电动汽车电池现状及发展趋势研究

李伟

摘 要：电动汽车电池是电力工业和汽车工业连接的纽带，是两者结合的关键点。文章首先叙述了电动汽车的发展历程，然后描述了电动汽车电池的现状和应用，在这一部分介绍了铅酸电池、镍氢电池和离子电池三种电池。最后对电动汽车电池的应用前景、电动汽车电池未来发展趋势和研发中的新电动汽车电池技术进行了展望，概述了电动汽车电池对国家电网的影响。

关键词：电动汽车；铅酸电池；镍氢电池；锂离子电池；电池管理系统

引言

目前，关注的热点问题是能源紧张和气候变化。具有节能环保优势的电动汽车日受推崇。汽车动力能源由石油化工能源转变为电能，是适应社会大环境的长远方案。

1 发展历程

1837年世界上第1辆以电池为动力源的车辆诞生。1996年，美国通用公司采用铅酸电池技术制造第一现代电动汽车EV1。1999年采用镍氢电池为动力源研发出第二代通用汽车。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-inHEVs，PHEV）诞生，它不完全依靠内燃机化石燃料提供能量，可以运用电网中的电能。2012年，国内有10%新生产的汽车是节能与新能源汽车。细数电动车的整个发展过程，汽车和电池的类型层出不穷。

2 现状及应用

2.1 铅酸蓄电池

铅蓄电池内的阳极（PbO2）及阴极（Pb）浸到电解液（稀硫酸）中，阴阳极和电解液发生如下的变化：PbO2+2H2SO4+Pb→PbSO4+2H2O+PbSO4（放电反应）。铅酸蓄电池的缺点是一次充电的行程短。开发的第3代圆柱型密封铅酸蓄电池和第4代TMF（箔式卷状电极）密封铅酸蓄电池现在已经应用于混合动力电动汽车上。第3代VRLA蓄电池能延长电池的寿命，更好地符合混合动力汽车操作要求。

铅酸蓄电池在电动汽车中的应用情况如表1所示。

表1 铅酸蓄电池的性能指标及其在电动汽车的应用情况

2.2 镍氢电池

镍氢电池属于新型绿色电池，主要特点是高能量、长寿命、无污染。镍氢电池NiMH电池正极板材料为NiOOH，负极板材料为吸氢合金。电解液通常用30%的KOH水溶液，并加入少量的NiOH。隔膜采用多孔维尼纶无纺布或尼龙无纺布等。NiMH电池有圆柱形和方形两种。碱性电池由镍基和碱性（主要为KOH）溶液电解液构成，镍氢电池有应用于电动汽车的竞争力，比能量较高并对环境无污染。以KOH作电解液（电解质7moL/LKOH+15g/LLiOH）为例，充电时：

