鋰電在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用

摘 要：鋰離子電池的應(yīng)用是電動(dòng)汽車的發(fā)展趨勢(shì)，具有無(wú)污染、綠色環(huán)保、性能好等優(yōu)勢(shì)。為更好的研究鋰電池在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用性能，文章以磷酸鐵鋰電池電動(dòng)汽車為研究對(duì)象，具體分析電動(dòng)汽車鋰電池的充電和放電性能，為鋰電池在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：鋰離子電池；電動(dòng)汽車；性能；應(yīng)用

我國(guó)科技部制定的《電動(dòng)汽車科技發(fā)展“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃》表明，中國(guó)汽車未來(lái)發(fā)展的主要方向是小型化和汽車電氣化，電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)鏈將得到快速發(fā)展[1]。傳統(tǒng)汽車將汽油和柴油作為燃料，電動(dòng)汽車則采用環(huán)保型電池作為動(dòng)力，尤其是鋰離子電池，具有無(wú)污染、綠色環(huán)保的性能。電動(dòng)汽車鋰電池技術(shù)目前是各國(guó)能源、環(huán)境、交通等部門(mén)研究的重點(diǎn)領(lǐng)域，鋰電子在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用性能得到充分開(kāi)發(fā)，有利于推動(dòng)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

1 鋰離子電池

1.1 鋰離子電池的發(fā)展

電動(dòng)車最早出現(xiàn)于1881年，是由法國(guó)人斯塔夫·土維制造的，并在汽車市場(chǎng)上掀起一陣潮流，發(fā)展至今已經(jīng)占據(jù)汽車制造業(yè)較大的市場(chǎng)份額。電動(dòng)汽車發(fā)展之初，由于內(nèi)燃機(jī)技術(shù)完善且石化能源廉價(jià)，因此電動(dòng)汽車并沒(méi)有顯示出發(fā)展優(yōu)勢(shì)，直至19世紀(jì)70年代，電動(dòng)汽車經(jīng)歷三次發(fā)展變革，期間電動(dòng)汽車電池技術(shù)得到顯著進(jìn)步。第一發(fā)展階段為19世紀(jì)70年代，鉛酸電池技術(shù)發(fā)展完善；19世紀(jì)90年代起，電動(dòng)汽車鎳氫電池技術(shù)發(fā)展完善；2009年后鋰離子電池脫穎而出。

1.2 鋰離子電池的優(yōu)點(diǎn)

化學(xué)能通過(guò)電池直接轉(zhuǎn)化為電能，因此電池成為電動(dòng)汽車的主要?jiǎng)恿ρb置，電池簡(jiǎn)單分為原電池和蓄電池，其中原電池包括鋅錳電池、堿錳電池等，這類電池不可充電、不可循環(huán)使用；蓄電池包括鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池，這類電池可循環(huán)使用、可充電。電池性能的高低直接影響電動(dòng)汽車的應(yīng)用效果，電動(dòng)汽車需要配備高質(zhì)量、高性能、高比功率的電池，同時(shí)充電速度要快，具備深度放電功能，生產(chǎn)成本不能太高，能夠多次使用有效延長(zhǎng)使用壽命。目前，我國(guó)電池技術(shù)的研究和發(fā)展還不完善，這是阻礙電動(dòng)汽車發(fā)展的重要因素，因此電動(dòng)汽車的電池性能至關(guān)重要。電動(dòng)汽車使用的電池為蓄電池，其中鉛酸電池由于生產(chǎn)成本低，得到廣泛應(yīng)用，但在比功率和能量密度上存在缺陷，還會(huì)引起污染；鎳氫電池的性能比鉛酸電池要高，但價(jià)格較高，不利于批量生產(chǎn)。而鋰離子電池的應(yīng)用范圍較為廣泛，例如筆記本電腦、小功率通信設(shè)備等，也是風(fēng)電、光伏電的儲(chǔ)能電池，是電動(dòng)汽車?yán)硐氲膭?dòng)力電池。鋰離子電池在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[2]：（1）工作電壓高，單體電池的工作電壓保持在3.6～3.9V之間，相當(dāng)于氫鎳電池、鎳鎘電池的3倍；（2）比能量大，單位質(zhì)量或體積的鋰電池具有較高的存儲(chǔ)能力或功率，均顯著高于其他電池，最高可達(dá)165Wh/kg，實(shí)際比能量最高為100～125Wh/kg和240～300Wh/kg，相當(dāng)于氫鎳電池的3倍；（3）鋰電池體積小、質(zhì)量輕，且能夠使用2000次以上，具有較長(zhǎng)的循環(huán)壽命，電池內(nèi)部不含鉛、鎘、汞等有毒金屬元素，具有綠色環(huán)保、無(wú)污染的特點(diǎn)；（4）自放電率低，常溫下充滿電放置1個(gè)月自放電率<10%，相比于其他電池的25%～35%顯著更低；（5）不存在記憶效能，在任何荷電狀態(tài)下都能充電，不影響其容量，且可完成快速充電、放電，最短幾分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)；（6）工作溫度范圍寬，-25℃～45℃均可工作，最大可擴(kuò)展至-40℃～70℃。

