浅谈电动车辆动力电池的性能特点及其发展

陈嘉奇

摘 要：环境污染和石油资源短缺问题日益严重，电动汽车的发展受到了世界各国的高度重视。在我国，电动汽车作为“十五”863重大专项项目，国家投入巨资予以支持。专用动力电池作为电动汽车的车载能源和电动汽车开发的关键技术，直接影响电动汽车实用化、商业化的进程。为了提高动力电池性能，本文对锂电池、镍氢电池、铅酸电池、燃料电池性能特点进行分析，并对这些电池的未来发展情况进行推测。再对目前用于电动车的各种电池性能特点分析的基础上，认为镍氢电池在电动车领域属于未来三到五年的过度产品，动力锂离子电池将在两到三年后初步实现规模化，而燃料电池的商品化应用预计还需要十年及以上的发展时间。

关键词：电动车;锂电池;燃料电池;镍氢电池

众所周知，近几年我国空气质量已经大大不如从前，为了改善城市空气质量，减少燃油排气，部分城市推出了电动车辆环保行动，给电动车产业带来了发展。目前电动车辆供电采用的电池种类有镍氢电池、锂电池、铅酸电池、燃料电池。铅酸电池投放市场的应用时间最长，也是比较成熟、成本较低的电池，缺点是能力和体积较小，充一次电后行程短，运行效率低，在车辆上的使用不尽人意。镍镉电池的充放电倍率比铅酸电池优越，推出后得到一定的发展，缺点是由于含有重金属对环境有污染，发展受限制。这些电池自身存在优点的同时也有一定缺点，为了进一步提高电动车辆电池的质量，需要对各类电池的性能特点做充分的分析，并且对未来发展方向提出建议。

1 电动车辆动力电池的性能比较

电池是电动车辆的动力源泉，也是一直制约电动车辆发展的重要因素。电动车用电池的主要体现在能力、功率、使用年限和成本上。当前对电动车辆主要研究的内容有电动车电机驱动系统、电动车充电技术、充电谐波分析和充电站监控系统等，其中电动车电池技术是主要研究内容之一及重中之重。

车用动力电池分为铅酸蓄电池、镍氢蓄电池、锂离子电池和其它电池和锂聚合物电池、锂硫电池、氢燃料电池。韩国、日本和美国是核心技术发展主要国家，其中日韩两国电池占据74%的市场份额，并且在我国长安、吉利等企业利用率较高，国内比亚迪技术发展比较突出。其技术性能、商用性能、环资评价等方面比较，锂离子电池发展较好。动力电池产业链上，国内以中上游产品为主，下游产品发展动力不足。

电动车应具备优良的驾驶功能和可靠性。电动车用电电池需要具备密度高、输出功率高、寿命长、充放电效率高、低内阻、无记忆效应、可实现快速充电、安全性高、可靠性高、成本低以及可重复使用等特性，铅酸电池技术成熟，但是不能快充深放，使用寿命短，不能满足高性能电动汽车的储能要求。锂离子电池能量高、重量轻、循环寿命长，但是价格高;镍氢电池具有高比功率、电流充放电大、无污染、安全性能好等特点，目前广泛应用于混合动力车辆上;电容量大、充电快、大电流放电能超强、功率密度高，但比能量极抵等特点，多以不能单独应用于电动车辆上，作为辅助能源有效显著;燃料电池为零排放或近似零排放，能源来源丰富，能量转化率高，但研究成本投入大，开发周期长，目前尚处于产品研发阶段;太阳能电池是一种有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大特点，但效率低成本高，目前没有竞争力。

2 电动车辆动力电池的性能特点分析

2.1 锂电池

锂电池工作电压较高、体积小、方便携带、使用周期较长、比能量较大、自放电率较小，在使用过程中不会对环境造成污染，并且无记忆效应。因此，锂电池是我国当前新能源电动车辆研发的主要材料。锂电池的核心部分为正极材料，经过多年发展，形成了多种锂电池。这些电池运行功能较高，具有较高的安全性，对温度控制要求较高，如何更好的控制锂电池使用环境温度，保证电池的正常运行成为了重点研究内容。

2.2 燃料电池

燃料电池有氧气和氢气两部分构成，在空气中发生化学反应后生成电能。这种电池与其它电池差异较大，该电池的正极和负极均不含有活动物质，通过添加催化剂发生化学反应转换成电能，利用排热系统、电池性能控制系统、催化剂供给系统、安全系统，构成电池反应环境。由于燃料电池具有燃料多样化、排放量低、供电效率较高、性能稳定等特点，得到了广泛应用。目前，已经开发出的燃料电池对温度要求较低，在低温环境下便可以反应生产电能，适合在恶劣环境中应用。

2.3 镍氢电池

镍氢电池由金属镍和氢离子构成，存储电量较高、体积小、携带方便、使用寿命较长，在使用过程中不会对环境造成污染，但是开发成本较高，与锂电池相比，性能更低一些，自放电率较大。镍氢电池凭借绿色环保，能够快速充电，能量密集较高等优势，得到了广泛应用。为了进一步提高镍氢电池性能，我国加大了负极储氢材料的研究力度。合理控制温度和金属条件，重点研究储氢合金材料便可以提高镍氢电池性能。

2.4 铅酸电池

铅酸电池研发较早，经过多年改进，产品开发技术逐渐成熟。虽然成本售价较低，但是自放电率较高、比能量较低、使用年限少。因此，利用铅酸电池开发的电动车产品性能较差。目前，难以解决的重要问题是一次性充放电形成短，针对这一问题，采用低阻抗技术，一次控制电池的充放电，使得电池使用寿命得以延长。经过改善后，VRLA铅酸电池性能得到了明显的改善，性价比也得到了提升，在微型电动轿车、电动环卫车等领域得到应用。

3 电动车辆动力电池未来发展

在电池技术不断发展创新的时代背景下，未来发展中，电池结构逐渐改进后，性价比如果能够满足市场需求，很可能占据电动车辆市场，成为上班族首选的交通工具。我国新能源汽车技术发展做了长期规划，全面推广可充电式混合动力和氢燃料车，以纯电动和氢燃料电池（如风能、太阳能、潮汐能等清洁能源）公交车和出租车;全面推广以纯电动（煤炭和水电为来源）为主、以天然气、二甲醚和混动力为辅的公交车和出租车中期规划;全面推广可充电式混合动力和纯电动车;我国新能源汽车技术发展短期规划，重点推广油电混合动力车辆，大力推广以非粮食为原料的乙醇燃料和生物柴油车。试点推广纯电动车。

电池是电动车辆发展的首要关键因素，车辆动力电池的难点是“低成本高容量高安全要求”，要想在较大范围内应用于电动车辆上，要依靠先进的蓄电池的发展与筛选。

4 结束语

铅酸电池属于低端动力电池，在未来发展中，该电池主要占据低端市场。镍氢电池开发受综合因素影响，容易被其它类型电池取代，该电池属于动力电池发展的过渡产品。锂电池制造设备尚未成熟，在实际应用中容易出现差错，不能保证电动车行驶的里程，需要后续完善。燃料电池需要更新材料重新研发，开发时间较长，研发时间大概需要十年以上。

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