正极反应：Ni（OH）2+OH-→NiOOH+H2O+e-

负极反应：M+H2O+e-→MH+OH-

总反应：M+Ni（OH）2→MH+NiOOH

放电时，与此相反。镍氢电池在电动汽车中的应用情况如表2所示。

表2 镍氢电池的性能指标及其在电动汽车的应用情况

2.3 锂离子电池

锂离子电池体积小，寿命长，自放电率低，无污染，应用广泛。锂离子电池的传统结构包括石墨阳极、锂离子金属氧化物构成的阴极和电解液（有机溶剂溶解的锂盐溶液）。

正极上发生的反应为LiMO2？圹Li1-XMO2+XLi++xe-

负极上发生的反应为nC+xLi++xe-？圹LixCn

电池反应：LiMO2+nC？圹Li1-XMo2+LixCn

式中M=Co、Ni、Fe、W等。

锂离子电池在电动汽车中的应用情况如表3所示。

表3 锂离子电池的性能指标及其在电动汽车的应用情况

不同阴极材料的锂离子电池的性能也各不相同，实际容量、工作电压、安全性能和成本的比较数据如表4所示。

表4 不同阴极材料的锂离子电池性能比较

以上是自电动汽车问世以来，其电池的技术革新过程，从铅酸蓄电池到镍氢电池再到锂离子电池，电池的性能越来越好，电池研究取得了突破性的成果。

3 发展趋势

3.1 铅酸电池

铅酸电池的主要应用于叉车、观光车和短途公共汽车。铅酸电池的优点是价格便宜，铅酸电池的缺点是循环使用次数有限。

3.2 镍氢电池

镍氢电池主要应用于混合动力车，镍氢电池的优点是能量高，功率大，镍氢电池的缺点是制造成本比较高，因为镍钴金属稀缺，镍钴价格相应升高，镍钴市场价格与镍氢电池的生产量成正相关。

3.3 锂离子电池

锂离子电池，应用范围广泛。锂离子电池的优点是性能非常好，其性能高出其他电池两倍到六倍。锂离子电池的缺点有两个，一是价格昂贵，二是功率大的锂离子电池安全性相对较低。

3.4 新电池技术

锂聚合物电池提高了锂离子电池的稳定性和效率；锂硫电池的特点是高能量、低成本和环保性强。固态锂空气电池的特点是能量高、稳定性好和工作温度范围大。新的电池技术不能解决内燃机和化学电池之间的所有问题，需要研究其他的辅助性方法。氢燃料对于电动的储能系统具有革新潜质，但是氢燃料的缺点是因为氢气密度小导致了氢气储气缸非常大，所以难以推广。

3.5 电池管理系统的发展趋势

电池管理系统的发展迅速，从简单的对电池的监控功能，逐渐过渡到对电池的管理功能。主要应用于电动汽车和混合型动力汽车。

4 电动汽车电池对国家电网的影响

一是增加国家电网的负荷，二是增加电网运行优化控制的难度，三是影响电能的质量，四是对配电网规划提出了新的要求。

5 结束语

电力行业需要关注的问题是电动汽车电池充电设施和充电网络，电动契合电池的各种性能、容量和功率，电动汽车回馈电网技术。这些项目的研究成果能有序空时大规模电动汽车，降低电动汽车充电时对电网的负面影响，通过电动汽车的电池电能存储系统服务电网，使得电网的运行效率和安全性得到提高。

参考文献

[1]任桂周，常思勤.一种电动汽车能量高效回馈制动方法[J].电网技术，2011（1）.

[2]崔俊博，张勇，王晶星.电动汽车用动力电池的研究[J].新技术新工艺，2010（9）.

[3]宋永华.电动汽车电池的现状及发展趋势[J].电网技术，2011（4）：35.

[4]马骊歌，王俊喜.电动汽车是中国汽车行业的发展方向[J].汽车工业研究，2011（1）.endprint

摘 要：电动汽车电池是电力工业和汽车工业连接的纽带，是两者结合的关键点。文章首先叙述了电动汽车的发展历程，然后描述了电动汽车电池的现状和应用，在这一部分介绍了铅酸电池、镍氢电池和离子电池三种电池。最后对电动汽车电池的应用前景、电动汽车电池未来发展趋势和研发中的新电动汽车电池技术进行了展望，概述了电动汽车电池对国家电网的影响。

关键词：电动汽车；铅酸电池；镍氢电池；锂离子电池；电池管理系统

引言

目前，关注的热点问题是能源紧张和气候变化。具有节能环保优势的电动汽车日受推崇。汽车动力能源由石油化工能源转变为电能，是适应社会大环境的长远方案。

1 发展历程

1837年世界上第1辆以电池为动力源的车辆诞生。1996年，美国通用公司采用铅酸电池技术制造第一现代电动汽车EV1。1999年采用镍氢电池为动力源研发出第二代通用汽车。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-inHEVs，PHEV）诞生，它不完全依靠内燃机化石燃料提供能量，可以运用电网中的电能。2012年，国内有10%新生产的汽车是节能与新能源汽车。细数电动车的整个发展过程，汽车和电池的类型层出不穷。

