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电动汽车电池的现状及发展趋势

时间:2014-9-10 9:48:04来源:王辉浏览次数:
 摘要:随着石油等能源的日益紧张和短缺,新能源的研发也越来越迫切,作为当前最主要的新能源-蓄电池得到了快速的发展,本文针对电动汽车电池的现状及发展情况做了详细的总结。
  关键词:电动汽车电池;现状;发展趋势

  一、引言

  能源危机和环境污染是当今世界的两大问题,而大气污染的42%来自燃油汽车的废气排放。目前,全世界汽车每年向大气排放的有害气体多达5亿吨,成为污染环境的主要原因之一。由于汽车严重污染环境,各国对汽车污染的限制越来越严。
  随着环境保护概念的深入人心和国际原油供应的持续紧张,多数发达国家的研究机构和汽车厂商都加大了对新能源汽车技术的研发投资,以替代传统以石油为燃料的汽车,形成了多种技术共同发展的局面,其中部分技术已经在商业化领域取得了重要成功。
  电动汽车是利用装在车上的蓄电池提供电能拖动电动机旋转,通过传动装置驱动车轮旋转。蓄电池又称为电瓶,是一种能储存电能的装置,能实现电能和化学能的转换。电瓶充电时,把电能转化为化学能储存起来,而当车辆工作时,电瓶放电,再把化学能转为为电能,驱动电动机旋转。蓄电池有两大类,一类是酸性蓄电池,又称为铅蓄电池;另一类是碱性蓄电池,铁镍和镉镍电池两种。铅蓄电池的优点是制造费用低,内阻小,能提供强大的电流,因而在电动类车辆中普通使用。

  二、电动汽车电池的发展现状

  (一)电动汽车具有的优点

  电动汽车与燃油汽车相比,电动汽车有着无可比拟的优点,其具体情况如下:
  (1)有利于环境的保护。电动汽车使用的是蓄电池,没有尾气的排放,不会对环境造成污染,这是燃油汽车无法做到的。这在提倡低碳生活和环境保护的当下,是能源发展的一个新趋势。
  (2)节约能源。电动汽车能够实现能量的回收利用,在制动状态时,可以回收能量的40%左右,从而提高了能源的利用效率。
  (3)结构轻巧紧凑。由于蓄电池的体积小,可以分散布置,所以总体布置相比发动机而言,布置更加紧凑。
  (4)电动汽车相比燃油汽车而言,驾驶更加方便,起动容易,调速平滑。
  (5)制造成本小,没有发动机的振动带来的影响,使用寿命相对而言提高非常大。

