走进新能源电池

新能源电池可以分为两大类，即蓄电池和燃料电池。这些电池大多应用在汽车行业之中。蓄电池适用于纯新能源汽车，可以归类为铅酸蓄电池、镍基电池（镍一氢及镍一金属氢化物电池、镍一福及镍一锌电池）、钠一硫电池和钠一氯化镍电池、二次锂电池、空气电池等类型。而燃料电池专用于燃料电池新能源汽车，可以分为碱s性燃料电池(AFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC )、固体氧化物燃料电池(SOFC)、质子s交换膜燃料电池(PEMFC )、直接甲醇燃料电池(DMFC )等类型。

新能源汽车未来逐渐替代传统汽油车已成为各国发展汽车产业的共识，作为核心部件的动力电池则更被企业和投资者看好。

中国的新能源汽车电池产业起步虽晚于欧美日，但发展非常快，在动力电池的研发上也投入了大量财力、物力。国家863计划设立了电动汽车重大专项，中科院物理研究所、北京有色金属研究院、中国电子[-1.16%]科技集团公司第十八研究所等单位参加了该项目，分别开发了EV和HEV用两类动力电池，其中一些单位已采用了安全的锰体系正极活性材料。“十一五”、863电动汽车重大专项又对HEV、PHEV(外接充电式混合动力汽车)、FCV(燃料电池车)用动力锂离子电池关键材料和电池的研发给予大力支持。

新能源汽车动力电池发展前景良好，但目前市场化仍然偏低，离真正产业化尚须时日，而且，动力电池企业要真正做大做强，还要经受产业规模化、大比例研发投入和国外巨头挤压的考验。中投顾问汽车行业分析师李胜茂指出，动力电池要想在短期内大规模商业化还不现实，原因主要有：

一是生产成本高。目前电动车使用的动力电池组的成本要占整车造价的1/2。一款成熟的电动轿车按整备质量1.5吨、最高时速130Km/h，一次充电续驶里程200Km(60Km/h等速)来计算，所需的锂电池(76AH、工作电压320V)将重达350Kg，仅仅电池的价格就大约在10万RMB左右。即使在电池上取得重大突破的汽车公司，对外也承认他们的双模电动车要比现有的同级别车型价格高出7万～8万元。那么有多少消费者愿意花15万去买一款相当于夏利的动力的紧凑型车呢?这正是全世界电动车无法形成气候的根本原因之一。目前尚无一种高性价比的电池能够同时满足电动车产业化的性能与成本需要。

二是存在不少技术瓶颈。除了快速充电问题很难解决外，电池在不同的气候、路况及工况下运行时，电池的各种性能不稳定，其结果将造成电动车整车性能(车速、加速性、一次充电的续驶里程)不断下降。例如，电动空调的耗电功率在3～4kw，一般开启空调，电动车的续驶里程至少要减少1/3，换言之，原来能行驶90公里的电动车，当使用空调时最多只能行驶60公里。

三是基础设施配套几乎为零。电动汽车商业化的基础设施包括充电站网络、车辆维修服务网络、多种形式的电池营销、服务网络等。投资建设这些基础设施需要花费巨额资金。在一个城市内至少要建设十几个至数十个公用充电站，才能满足市区内的出租汽车、私家车、商务车快速充电的需要

1.1五大类型新能源电池

一、铅酸电池

铅酸电池作为比较成熟的技术，因其成本较低，而且能够高倍率放电，依然是唯一可供大批量生产的电动车用电池。北京奥运会时，有20辆使用铅酸电池的电动汽车，为奥运会提供交通服务。