2 现状及应用

2.1 铅酸蓄电池

铅蓄电池内的阳极（PbO2）及阴极（Pb）浸到电解液（稀硫酸）中，阴阳极和电解液发生如下的变化：PbO2+2H2SO4+Pb→PbSO4+2H2O+PbSO4（放电反应）。铅酸蓄电池的缺点是一次充电的行程短。开发的第3代圆柱型密封铅酸蓄电池和第4代TMF（箔式卷状电极）密封铅酸蓄电池现在已经应用于混合动力电动汽车上。第3代VRLA蓄电池能延长电池的寿命，更好地符合混合动力汽车操作要求。

铅酸蓄电池在电动汽车中的应用情况如表1所示。

表1 铅酸蓄电池的性能指标及其在电动汽车的应用情况

2.2 镍氢电池

镍氢电池属于新型绿色电池，主要特点是高能量、长寿命、无污染。镍氢电池NiMH电池正极板材料为NiOOH，负极板材料为吸氢合金。电解液通常用30%的KOH水溶液，并加入少量的NiOH。隔膜采用多孔维尼纶无纺布或尼龙无纺布等。NiMH电池有圆柱形和方形两种。碱性电池由镍基和碱性（主要为KOH）溶液电解液构成，镍氢电池有应用于电动汽车的竞争力，比能量较高并对环境无污染。以KOH作电解液（电解质7moL/LKOH+15g/LLiOH）为例，充电时：

正极反应：Ni（OH）2+OH-→NiOOH+H2O+e-

负极反应：M+H2O+e-→MH+OH-

总反应：M+Ni（OH）2→MH+NiOOH

放电时，与此相反。镍氢电池在电动汽车中的应用情况如表2所示。

表2 镍氢电池的性能指标及其在电动汽车的应用情况

2.3 锂离子电池

锂离子电池体积小，寿命长，自放电率低，无污染，应用广泛。锂离子电池的传统结构包括石墨阳极、锂离子金属氧化物构成的阴极和电解液（有机溶剂溶解的锂盐溶液）。

正极上发生的反应为LiMO2？圹Li1-XMO2+XLi++xe-

负极上发生的反应为nC+xLi++xe-？圹LixCn

电池反应：LiMO2+nC？圹Li1-XMo2+LixCn

式中M=Co、Ni、Fe、W等。

锂离子电池在电动汽车中的应用情况如表3所示。

表3 锂离子电池的性能指标及其在电动汽车的应用情况

不同阴极材料的锂离子电池的性能也各不相同，实际容量、工作电压、安全性能和成本的比较数据如表4所示。

表4 不同阴极材料的锂离子电池性能比较

以上是自电动汽车问世以来，其电池的技术革新过程，从铅酸蓄电池到镍氢电池再到锂离子电池，电池的性能越来越好，电池研究取得了突破性的成果。

3 发展趋势

3.1 铅酸电池

铅酸电池的主要应用于叉车、观光车和短途公共汽车。铅酸电池的优点是价格便宜，铅酸电池的缺点是循环使用次数有限。

3.2 镍氢电池

镍氢电池主要应用于混合动力车，镍氢电池的优点是能量高，功率大，镍氢电池的缺点是制造成本比较高，因为镍钴金属稀缺，镍钴价格相应升高，镍钴市场价格与镍氢电池的生产量成正相关。

3.3 锂离子电池

锂离子电池，应用范围广泛。锂离子电池的优点是性能非常好，其性能高出其他电池两倍到六倍。锂离子电池的缺点有两个，一是价格昂贵，二是功率大的锂离子电池安全性相对较低。

3.4 新电池技术

锂聚合物电池提高了锂离子电池的稳定性和效率；锂硫电池的特点是高能量、低成本和环保性强。固态锂空气电池的特点是能量高、稳定性好和工作温度范围大。新的电池技术不能解决内燃机和化学电池之间的所有问题，需要研究其他的辅助性方法。氢燃料对于电动的储能系统具有革新潜质，但是氢燃料的缺点是因为氢气密度小导致了氢气储气缸非常大，所以难以推广。

