 年制造，它采用的是 铅酸电池技术。1999 年研发的第 2 代通用汽车公司的电动汽车以镍氢电池为动 力源，一次充电的行驶里程是前者的 1.5 倍，同样因无竞争力而退出市场。 同期， 日本丰田汽车公司利用镍氢电池技术制造了将内燃机和电动机相结合 的第 3 代电动汽车，即混合动力车(hybrid electric vehicles，HEVs)。HEV 是具备多 个动力源(主要是汽油机、柴油机和电动机)，根据情况同时或者分别使用几个动 力源的机动车辆[6]。镍氢电池成为在电动汽车电池技术的研究领域和市场应用中 最受关注的电池。 2006 年锂离子电池技术的迅速发展，特别是在安全性方面的大幅提高，使 之逐步被应用于纯电动车和混合动力车，成为镍氢电池强劲的竞争者。 2007 年， 插电式的混合动力车(plug-in HEVs， PHEV)诞生了。 PHEV 与 HEV 最 大的不同是它的电池能量可来自于电网，而不完全依靠内燃机化石燃料提供。当 电池电量高时， PHEV 采用纯电动车模式(动力完全来自电池)行驶， 电池电量降低 时，进入传统的 HEV 模式。 2008 年，金融危机、国际油价的高位震荡和节能减排等产生巨大的外部压
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锂离子电池 .................................................................................................. 7 5.1 5.2 5.3 锂离子电池工作原理........................................................................ 7 锂离子电池性能特点........................................................................ 7 锂离子电池应用范围........................................................................ 8
3.2
铅蓄电池性能特点
应用于电动汽车的新一代阀控式密封铅蓄电池不须维护，允许深度放电，可 循环使用； 然而铅蓄电池比能量和比功率低的致命弱点，根本原因是金属铅的密 度大。 功率密度虽可以通过增大电极的表面积来提高，却会增加侵蚀速度而缩短 电池的使用寿命。 充放电方式也会严重影响它的使用寿命，长期过充电产生的气 体会导致极板的活性物质脱落，不适合放电到低于额定容量的 20%，反复过度放 电同样导致寿命急剧缩短； 此外， 在没有定期充满的情况下会有硫酸盐晶体析出， 硫酸盐晶体会使电池的孔隙度降低， 限制活性物质的进入， 导致电池的容量减小。 在典型的 HEV 应用中，电池经常工作于一个高倍率部分荷电状态，使用寿命和 性能表现会因此受到严重影响。
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电动汽车动力电池发展趋势 ...................................................................... 8 6.1 6.2 6.3 铅蓄电池发展趋势............................................................................ 8 镍氢电池发展趋势............................................................................ 9 锂离子电池发展趋势........................................................................ 9
1 引言
诞生百年之久的汽车，给人类生活带来了极大的便利、时尚和文明，也已成 为全球最具发展潜力的实体产业。然而近 10 年来日益普及的燃油汽车，给人类 社会增加了无法回避的能源和环境压力。 新能源汽车是时下应对危机、 金融开放、 双边贸易、 气候变化和新能源合作等各类国际峰会的热门议题。新能源汽车已成 为各国政府在金融危机与能源、 环境和气候等硬约束下，引导汽车产业变革的方 向标，更是国内外汽车企业谋求产品转型和提高可持续国际竞争力的战略举措。 以燃油作为产生动力源的传统汽车，它只要处于发动和行驶的状态，就在加 剧人类社会面临的日益严峻的石油能源供求形势和环境保护压力， 一是石油能源 保障问题，逐步枯竭的碳化石油自然资源，大约有 40-50%正被汽车消耗着，汽 车使全球石油能源的安全保障难度加大；二是二氧化碳的减排，全球 20%至 30% 的二氧化碳排放源自于汽车。导致全球气候变暖，汽车是最重要的源头之一，全 球十大国际大都市的空气污染监测表明， 约 35%以上的氮氧化物等有害气体来源 汽车的排放[1]。要保持汽车产出的可持续发展，保证人类生存环境的和谐美好， 汽车产业必须寻找新的替代能源，必须对汽车发动机进行一场新的技术革命。 新能源汽车的技术路线有两个方面：一是替代燃料的系统。采用生物燃料、 煤基燃料及天燃气来替代传统的汽柴油的技术路线，部分技术已实现；另外一个 就是比较根本性或革命性的燃料系统变革：纯电驱动、插电式混合动力、油电混 合动力以及燃料电池[2]。从技术来看电动汽车并没有碳减排的效果，但是为未来 碳减排技术应用提供一个前提， 也就是说我们从每辆单车的碳排放的治理集中到
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镍氢电池 ...................................................................................................... 6 4.1 4.2 4.3 镍氢电池工作原理............................................................................ 6 镍氢电池性能特点............................................................................ 6 镍氢电池应用范围............................................................................ 7
