電動車電池的發展現狀

郭自強

（中國電工技術學會電動車輛專業委員會技術服務中心，上海 200126）

電池是電動車的能源，是影響電動車性能的關鍵部件，也是制約電動車發展的關鍵。為適應電動車的需要，電動車用電池發展也很快。文章簡述了近幾年各種電動車電池的發展概況及看法。

1 鉛蓄電池

（1）電動自行車用閥控鉛蓄電池

鉛蓄電池因其價格便宜、材料來源豐富、比功率較高、技術和制造工藝較成熟、資源回收率高等綜合因素被各國各種電動車普遍采用和廣泛研究。

電動自行車作為省力、方便、快速、舒適、價廉、零排放的個人交通工具已被人們廣泛接受，并受到國家有關部門的重視。由國務院發展研究中心、國家發改委、建設部、科技部等部委參與的《輕型電動車產業發展戰略研究》課題組提出了“輕型電動車產業發展戰略研究”報告。電動自行車的全國保有量已達3 000萬輛以上。95%以上的電動自行車都用閥控鉛蓄電池。

第一，綜合性能有很大提高。

近10年來，電動自行車用閥控鉛蓄電池的綜合性能有很大提高。以6-DZM-10電池為例。1997年，該型電池存在容量不足，2 h率 （5 A） 放電容量達不到10 Ah；比能量低，2 h率的比能量不到30 Wh/kg；壽命短，100%放電深度的循環壽命只有50～60次（容量降到8 Ah前；以下同） ，使用壽命只有3～5個月等問題。

到2003年，2 h率 （5 A） 放電容量達到11～13 Ah；2 h率比能量達到33～36 Wh/kg；100%放電深度的循環壽命達到250～300次，使用壽命可達到12個月以上。電動自行車用閥控鉛酸蓄電池存在的問題基本得到解決。

近2年，該類型電池的深循環壽命性能又有新的、突破性進展。主要表現為：2 h率（5 A） 放電初始容量達到14 Ah；2 h率比能量達到38 Wh/kg；100%放電深度的循環壽命超過400次，放出總容量為4 500 Ah，相應累計行駛里程約18 000 km （以4 km/Ah計，以下同） 。最高的深循環壽命超過600次，放出總容量為6 151 Ah，相應累計行駛里程約24 600 km。如果以容量低于7 Ah為壽命終止標志，深循環壽命為943次循環，放出總容量為8 710 Ah，相應累計行駛里程約34 800 km。如果按深循環壽命250次或放出的總容量為2 250 Ah、相應累計行駛里程為9 000 km的電池組可保證使用1年，那么該類型電池的使用壽命達到2年已不是夢了。

當然，目前生產電動自行車用閥控鉛蓄電池的大小廠家約有200家，產品質量參差不齊，能夠在容量、比能量、壽命 （尤其重要） 等全面指標達到要求的生產廠家不多。

第二，重視與充電器的匹配。

在多年的使用實踐中，電動自行車的整車廠家和蓄電池廠家都逐漸認識了蓄電池與電驅動系統相關設備之間匹配的重要性，特別是與充電器的匹配。制造質量是蓄電池質量的前提，但只有在與其相匹配的充電器一起使用才能發揮高質量蓄電池應有的優越性能，否則高質量蓄電池不能完全發揮其潛在的優越性能。

不同廠家的蓄電池由于在配方、結構、酸濃度等方面的差別，其合適的充電參數是不同的。例如，我們在研究中發現，不同廠家的蓄電池在恒壓階段的充電參數可相差1．5～2．0 V（對36 V的電池組）。合適的充電參數基本要求是：確保電池可充滿，不會因欠充電造成電池容量不正常的衰減；又要確保電池在全壽命期間不會因過充電而造成電池嚴重失水和產生熱失控。

（2）純電動車用鉛蓄電池

早期純電動車用的開口式鉛蓄電池采用了“八五”規劃期間的研究成果，已取得了可用19個月 （12萬km）的成功經驗，關鍵是積累了控制好充電方式、放電深度、及時補水等一套系統匹配的工作經驗和精心維護的經驗。近年來四輪微型電動車 （包括游覽車、巡邏車、高爾夫球車、短距離道路車等） 發展很快，車上采用的大多是開口式鉛蓄電池。相應型號的電池受到蓄電池制造廠家的青睞。