3.5 电池管理系统的发展趋势

电池管理系统的发展迅速，从简单的对电池的监控功能，逐渐过渡到对电池的管理功能。主要应用于电动汽车和混合型动力汽车。

4 电动汽车电池对国家电网的影响

一是增加国家电网的负荷，二是增加电网运行优化控制的难度，三是影响电能的质量，四是对配电网规划提出了新的要求。

5 结束语

电力行业需要关注的问题是电动汽车电池充电设施和充电网络，电动契合电池的各种性能、容量和功率，电动汽车回馈电网技术。这些项目的研究成果能有序空时大规模电动汽车，降低电动汽车充电时对电网的负面影响，通过电动汽车的电池电能存储系统服务电网，使得电网的运行效率和安全性得到提高。

参考文献

[1]任桂周，常思勤.一种电动汽车能量高效回馈制动方法[J].电网技术，2011（1）.

[2]崔俊博，张勇，王晶星.电动汽车用动力电池的研究[J].新技术新工艺，2010（9）.

[3]宋永华.电动汽车电池的现状及发展趋势[J].电网技术，2011（4）：35.

[4]马骊歌，王俊喜.电动汽车是中国汽车行业的发展方向[J].汽车工业研究，2011（1）.endprint

摘 要：电动汽车电池是电力工业和汽车工业连接的纽带，是两者结合的关键点。文章首先叙述了电动汽车的发展历程，然后描述了电动汽车电池的现状和应用，在这一部分介绍了铅酸电池、镍氢电池和离子电池三种电池。最后对电动汽车电池的应用前景、电动汽车电池未来发展趋势和研发中的新电动汽车电池技术进行了展望，概述了电动汽车电池对国家电网的影响。

关键词：电动汽车；铅酸电池；镍氢电池；锂离子电池；电池管理系统

引言

目前，关注的热点问题是能源紧张和气候变化。具有节能环保优势的电动汽车日受推崇。汽车动力能源由石油化工能源转变为电能，是适应社会大环境的长远方案。

1 发展历程

1837年世界上第1辆以电池为动力源的车辆诞生。1996年，美国通用公司采用铅酸电池技术制造第一现代电动汽车EV1。1999年采用镍氢电池为动力源研发出第二代通用汽车。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-inHEVs，PHEV）诞生，它不完全依靠内燃机化石燃料提供能量，可以运用电网中的电能。2012年，国内有10%新生产的汽车是节能与新能源汽车。细数电动车的整个发展过程，汽车和电池的类型层出不穷。

2 现状及应用

2.1 铅酸蓄电池

铅蓄电池内的阳极（PbO2）及阴极（Pb）浸到电解液（稀硫酸）中，阴阳极和电解液发生如下的变化：PbO2+2H2SO4+Pb→PbSO4+2H2O+PbSO4（放电反应）。铅酸蓄电池的缺点是一次充电的行程短。开发的第3代圆柱型密封铅酸蓄电池和第4代TMF（箔式卷状电极）密封铅酸蓄电池现在已经应用于混合动力电动汽车上。第3代VRLA蓄电池能延长电池的寿命，更好地符合混合动力汽车操作要求。

铅酸蓄电池在电动汽车中的应用情况如表1所示。

表1 铅酸蓄电池的性能指标及其在电动汽车的应用情况

2.2 镍氢电池

镍氢电池属于新型绿色电池，主要特点是高能量、长寿命、无污染。镍氢电池NiMH电池正极板材料为NiOOH，负极板材料为吸氢合金。电解液通常用30%的KOH水溶液，并加入少量的NiOH。隔膜采用多孔维尼纶无纺布或尼龙无纺布等。NiMH电池有圆柱形和方形两种。碱性电池由镍基和碱性（主要为KOH）溶液电解液构成，镍氢电池有应用于电动汽车的竞争力，比能量较高并对环境无污染。以KOH作电解液（电解质7moL/LKOH+15g/LLiOH）为例，充电时：