但是铅酸电池的比能量、比功率和能量密度都很低，以此为动力源[-5.86% 资金研报](600405，股吧)的电动车不可能拥有良好的车速及续航里程。

二、镍镉电池和镍氢电池

虽然性能好于铅酸电池，但含有重金属，使用遗弃后对环境会造成污染。

镍氢动力电池刚刚进入成熟期，是目前混合动力汽车所用电池体系中唯一被实际验证并被商业化、规模化的电池体系，现有混合动力电池99%的市场份额为镍氢动力电池，商业化的代表是丰田的普锐斯。目前全球主要的汽车动力电池厂商主要有日本的PEVE和 Sanyo，PEVE占据全球Hybrid动力车用镍氢电池85%的市场份额，目前主要的商业化的混合动力汽车如丰田的Prius、Alphard和 Estima，以及本田的Civic，Insight等均采用PEVE的镍氢动力电池组。在我国，长安杰勋、奇瑞A5、一汽奔腾、通用君悦等品牌轿车已经在示范运行，他们采用的也都是镍氢电池，不过电池主要向国外采购，国内镍氢电池在汽车上的运用仍处于研发匹配阶段。

三、锂电池

传统的铅酸电池、镍镉电池和镍氢电池本身技术比较成熟，但它们用在汽车上作为动力电池则存在较大的问题。目前，越来越多的汽车厂家选择采用锂电池作为新能源汽车的动力电池。

因为锂离子动力电池有以下优点：工作电压高（是镍镉电池氢-镍电池的3倍）；比能量大（可达165WH/kg，是氢镍电池的3倍）；体积小；质量轻；循环寿命长；自放电率低；无记忆效应；无污染等。

当前许多知名的汽车制造商都致力于开发动力锂电池汽车，如美国福特、克莱斯勒，日本丰田、三菱、日产、韩国现代、法国Courreges、Ventury等。而国内汽车制造商比亚迪[-7.35% 资金研报](002594，股吧)、吉利、奇瑞、力帆、中兴等车企也纷纷在自己的混合动力和纯电动汽车中搭载动力锂电池。

目前阻碍动力锂离子电池发展的瓶颈是：安全性能和汽车动力电池的管理系统。安全性能方面，由于锂离子动力电池具有能量密度大、工作温度高、工作环境恶劣等方面的原因，加上以人为本的安全理念，因此，用户对电池的安全性提出了非常高的要求。汽车动力电池的管理系统方面，由于汽车动力电池的工作电压是 12V或24V，而单个动力锂离子电池的工作电压是3.7V，因此必须由多个电池串联而提高电压，但由于电池难以做到完全均一的充放电，因此导致串联的多个电池组内的单个电池会出现充放电不平衡的状况，电池会出现充电不足和过放电现象，而这种状况会导致电池性能的急剧恶化，最终导致整组电池无法正常工作，甚至报废，从而大大影响电池的使用寿命和可靠性能。

四、磷酸铁锂电池

磷酸铁锂电池也是一种锂电池，其比能量不到钴酸锂电池的一半，但是其安全性高，循环次数能达到2000次，放电稳定，价格便宜，成为车用动力新的选择。

比亚迪提出的“铁电池”，业界人士认为其为磷酸铁锂电池的可能性较大。

五、燃料电池

简单地说，燃料电池(Fuel Cell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。

最有望用于汽车的是质子交换膜燃料电池。它的工作原理是：将氢气送到负极，经过催化剂（铂）的作用，氢原子中两个电子被分离出来，这两个电子在正极的吸引下，经外部电路产生电流，失去电子的氢离子（质子）可穿过质子交换膜（即固体电解质），在正极与氧原子和电子重新结合为水。由于氧可以从空气中获得，只要不断给负极供应氢，并及时把水（蒸汽）带走，燃料电池就可以不断地提供电能。

因为燃料电池直接将燃料的化学能转化为电能，中间不经过燃烧过程，因而不受卡诺循环的限制。目前燃料电池系统的燃料—电能转换效率在45%～60%，而火力发电和核电的效率大约在30%～40%

2.新能源电池作用

随着对电池能源要求越来越高，人们对于电池技术的更新越来越关注。新能源汽车的种类不同而略有差异。在仅装备蓄电池的纯新能源汽车中，蓄电池的作用是汽车驱动系统的惟一动力源。而在装备传统发动机(或燃料电池)与蓄电池的混合动力汽车中，蓄电池既可扮演汽车驱动系统主要动力源的角色，也可充当辅助动力源的角色。可见在低速和启动时，蓄电池扮演的是汽车驱动系统主要动力源的角色;在全负荷加速时，充当的是辅助动力源的角色;在正常行驶或减速、制动时充当的是储存能量的角色。

