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电动汽车电池现状及发展趋势研究


龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 电动汽车电池现状及发展趋势研究 作者:李伟 来源:《科技创新与应用》2014 年第 35 期 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(pluginHEVs,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 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 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?

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