正极反应：Ni（OH）2+OH-→NiOOH+H2O+e-

负极反应：M+H2O+e-→MH+OH-

总反应：M+Ni（OH）2→MH+NiOOH

放电时，与此相反。镍氢电池在电动汽车中的应用情况如表2所示。

表2 镍氢电池的性能指标及其在电动汽车的应用情况

2.3 锂离子电池

锂离子电池体积小，寿命长，自放电率低，无污染，应用广泛。锂离子电池的传统结构包括石墨阳极、锂离子金属氧化物构成的阴极和电解液（有机溶剂溶解的锂盐溶液）。

正极上发生的反应为LiMO2？圹Li1-XMO2+XLi++xe-

负极上发生的反应为nC+xLi++xe-？圹LixCn

电池反应：LiMO2+nC？圹Li1-XMo2+LixCn

式中M=Co、Ni、Fe、W等。

锂离子电池在电动汽车中的应用情况如表3所示。

表3 锂离子电池的性能指标及其在电动汽车的应用情况

不同阴极材料的锂离子电池的性能也各不相同，实际容量、工作电压、安全性能和成本的比较数据如表4所示。

表4 不同阴极材料的锂离子电池性能比较

以上是自电动汽车问世以来，其电池的技术革新过程，从铅酸蓄电池到镍氢电池再到锂离子电池，电池的性能越来越好，电池研究取得了突破性的成果。

3 发展趋势

3.1 铅酸电池

铅酸电池的主要应用于叉车、观光车和短途公共汽车。铅酸电池的优点是价格便宜，铅酸电池的缺点是循环使用次数有限。

3.2 镍氢电池

镍氢电池主要应用于混合动力车，镍氢电池的优点是能量高，功率大，镍氢电池的缺点是制造成本比较高，因为镍钴金属稀缺，镍钴价格相应升高，镍钴市场价格与镍氢电池的生产量成正相关。

3.3 锂离子电池

锂离子电池，应用范围广泛。锂离子电池的优点是性能非常好，其性能高出其他电池两倍到六倍。锂离子电池的缺点有两个，一是价格昂贵，二是功率大的锂离子电池安全性相对较低。

3.4 新电池技术

锂聚合物电池提高了锂离子电池的稳定性和效率；锂硫电池的特点是高能量、低成本和环保性强。固态锂空气电池的特点是能量高、稳定性好和工作温度范围大。新的电池技术不能解决内燃机和化学电池之间的所有问题，需要研究其他的辅助性方法。氢燃料对于电动的储能系统具有革新潜质，但是氢燃料的缺点是因为氢气密度小导致了氢气储气缸非常大，所以难以推广。

3.5 电池管理系统的发展趋势

电池管理系统的发展迅速，从简单的对电池的监控功能，逐渐过渡到对电池的管理功能。主要应用于电动汽车和混合型动力汽车。

4 电动汽车电池对国家电网的影响

一是增加国家电网的负荷，二是增加电网运行优化控制的难度，三是影响电能的质量，四是对配电网规划提出了新的要求。

5 结束语

电力行业需要关注的问题是电动汽车电池充电设施和充电网络，电动契合电池的各种性能、容量和功率，电动汽车回馈电网技术。这些项目的研究成果能有序空时大规模电动汽车，降低电动汽车充电时对电网的负面影响，通过电动汽车的电池电能存储系统服务电网，使得电网的运行效率和安全性得到提高。

参考文献

[1]任桂周，常思勤.一种电动汽车能量高效回馈制动方法[J].电网技术，2011（1）.

[2]崔俊博，张勇，王晶星.电动汽车用动力电池的研究[J].新技术新工艺，2010（9）.

[3]宋永华.电动汽车电池的现状及发展趋势[J].电网技术，2011（4）：35.

[4]马骊歌，王俊喜.电动汽车是中国汽车行业的发展方向[J].汽车工业研究，2011（1）.endprint