组成:

燃料电池由阳极、阴极、电解质和隔膜构成。燃料在阳极氧化，氧化剂在阴极还原。如果在阳极(即外电路的负极，也可称燃料极)上连续供给气态燃料(氢气)，而在阴极(即外电路的正极，也可称空气极)上连续供给氧气(或空气)，就可以在电极上连续发生电化学反应，并产生电流。由此可见，燃料电池与常规电池不同，它的燃料和氧化剂不是储存在电池内，而是储存在电池外部的储罐中。当它工作(输出电流并做功)时，需要不间断地向电池内输人燃料和氧化剂并同时排出反应产物。因此，从工作方式上看，它类似于常规的汽油或柴油发电机。由于燃料电池工作时要连续不断地向电池内送入燃料和氧化剂，所以燃料电池使用的燃料和氧化剂均为流体(气体或液体)。最常用的燃料为纯氢、各种富含氢的气体(如重整气)和某些液体(如甲醇水溶液)，常用的氧化剂为纯氧、净化空气等气体和某些液体(如过氧化氢和硝酸的水溶液等)。

燃料电池阳极的作用是为燃料和电解液提供公共界面，并对燃料的氧化产生催化作用，同时把反应中产生的电子传输到外电路或者先传输到集流板后再向外电路传输。阴极(氧电极)的作用是为氧和电解液提供公共界面，对氧的还原产生催化作用，从外电路向氧电极的反应部位传输电子。由于电极上发生的反应大多为多相界面反应，为提高反应速率，电极一般采用多孔材料并涂有电催化剂。

电解质的作用是输送燃料电极和氧电极在电极反应中所产生的离子，并能阻止电极间直

接传递电子。

隔膜的作用是传导离子、阻止电子在电极间直接传递和分隔氧化剂与还原剂。因此隔膜

必须是抗电解质腐蚀和绝缘的物质，并具有良好耐润湿性。

3.电池组

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新能源汽车电池组由多个电池串联叠置组成。一个典型的电池组大约有96个电池，充电到4.2V的锂离子电池而言，这样的电池组可产生超过400V的总电压。尽管汽车电源系统将电池组看作单个高压电池，每次都对整个电池组进行充电和放电，但电池控制系统必须独立考虑每个电池的情况。如果电池组中的一个电池容量稍微低于其他电池，那么经过多个充电/放电周期后，其充电状态将逐渐偏离其它电池。如果这个电池的充电状态没有周期性地与其它电池平衡，那么它最终将进入深度放电状态，从而导致损坏，并最终形成电池组故障。为防止这种情况发生，每个电池的电压都必须监视，以确定充电状态。此外，必须有一个装置让电池单独充电或放电，以平衡这些电池的充电状态。

电池组监视系统的一个重要考虑因素是通信接口。就PC板内的通信而言，常用的选项包括串行外设接口(SPI)总线、I2C总线，每种总线的通信开销都很低，适用于低干扰环境。另一个选项是控制器局域网(CAN)总线，这种总线在汽车应用中被广泛使用。CAN总线非常鲁棒，具有误差检测和故障容限特性，但是它的通信开销很大，材料成本也很高。尽管从电池系统到汽车主CAN总线的连接是值得要的，但在电池组内采用SPI或I2C通信是有优势的。

电池快充寿命衰减惊人盲目建站风险大[1]

私人购买新能源汽车补贴标准出台后，部分试点城市的“再补贴”政策也随即出台，新能源汽车消费正逐步启动。面对广阔的市场前景，国家电网、南方电网、中海油、中石化等巨头纷纷跑马圈地，各地掀起一股兴建充电站的风潮。