  (二)电动汽车电池的发展现状

  电动汽车是以蓄电池作为能源,是清洁型汽车,它集新技术、新材料、新能源为一体,将是二十一世纪重要的交通工具之一。当前的电动汽车技术受三个主要因素的严重制约:一是电荷量比较低,充完电一次行驶里程比较短,二是充电时间长,使用不方便;三是质量电荷量小,使电动汽车自身的装备质量大,从而影响加速性能和最高车速的提高,无法与燃油汽车相抗衡。所以电动汽车发展的关键就是蓄电池。
  当前已经成功研制出的电池主要有:铅蓄电池、镍镉蓄电池和燃料电池等。可接受的电动汽车电池的最低指标为:比能量>100瓦小时/千克(whk/g),比功率>150wk/g、循环寿命>600次、一次充电行程>Zokom,及经济性、可靠性和安全性能等。电池的比能量决定电动汽车的行驶里程,比功率则影响最高车速、加速性和爬坡能力。
  电动汽车一般是由蓄电池、电动机和控制系统三部分组成,而关键部分是蓄电池。蓄电池有酸性、碱性和燃料电池等。目前用得最广泛的是铅酸电池,它工作可靠,价格低,但它的能量密度小寿命较短。碱性电池,为镍铁、镍锌、镍氢电池等,其能量密度大,寿命也较长.但价格昂贵。燃料电池,如氢-氧燃料电池,由于存在安全隐患,需采用一些昂贵金属故成本太高未被广泛采用。
  应用在电动汽车上的储能技术主要是电化学储能技术,即铅酸、镍氢、镍镉、锂离子、钠硫等电池储能技术。过去这些储能技术分别在比能量、比功率、充电技术、使用寿命、安全性和成本等几方面存在严重不足,制约了电动汽车的发展。近年来,电动汽车电池技术的研发受到了各国能源、交通、电力等部门的重视,电池的多种性能得到了提高,如锂离子电池技术在安全性方面取得了突破性进展。这些将有望推动电动汽车的大规模商业化。
  纯电动汽车的三大关键部件是电池、电机、电控,而电池则是最核心、产业价值最大的部分。目前,我国已经形成一条完整的锂离子动力电池产业链,为纯电动汽车发展奠定了一定的基础。我国已经研制出多元素聚合锂离子电池、双定子磁悬浮直流驱动电机、电池管理及电控系统等产品,可广泛用于客车、轿车以及军事动力领等域。高性能动力电池、驱动电机以及其控制系统的技术突破将积累工程化技术、加快产业化步伐。我国纯电动汽车整车产品技术和产业化基础,与国际基本同步,而且在某些领域还具有独特优势,纯电动客车动力系统已实现国产化。目前镍氢电池汽车属于技术成熟类电动汽车,而锂电池汽车则属于技术发展阶段的汽车。
  铅酸蓄电池性能可靠而价廉、紧凑,但很重,而且功率密度小,平均寿命仅为2~2.5年,在寒冷气温下更短。在安全方面,硫酸蓄电解液可用胶体来代替。充电时放出的氢气有爆炸的危险,需用密封装置解决。它是技术上最成熟的电池,为大多数的电动汽车选用,但其过充电、过放电时寿命缩短。
  镍锡蓄电池的体积能量密度与铅酸蓄电池相近,但重量能量密度则非常优越。其技术成熟性仅次于铅酸蓄电池,但其成本比铅酸蓄电池高50%,但很安全,寿命一般为3年。
  镍锡蓄电池可以急速充电、过充电,电池的放电深度及周围温度的变化对其性能影响较小,和能量高的特点,但这种蓄电池除非完全放电,否则不能完全充电,因此影响了汽车行程,另外,为了防止污染环境,对镍锡蓄电池需回收,其回收能力尽管是一大难题,但在强制使用零排污车之前,可望得到解决。

  三、电动汽车电池发展趋势

  铅酸电池虽便宜,并在叉车、观光车或者短途公共汽车上作为动力源应用,但新一代铅酸电池的比能量和循环次数仍存在严重的限制。未来使用铅酸电池来驱动在高速公路上行驶的电动汽车是不实际的,但价格优势使其在轻度混合或者短途行驶的电动汽车中仍占一席之地。然而,有文献指出近期美国的“下一代电池和电动车”中有一种超级电池是超级电容器与铅酸电池的并联使用。这种电池具有双电层电容器的高比功率、长寿命以及铅酸电池价格便宜的优势,将具有市场竞争力。
  镍氢电池虽然具有较高的比能量和比功率等优点;但由于需要大量使用镍和钴其成本较高,镍钴的稀缺性会导致其大批生产和使用时价格反而会上涨。目前,它仍然大量地应用于混合动力车,随着锂离子电池的大规模生产和成本的降低,镍氢电池终将退出。镍氢电池是电动汽车过渡阶段使用的电池,但在近期和中期仍然是非常关键的动力电池之一。
  目前市场上的电池中,锂离子电池(锂离子电池和锂高聚合物电池)的性能最好,同质量的锂离子电池其能量是铅酸电池的 4~6 倍,是镍氢电池的 2~3 倍。价格和大功率锂离子电池的安全性是它的最主要缺点。锂离子电池的主要原材料为锂,我国的锂矿资源丰富,已探明的锂总储量居世界第 ;锂离子也存在于海水中,未来可利用太阳能从海水中提取。此外,锂离子电池具有循环使用的潜力,可解决对原材料的需求问题。
  具有应用前景的还有锂硫电池。锂硫电池为二次锂电池,由单质硫、金属锂和有机电解液组成,具有比能量高、成本低、环境友好的特点。
  参考文献:
  [1]廖权来等.电动汽车的关键技术及发展对策[J].武汉:中国机械工程,1993.4。
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  [3]马凤娟.电动汽车电池技术的发展及环境影响[J].秦皇岛:中国环境管理干部学院学报,1998。
  [4]李东江.电动汽车发展的关键-蓄电池[J].上海:上海汽车,1994.8.15。
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