电动汽车

河南机电高等专科学校电池及电池管理系统综述

班级：汽电112

学号：111606240

姓名：史帅峰

指导老师：王强

2013年5月21号

电池及电池管理系统综述

摘要：本文主要针对电动汽车的电池及其电池种类的发展趋势及技术特点进行分析，并对电池管理系统进行了探究。

关键词：动力电池电池管理系统

引言：随着20世纪80年代镍氢电池（全称为金属氢化物镍电池）问世以及20世纪90年代锂离子电池出现，电池的性能和寿命有了长足进步。同时，电池从研制成功到规模化生产的周期也大大缩短。至今，在电动汽车上普遍使用的电池有铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池等。

一、动力电池

（一）动力电池概述

铅酸电池由于安全耐用、价格低廉，在被发明后的一个世纪里曾是电动车辆动力电源的首选方案。镍氢电池结构坚固，使用寿命长，也曾经成功应用到叉车、送奶车等电动车辆上。但是由于两种电池的能量密度和功率密度较小，造成电池组重量和体积过大，在电动汽车上的使用日益减少。镍镉电池的性能显著优于铅酸电池，曾经在电动汽车上较大批量应用，但由于存在重金属镉污染，目前已经停止生产。

钠镍氯化物（ZEBRA）电池具有较高的能量密度，从20世纪70年代开始研究ZEBRA 电池在电动汽车上的应用，但是ZEBRA电池的最大缺点是工作温度在270℃以上，从而限制了它在电动汽车上的应用。

镍氢电池的能量密度和功率密度优于铅酸电池和镍镉电池，正日益被纯电动汽车和混合动力汽车普遍使用。

锂离子电池性能优于镍氢电池与ZEBRA电池，近年来越来越引人关注，在电动汽车上的应用也越来越多。

所以这些电池作为汽车动力源，虽然新品种不断出现，性能不断提高，技术不断进步，但仍不能完全满足电动汽车的使用要求，其存在问题可归纳如下：

1、能量密度低

电池质量能量密度和体积能量密度都很低，其中铅酸电池质量能量密度为35~40W·h/kg，锂离子电池能量密度可达150W·h/kg，而汽油则为10000~12000W·h/kg。一辆小汽车写到50kg的汽油可以行驶600km以上，而同类型的电动汽车携带400kg的铅酸电池一次充电只能行驶100km左右。

由于电池的能量密度低，汽车不得不携带大量的电池。如美国通用汽车公司研制的纯电动轿车EV-1，整车自重为998kg，铅酸电池组重量为395kg，整车自重与电池重量的比例为5：2。由于汽车自重过大，一方面使电池所储存的电能的一部分消耗在电池自重上，降低了汽车运行效率；同时也降低了汽车的使用性能，如加速能力、最高车速、最大爬坡度、制动性能等。另外，这也给整车设计增加了很大难度。

2、快速充电接受能力差，充电时间长

从目前电池的充电接受能力以及智能充电设备来看，还很难做到像内燃机汽车加油那样快速地为电动汽车电池组充电。目前锂离子电池为了安全及保障电池使用寿命，推荐使用C/3的电流充电，这样为全放电的电池充满电至少需要3h。按照目前锂离子电池的充电接受能力，一般是要3~5h，即使采用比较快速地1C恒流充电，也需要1h以上。充电时间长是电动汽车推广应用的另一个难题。

3、电池价格昂贵

如果采用相对便宜的铅酸电池，一辆轻型电动客车所需电池组的价格近2万元，但一

次充电却只能行驶不到100km。使用锂离子电池的电动汽车上，虽然一次充电续驶里程比铅酸电池大大提高，但目前价格比铅酸电池高出几倍甚至十几倍。

4、汽车附件的使用受到限制

由于电动车中电池所能携带的电能有限，所以不得不对电池的使用斤斤计较。车用电动辅助系统（如空调、动力转向、制动系统等）的选用必须充分考虑到对电动车电能消耗的影响。

随着技术的发展，电池性能已经取得很大进步，上述问题对电动汽车发展的制约程度在不断降低。

（二）电动车用电池的主要种类及特点

在此主要介绍铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池和ZEBRA电池。

1、铅酸电池

铅酸电池已有140多年的使用历史，经过100多年的不断发展和完善，铅酸电池性能有了很大的改进。铅酸电池可分为两大类：注水式铅酸电池FLAB和阀控式铅酸电池VRLAB。后者通过安全控制阀自动调节密封电池体内充电和工作异常产生的多余气体，免维护，更符合电动汽车的要求。阀控铅酸电池的比能量达到22.5~44W·h/kg，比功率达到200W/kg，使用寿命可超过600次，并可以实现快速充电。

铅酸电池的来源丰富、技术成熟、专业化程度高、工艺成熟、可靠性高、价格较便宜。目前，我国各种小型电动汽车、电动工具车、电动自行车、电动摩托车、电动清扫车等电动车辆上广泛应用铅酸电池。

2、镍氢电池

镍氢电池属于碱性电池，他的许多基本特性和镍镉电池相似，但镍氢电池不存在重金属污染问题，称为“绿色电池”。

镍氢电池的单体电池的电压为 1.2V，3h率的比能量75~80Wh/kg，能量密度达到200W/L，比功率160~230W/kg，功率密度达到400~600W/L。可在－28~80℃的环境温度条件下正常工作，循环寿命可达到6000次或使用7年，且没有“记忆效应”。应急充电性能好，在充电18min后即可恢复40%~80%的容量，起动加速性能较好。

3、锂离子电池

锂离子电池的开路电压达到4.4V以上，高于其他类型的蓄电池，没有记忆效应，有较好的充、放电特性，更能适合于电动汽车，是当前电动汽车首选的储能式电源。

单体锂离子电池的电压高达3.6~4V，是镍镉电池的2~3倍。锂离子电池的比能量达到100~180Wh/kg，能量密度达到130~300Wh/L，比功率高达1500~2000W/kg，功率密度达到400~500W/L,在电动汽车上使用锂离子电池，电池的容量和功率方面都有很大的优势。另外锂离子电池压要比镍镉电池或镍氢电池的体积和质量小一半左右。锂离子电池的负荷能力大，可以连续大电流放电，充放电效率高，循环寿命可达1000次，没有记忆效应，自放电率低，环保性好。

4、ZEBRA电池

与镍氢电池和锂离子电池不同，它的最大特点是电池反应需要熔融状态（温度范围260~360℃）的Na，工作时需要使用加热器保持300℃左右的高温状态。因此，不仅适合仅在节假日里作为乘用车动力源使用，但最适合每天都使用的电动汽车。

ZEBRA电池的能量密度较高，理论上为790W·h/kg，实际达100W·h/kg。功率密放电试验时可达150W/kg。自放电率低，无记忆效应，使用寿命长，储存年限超过5年，充放电循环超过1000次。电池在寿命终止后能完全被回收利用，无环境污染问题。

二、电池管理系统