截至目前，上海漕溪、深圳龙岗、成都石羊、唐山南湖、延安、郑州、南宁等地已经建成、在建或近期将开建大量的充电站，其中上海计划在三年内达到5000个充电桩的规模；长春计划三年内建成15个充电站和5000个充电桩……电池尺寸、充电接口是否统一？电池质量能否过关？快速充电对电池的损害究竟有多大？等一系列问题开始暴露出来。

4.充电步骤

当组合仪表上的相应指示图标（黄色）点亮或当仪表剩余点亮小于等于25%时，则此时该纯新能源汽车必须进行充电。（注意：充电温度要求0℃—55℃，放电温度要求零下20℃—60℃）

具体操作步骤如下：

1、车辆应该停放在远离易燃易爆物品的室内，换挡手柄置与“P”挡，拉起手刹，点火开关打到“OFF”.

2、检查冷却液，确认液位是否正常。检查充电桩插座，确保安全可靠。

3、充电时，先插上“交流充电线”的供电端；之后，向上提拉驾驶员座椅左侧的开锁开关，打开充电口盖，插入“交流充电线”车辆端。

4、当组合仪表上图标相应图标（红色）点亮时，表示充电链接装置已经正常连接。当组合仪表上相应图标（黄色）点亮时，表示新能源汽车电池已开始充电。

5、组合仪表相应图标（黄色）熄灭后，表示动力电池已被充满，请先拔去“交流充电线”车辆端，后拔去“交流充电线”供电段，关好充电口，整理好交流充电线。

5.故障检测

一、将新能源汽车电池充满电后，按照下图把电池、电流表、电阻丝连接好。　1）用万用表测量每一块电池的电压，并将其数值记下，同时记下放电的时间，调整电

阻丝使电流表指针指在5A上。

2）在放电过程中应保持电流表始终在5A上，并每隔20分钟测量一次电池电压，同时记下测量值，单只电池电压下降到10.5V时，放电时间不得低于84分钟。

二、新能源汽车电池内部断路

有的电池内部断路，表现为电池有电压无电流，整车有电、电机不转，如更换一组新电池后，整车正常，则是电池的问题。

三、充电器绿灯不转换

充电时充电器绿灯不转换，空载时充电器绿灯亮，则一般情况是电池内部缺水或缺稀硫酸所致，将电池上盖打开后，旋下单向阀或安全阀，向电池内注入适量专用补充液（5ml~8ml），充电6-10小时即可转换。

四、新能源汽车续行里程短

1）检测电池是否有问题，如无问题则检测下一项。

2）检测整车空载电流和运行电流是否过大，空载电流不应超过1.2安培，运行电流在载重500kg，时速40km/h,平坦水泥或柏油路面行驶时不应大于7.5安培，如出现上述情况则更换控制器或电机再次进行测试。

3）如以上都没有问题，则需要进行路试。

6.电池保养

技巧一：严禁存放时亏电

蓄电池在存放时严禁处于亏电状态。亏电壮态是指电池使用后没有及时充电。在亏电状态存放电池，很容易出现硫酸盐化，硫酸铅结晶物附着在极板上，堵塞了电离子通道，造成充电不足，电池容量下降。亏电状态闲置时间越长，电池损坏越严重。因此电池闲置不用时，应每月补充电一次，这样能较好地保持新能源汽车电池保养健康状态。

技巧二：定期检验

在使用过程中，如果电动车的续行里程在短时间内突然下降很厉害，则很有可能是电池组中最少有一块电池出现断格、极板软化、极板活性物质脱落等短路现象。因此，应及时到专业电池修复机构进行检查、修复或配组。这样能相对延长电池组的寿命，最大程度地节省开支。

技巧三：避免大电流放电

新能源汽车在使用过程中，尽量避免瞬间大电流放电。大电流放电容易导致产生硫酸铅结晶，从而损害电池极板的物理性能。^[1]