2 電動(dòng)汽車鋰電池性能分析

以洛陽(yáng)天空生產(chǎn)的規(guī)格型號(hào)為SE180AHA磷酸鐵鋰電池的電動(dòng)車輛為研究對(duì)象，主要對(duì)磷酸鐵鋰電池在電動(dòng)汽車中充放電特性進(jìn)行研究，以期為鋰電池在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用提供參考。

2.1 鋰電池充電性能

鋰離子電池組是由多個(gè)單體電池串聯(lián)和并聯(lián)組成的，其中每個(gè)單體電池在制作工藝方面基本一致，僅在性能上存在較小的差異。單個(gè)電池參數(shù)與電池組相關(guān)參數(shù)存在一定的聯(lián)系，每個(gè)單體電池都與電池組的應(yīng)用息息相關(guān)。文章分析的鋰電池容量為300AH，共9箱168組，均為實(shí)際應(yīng)用的電動(dòng)汽車鋰電池，觀察并分析鋰電池的整個(gè)充電過(guò)程，得出充電時(shí)單體電壓隨SOC的變化規(guī)律。電池組充電時(shí)的總電壓最大值為380V，最小值為362V，平均值為373.9V，電壓最大值與最小值之間的差異小，不存在顯著的電壓波動(dòng)，表明鋰離子電池在充電中的電壓具有穩(wěn)定性。充電時(shí)電流基本保持不變，恒定值為72.8A，電池SOC為30%～100%。電動(dòng)汽車單體電池的最大電壓為3.6V，根據(jù)電壓變化觀察電池的性能。從季節(jié)角度來(lái)看，冬季、春季最大單體電壓的變化趨勢(shì)與最小單體電壓的變化趨勢(shì)具有一致性。

通過(guò)分析充電中模塊溫度隨SOC的變化情況可知，電池組充電中模塊溫度變化與SOC變化相關(guān)，最高溫與最低溫都隨SOC的增大而增加，模塊溫度最高可增長(zhǎng)4℃，而最低可降低3℃。在同一時(shí)刻，單體最大電壓值與單體最小電壓的最大差值為0.21V，這表明電動(dòng)汽車應(yīng)用鋰電池的性能高，具有穩(wěn)定性和一致性。除此以外，電動(dòng)汽車鋰電池充電2.5h，就能實(shí)現(xiàn)電量從50%增加至100%，充電速度快，而溫度變化始終保持在4℃之內(nèi)。這表明鋰電池的應(yīng)用參數(shù)具有較高的穩(wěn)定性。

2.2 鋰電池放電性能

通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控電動(dòng)汽車鋰電池電壓、溫度、電路等一般數(shù)據(jù)資料，可以總結(jié)出，電動(dòng)汽車鋰電池在放電過(guò)程中，總電壓保持在346.8～364.2V之間，不存在特定的變化規(guī)律，但呈現(xiàn)出較強(qiáng)穩(wěn)定性?？傠娏鞅３衷?.2A～256A，呈現(xiàn)出顯著變化，這與電動(dòng)汽車的車速相關(guān)，電動(dòng)汽車在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，并不是保持同一個(gè)速度運(yùn)行。鋰電池放電過(guò)程中，電池模板最高溫度差和最低溫度差都是1℃。單體電池電壓的最大值與最小值基本保持在3.11V～3.32V之間，變化幅度不大，電壓變化具有一致性。鋰電池放電過(guò)程中各項(xiàng)參數(shù)變化的穩(wěn)定性雖然不及充電過(guò)程，但其波動(dòng)是在固定的范圍內(nèi)，并不存在顯著的參數(shù)變化，表明鋰電池后放電過(guò)程中仍表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性和一致性。

根據(jù)電動(dòng)汽車的實(shí)際運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，如果將磷酸鐵鋰電池應(yīng)用于混合動(dòng)力公交汽車的儲(chǔ)能裝置中，能夠?qū)⒅苿?dòng)、下坡產(chǎn)生的能量回收，并保存至蓄電池中，并再次利用，有效實(shí)現(xiàn)零排量，有利于節(jié)約原來(lái)汽車的燃油消耗，這也是鋰電池應(yīng)用的重要方向。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著節(jié)能減排意識(shí)在世界各國(guó)受到廣泛關(guān)注，鋰離子電池技術(shù)的研究日益加深，有效開(kāi)發(fā)并完善鋰離子電池在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用性能。同時(shí)，鋰離子電池在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用也是我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必由之路，要不斷完善鋰電池的加工制作工藝，充分發(fā)揮其良好性能。

參考文獻(xiàn)

[1]賈永麗，李海英，張丹，等.動(dòng)力鋰電池在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用[J].節(jié)能，2014（12）：4-7.

[2]周西峰，賈星遠(yuǎn)，郭前崗.電動(dòng)汽車鋰電池組主動(dòng)均衡的研究[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2015（19）：77-79.