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电动汽车动力电池研究综述
摘要：电动汽车电池既是发展电动汽车的核心，更是电力工业与汽车行业的 关键结合点。结合电动汽车的发展和要求，概述了车用动力电池的基础情况，重 点介绍了 3 种主要电动汽车电池： 铅蓄电池、 镍氢电池和锂离子电池的工作原理、 性能特点、应用范围，并对 3 种电池的发展趋势进行了简单的阐述和展望。
纵观电动车的整个发展过程，出现过多种不同类型的汽车和电池，其中产生 巨大影响并商业化使用直到现在的电动汽车动力电池主要有铅蓄电池、 镍氢电池 和锂离子电池。 本文将针对这三种重要的电动汽车动力电池的研究、应用和发展 趋势进行介绍。
3 铅蓄电池
铅蓄电池是一种传统的电池产品， 自 1859 年发明至今已有 150 多年的历史， 但该产业的发展仍方兴未艾。 铅蓄电池目前仍是化学电池中市场份额最大、使用 范围最广的电池，销售额居二次电池之首，特别在起动和大型储能等应用领域， 较长时期内尚难以被其他新型电池替代[8]。
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结论 ............................................................................................................ 10 参考文献...................................................................................................... 11
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铅蓄电池 ...................................................................................................... 4 3.1 3.2 3.3 铅蓄电池工作原理............................................................................ 4 铅蓄电池性能特点............................................................................ 5 铅蓄电池应用范围............................................................................ 5
3.1
铅蓄电池工作原理
铅蓄电池 （RLAB） 的正极为PbO2 ， 负极为海绵钛Pb， 电解液为稀硫酸溶液。
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其反应机理为：
− 正极：PbSO4 + 2H2 O → PbO2 + 3H + + HSO− 4 +2e
负极： H + + PbSO4 + 2e− → Pb + HSO− 4 总反应：2PbSO4 + 2H2 O → Pb + PbO2 + H + + 2HSO− 4
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力， 全球汽车产业正式进入能源转型时期。世界各国对发展电动汽车实现交通能 源转型这样的技术路线达成了高度共识； 电动汽车电池产业同样进入了加速发展 的新阶段。
2.2
电动汽车对动力电池的要求
动力电池为电动汽车的驱动电机提供电能，是电动汽车的重要组成部分。现 代电动汽车的发展和推广所考虑的动力电池应满足以下几方面的要求[7]： 1） 2） 3） 4） 5） 6） 7） 8） 9） 高能量和能量密度； 高功率和功率密度； 快速充电和深度放电的能力； 可循环使用，寿命长； 高充电和放电效率； 安全性能高且成本合理； 免维护； 环保且可以回收； 能与汽车工程有机结合。
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上一个环节，就是发电环节碳排放的治理和控制。另外未来新能源，风电、太阳 能发电等这些清洁能源比重上升，会进一步降低电动汽车碳排放的程度。 电动汽车的组成包括电池、驱动电机、电机调速控制系统、电池管理系统和 车体五个主要部分。而生产电动汽车关键的三个组成部分为：电池、电机、电控
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。 电池为电动汽车的驱动电动机提供电能， 电动机将电源的电能转化为机械能，
目
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录
引言 .............................................................................................................. 2 电动汽车对动力电池的发展及要求 .......................................................... 3 2.1 2.2 动力电池的发展................................................................................ 3 电动汽车对动力电池的要求............................................................ 4
3.3
铅蓄电池应用范围
小型铅蓄电池主要用于便携式家用电器，如手提式吸尘器、磁带录像机、电 动玩具、报警器、应急照明等，也大量用于计算机和小型不间断电源。中型铅酸 电池多用于起动、照明、点火等，如汽车、高尔夫车和自动导向车等都用这类电 池。而大型铅酸蓄电池也广泛应用于邮电通讯、瞬时备用电源、大型 UPS ຫໍສະໝຸດ Baidu源、 太阳能和风能发电系统的配套能源,，在负载调峰用电方面也有较多应用。同时, 铅酸蓄电池（AGM-VRLA 和 Gel-VRLA）在国内主要应用于电动自行车、电动巴士 等。