技巧四：正确掌握充电时间

在使用过程中，应根据实际情况准确把握充电时间，参考平时使用频率及行驶里程情况，也要注意电池厂家提供的容量大小说明，以及配套充电器的性能、充电电流的大小等参数把握充电频次。一般情况蓄电池都在夜间进行充电，平均充电时间在8小时左右。若是浅放电﹙充电后行驶里程很短﹚，新能源汽车蓄电池很快就会充满，继续充电就会出现过充现象，导致电池失水、发热，降低电池寿命。所以，蓄电池以放电深度为60%～70%时充一次电最佳，实际使用时可折算成骑行里程，根据实际情况进行必要充电，避免伤害性充电。

技巧五：防止曝晒

新能源汽车严禁在阳光下曝晒。温度过高的环境会使蓄电池内部压力增加而使电池限压阀被迫自动开启，直接后果就是增加电池的失水量，而电池过度失水必然引发电池活性下降，加速极板软化，充电时壳体发热，壳体起鼓、变形等致命损伤。

技巧六：避免充电时插头发热

充电器输出插头松动、接触面氧化等现象都会寺导致充电插头发热，发热时间过长会导致充电插头短路，直接损害充电器，带来不必要的损失。所以发现上述情况时，应及时清除氧化物或更换接插件。

7.发展前景

有分析称，在未来几年的时间里，在新能源汽车领域的知识产权竞争中，日本将走在美国、欧洲和其他国家的前列。但由于新能源汽车产业正处于快速成长期，许多关键技术尚未出现成熟的解决方案，美国和欧洲依托其强大的基础研究优势，极有可能在某些关键技术上率先取得突破性进展，重新获得竞争优势。加之韩国和中国等汽车产业的后起之秀不断加大新能源汽车的研发投入，可以预料未来新能源汽车的竞争格局将更加复杂。

目前，日本纯新能源汽车用蓄电池的研究主要集中在锂电池，其次为铅酸电池、镍氢电池和钠电池等。从世界范围内的专利申请的总量来看，日本拥有的纯新能源汽车用蓄电池及其管理系统相关专利申请数量最多。从日本国内的专利申请量来看，超过90%的专利申请也来自日本申请人。无论是从世界专利申请的拥有量角度，还是从日本专利申请中日本申请人所占的份额角度，日本在纯新能源汽车用蓄电池及其管理系统领域都是实力最强者，掌控着绝大部分专利技术。^[2]

作为世界上最大的汽车生产和消费国，美国纯新能源汽车用蓄电池的研究主要集中在锂电池，锂电池相关专利数量占动力电池专利数量的70%以上，其次为铅酸电池、镍氢电池、空气电池和钠电池等。从世界范围内的专利申请的总量来看，截至2010年6月，美国的纯新能源汽车用蓄电池及其管理系统相关专利申请数量位于日本之后，排名第二。从美国国内的专利申请量来看，在和纯新能源汽车用蓄电池及其管理系统有关的专利申请中，来自日本申请人的专利最多，接近总量的60%，而来自美国申请人的专利申请数量次于日本。

德国纯新能源汽车用蓄电池的研究主要集中在锂电池，其次为铅酸电池、镍氢电池、钠电池和空气电池等。从世界范围内的专利申请的总量来看，截至2010年6月，德国的纯新能源汽车用蓄电池及其管理系统相关专利申请数量居世界排名第6位，与排名首位的日本专利数量相差很大，仅占日本申请量的11%。从德国国内的专利申请量来看，德国申请人持有的专利约占总量的43%，高于排名第二的日本。在全球范围来看，德国在纯新能源汽车用蓄电池及其管理系统领域的技术实力远不及日本，但是在本国范围内，德国拥有较强的技术优势，专利拥有量高于日本。[2]

8.新能源汽车锂电池介绍

二十世纪九十年代以来，锂离子电池的研究和生产都取得了重大的进展，在各个领域的应用也越来越广泛，近年来，锂离子电池也被研究人员用在电动车车上用作动力能源，成为电动车发展的一个新趋势。下面首先介绍和电池有关的基本概念，然后介绍其锂离子电池的特点和在电动车上的应用[3]。

8.1充放电相关的基本概念

单体电池、单个电池和电池组：单体电池(Cell)是指电动势为2V(铅酸)或1.2V(镍氢)或3.6V(锂电池)左右的蓄电池，是组成单个电池的基本单元;几个单体电池封装组成单个电池，简称电池(Battery);电池组(Battery Pack)由若干个电池串联而成。

电池的容量：指一定的放电条件下可以从电池中获得的电量，一个电池有理论容量、实际容量、额定或公称容量和额定储备容量之分。用Ah(安时)数、mAh(毫安时)表示。

理论容量：理论容量是指假设活性物质全部参加电池的成流反应所给出的电量。它是根据活性物质的质量按照法拉弟定律计算得到的。为了比较不同系列的电池常用比容量的概念，即单位体积或单位质量电池所能给出的理论电量，常以Ah/Kg或Ah/L表示。

实际容量：实际容量是指在一定的放电条件下电池实际放出的容量，等于放电电流与放电时间的乘积。其值小于理论容量。

额定容量：额定容量是指设计和制造电池时，按国家或有关部门颁布标准规定或保证电池在一定放电条件下应该放出的最低限度的电量。如电动车规定为C/3放电率下放出的容量。

额定储备容量：国际电工学会(IEC)标准中规定汽车型蓄电池的容量用额定容量和储备容量表示均可。我国采用额定容量。指不分电池规格大小，一律以25A电流放电，到终止电压1.75V时的放电时间以分钟计。对规格不同的电池，规定不同的放电时间。

电池的能量是指在一定放电条件下，电池所能给出的电能，通常用Wh表示。

电池的功率是指电池在一定放电条件下，于单位时间内所给出能量的大小，单位为W(瓦)或KW。单位重量电池所能给出的功率称为比功率，单位W/kg或KW/kg.

电池放电的电压拐点：通过电池的放电实验发现当电池的电压降到某点时，继续放电其电压会急剧下降，dv/dt数值很大，该点称为拐点。该点标示了电池电量已告罄，在拐点之下工作会造成对电池寿命的损害。如图1.1所示。电池的实际容量就是电压下降到拐点前所能释放的电量。

放电率：指用放电时间来表示的电池放电速率，用公式表示如下：放电电流电池容量

放电率( h)=电视容量/放电电流

老化：电池在开始使用初期的一段时间内，电池容量增加大约5%——15%。接下来的一段时间，电池容量基本不变。然后就开始逐渐减少。当电池容量衰减到额定容量80%时，就可以认为电池的寿命结束了。

充放电周期

充放电周期(Cycle)：电池从充电开始到放电，再到下一次充电开始前称为一个充放电周期。

循环寿命(Cycle_Life)：蓄电池在其实际容量降低至某一规定值之前所经历的充放电周期数。通常用来定义蓄电池的使用寿命。一般来讲，放电深度不同，电池寿命也不同。

恢复效应：电池在非连续放电的条件下，放电一段时间后，空载开路或从大电流变为小电流放电，电池内部的电荷将进行重新分布而至平衡，这时电池的端电压回升，在小电流放电下仍能放出一定电量。

自放电现象(Self-Discharge)：电池在不工作时由于内部的电化学反应造成的电池容量下降的现象。通常与时间和环境温度有关，环境温度越高自放电现象越明显，所以在一段时间不用电池要定期对电池进行补充电，并在适宜的温度和湿度下进行保存。

历史档案：电池自出厂以来的关键数据，如电池出厂日期、标称容量、使用总安时数和过充过放记录等信息。

电池运行状态SOR(StateOf Running)：为了评价电池在充放电过程中所表现出的性能，而给出电池的运行表现评估值。SOR分为1到10十级，SOR为10表示电池运行性能很好，为1表示电池的运行性能非常差，急需更换。

电池健康程度DOH(DegreeOf Health)：为了评价综合电池性能而给出一个健康程度评估值。DOH分为1到10十级，DOH为(7-10)表示电池性能正常，为(4-6)表示电池需要维护，为(1-3)表示的电池性能很差应更换。

8.2锂离子电池的特点

锂电池是一种以金属锂或含有锂物质为负极的化学电源的总称。它是近十几年来获得发展的新型高比能量电池体系。以锂、钠等活泼金属作为电池的负极的设想最早是美国加州大学的一位研究生于1958年提出的。到了七十年代，日本松下电气公司的福田雅太郎首先发明了锂氟化碳电池并获得应用，从此，锂电池逐渐从实验的研究，走向了实用化和商品化。由于锂电池出色的性能，各国都竞相开发出各种新型的锂电池以满足军事和消费方面的需要，如锂碘电池(1972)、锂铬酸电池(1973)、锂二氧化硫电池(1974)、锂亚酸酰氯电池(1974)、锂氧化铜电池(1975)、锂二氧化锰电池(1976)、锂二硫化钼蓄电池(1989)、锂离子蓄电池(1991)和锂二氧化锰蓄电池(1994)等。尤其是90年代初，日本索尼能源技术公司发明和推出的高比能量、长寿命的锂离子蓄电池，极大的促进了锂电池工业的发展。

锂离子电池有许多优越特性，比如高能量，较高的安全性，工作温度范围宽，工作电压平稳、贮存寿命长(相对其他的蓄电池)。从安全性来讲，锂离子电池要比其他蓄电池安全的多。特别是采取了控制措施后，锂离子电池的安全性有了很大的保证，电池经过过充、短路、穿刺、冲击(压)等滥用实验(ABUSE TEST)，均无危险发生。锂离子电池与Cd-Ni，MH-Ni电池一样，可以快速充电，且无记忆效应，远比Cd-Ni电池优越;它的自放电率远比MH-Ni电池低。从环境保护的角度看，世界环境保护组织早已把镉(Cd)、汞(Hg)、铅(Pb)三种元素列为有害物质。因此含有这三种元素的电池的使用受到了限制，特别是在欧洲，有些政府大幅度提高了某些电池的环境税，与之相比，锂离子电池则不存这些问题。

当然，锂离子电池也有一些缺点，比如低温放电率不高，电池的价格也比较高等。

8.3锂离子电池在电动车上的应用

为了推动和支持电动车的研究试制工作，美国早在90年代初就成立了“先进电池协会(USABC)”负责为电动车提供电池。该机构为扶持电动车用电池(主要是锂离子电池)的研制，先后投资2.6亿美元，其中向美国SAFT公司投资1180万美元，用以开发锂离子电池，向加拿大魁北克公司投入8500万美元，用以开发锂离子电池和锂聚合物电池;另外，还向Duracell及其合作伙伴德国Varta公司投入了1450万美元，开发锂离子电池，其技术指标要求如下表：日本政府也投资了1亿美元，并制定了一项叫做LIBES的计划，开发用于电动车的锂离子电池。

在各国政府的支持下，不同性能的电动车先后亮相。首先是日本索尼公司于1995年推出了以锂离子电池为动力的电动车。该车重1.7T，载4个人，每次充电可以行驶200km.最大时速可达120km，从零启动加速到80km/h只需要12s;该车的动力电源是由96只尺寸为67*410mm以LiCoO2为正极的的锂离子电池组成的，每只电池的容量为100Ah，整个电源系统的比能量达到了110Wh/kg，能量密度达到250Wh/l.继索尼公司之后，日本三菱公司于1996年推出了电动车，该车以LiMn 2 O 4为正极的的锂离子电池为电源，一次行驶可达250km.之后又有三菱重工、本田、尼桑等均有电动车亮相，并于1997年初正式销售以锂离子电池为动力的电动车。继日本之后，美国和欧洲的一些公司也相继推出了自己研制的以锂离子电池为动力的电动车。

电动车作为一种未来的交通工具，在进入市场方面，必然要同传统的交通工具-燃油汽车进行竞争，这就对电动车在价格和性能方面提出了一定的要求，就车的性能来讲，电动车的续驶里程，加速性能，爬坡能力等比较为大家关注，这些方面都很大程度上取决于作为动力的电池的性能。对电池性能的要求一般集中在，能量密度，功率密度，循环寿命等方面，业界一般都以USABC的规划作为参考，具体指标如下：

具体指标

经过10多年的研究和发展，锂离子蓄电池的生产技术逐渐成熟，在功率强度和循环寿命方面已经接近或达到了USABC的中期目标，与传统的铅酸和镍氢蓄电池相比较，锂离子蓄电池的功率强度有比较大的优势，见图1.2：

与传统的铅酸和镍氢蓄电池相比较

锂离子动力电池代表了电池发展的方向。在电动车用电源中，将是最具潜力的动力电池。我国对锂离子电池的应用开发也十分重视。早在80年代初期，就开始了锂离子蓄电池的开发研制工作，在国内各个单位的努力下，取得了丰硕的成果。目前，雷天绿色电动源(深圳)有限公司已经首家实现产业化生产，其生产的10多种型号的大功率铬氟锂动力电池性能优良、价格合理，已经投放市场。

2002年，世界上首辆采用雷天锂动力电池的电动公交车在北京阜成门外大街投入试运营，标志着我国电动车时代的到来。本论文所涉及的国家“863”课题就是使用雷天公司提供的100AH，384V锂电池组。

8.4电动车用锂离子电池的充放电问题

蓄电池的充电过程是一个复杂的电化学变化过程，其复杂性表现为：

(1)多变量影响充电的因素很多，诸如极板、电介质的浓度、极板活性物的状态、充电环境温度等等，都对蓄电池所能承受的最大充电电流有直接的影响。

(2)非线性一般而言，充电电流在充电过程中随充电时间呈指数规律下降，不可能只用简单恒流或恒压控制充电全过程。

(3)复杂的电化学性即使是同一类型同一容量的电池，随着各自使用时放电的历史状态不一样，剩余电量的不一样，充电接受能力也有很大的不同。

作为给电动车提供动力的电池组，由于使用环境的复杂性，其充放电过程也更为复杂，尤其是过充电和过放电会对电池的结构造成不可恢复的破坏，极大的影响其健康程度和性能。锂电池技术与传统的电池技术相比有很大的性能优势，但对监测系统也有更高的要求。如果控制不当的话，不仅对电池的结构会造成破坏，还会发生危险。

负极过充电时，会产生金属锂沉淀：Li+ +e->Li(s)，这种情况容易发生在正极活性物质相对于负极活性物质过量的情况下，但是，在高充电率的情况下，即使正负极活性物质的比例正常，也可能发生金属锂的沉积，金属锂的形成会从以下几个方面造成电池容量的下降：

(1)可循环锂量减少;

(2)沉积的金属锂与溶剂或支持电解质反应形成Li2CO3，LiF或其他产生物;

(3)金属锂往往在负极与隔膜间形成，可能阻塞隔膜的的空隙，造成电池内阻的增大。当正极活性物质相对于负极活性物质比例过低时，容易发生正极过充电。正极过充电主要是会形成惰性物质，造成氧损失，从而导致电池容量的衰减。而过放电更是会造成极板晶格的破坏，如果过充电导致“反极”，会发生危险。

为了能给电动车的电机提供比较高的电压，一般都采用了几十个单体电池(cell)串联的方式来提供电力(本文所涉及的实验样车上装有108节工作电压为3.8V的单体锂离子电池)。串联使用的复杂性，和电池之间的不一致性，都对管理系统提出了更高的要求。^[3]

锂动力电池放电电流同其他电池相比，放电率偏小，比功率较小。好的长期可1C放电，脉冲2C，需要考虑增大电池的容量来满足电动车的要求。

9.发展趋势

在发展新能源汽车上，镍氢电池技术最成熟，未来3年内仍将是新能源车的主流，之后镍氢电池技术将和磷酸铁锂、氢燃料电池三分天下，5年后将逐渐被锂电池及燃料电池所取代。

（编辑：沈家锋）

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