近年來，電動車采用的是閥控式密封鉛蓄電池新產品，其性能為：3 h率容量55 Ah；3 h率下比能量為33 Wh/kg和84 Wh/L；75%放電深度的循環壽命達到400次以上。相信電動自行車用的閥控鉛蓄電池成功的經驗可推廣到純電動車用閥控鉛蓄電池，性能將會有進一步的提高。

（3）混合電動車用鉛蓄電池

現在混合電動車基本分為3類：輕度混合型 （即電動系統主要用于起動和回收制動能量，即將在所有汽車上推廣的42 V電系統屬于此型） 、中度混合型 （即電動系統用于起動、回收制動能量和中、短距離的行駛） 、重度混合型 （即電動系統用于起動、回收制動能量和較長距離的行駛，也稱為“Plug-in”） 。

在國內外文獻中已明確：在輕度混合的電動汽車中，閥控鉛蓄電池是有優勢的，主要因其成本低，技術成熟，性能可靠；中度混合的電動汽車用的閥控鉛蓄電池，ALABC （先進鉛酸蓄電池聯合體） 正在組織研制，準備與MH-Ni蓄電池爭奪中度混合電動汽車的市場，現已推出并進行了車上試驗的卷繞式雙極耳電池和TMF （金屬薄膜） 電池；在重度混合的電動汽車領域，鉛蓄電池的比能量低，無法滿足電動系統較長距離的行駛要求。

閥控鉛蓄電池在混合電動摩托車上也有前途，國內最近推出的以燃油或燃氣發動機和閥控鉛蓄電池及電機雙動力的輕型混合電動摩托車產品，很受市場歡迎。

在此，還要提醒廣大消費者：市場上的電池產品質量參差不齊。因此，建議使用單位要建立一套規范的程序，按接近實際使用的條件，對選用的電池成組地進行測試評估。只有經過全面、嚴格、定量地檢測，進行橫向比較和評估，才能科學地評價和選擇，不能只做某個單項測試，更不能只看宣傳、廣告資料。

鉛蓄電池是已有100多年歷史的老產品，比能量較低，因此很多人認為鉛蓄電池是落后、過時的產品，在電動車上應用的前途不大，進一步開發的必要性不大。筆者認為，鉛蓄電池在100多年的歷史中得到了不斷的改進提高，有的是革命性的飛躍式提高，如從開口式流動電解液的鉛蓄電池發展到密封式無流動電解液的閥控鉛蓄電池；比能量從不到10 Wh/kg提高到40 Wh/kg，；已開發出可像汽車加油一樣在幾分鐘內實現充電的快速充電技術；超高速率閥控鉛蓄電池比功率已達到2～4 kW/kg等。綜上所述，筆者認為：

第一，因價格便宜，材料來源豐富，制造和回收技術及工藝都較成熟，資源回收率高等綜合因素，在一定時期內鉛蓄電池仍將是商業化電動車主要采用的電池。

第二，隨著性能不斷地改進提高，鉛蓄電池將保持在電動車上應用的顯著地位，很難被完全取代，因此要重視對它的研究和改進提高。

第三，在實際使用中，消費者應根據使用對象、維護條件和專業化程度，選擇使用壽命長、成本低的品種，不必盲目追求最新的品種和單項指標 （如比能量） 好的產品。

2.金屬氫化物-鎳蓄電池 （MH-Ni）

我國MH-Ni蓄電池在純電動汽車和電動自行車上真正使用的不多。MH-Ni蓄電池在混合電動車 （包括轎車和巴士） 上已普遍采用，成為主流采用的電池。但是價格高和資源有限是限制MH-Ni蓄電池在混合電動車上推廣和發展的因素。因此，價廉的鉛蓄電池，性能更優越、價格相近的鋰離子蓄電池將是MH-Ni蓄電池在混合電動車上應用的競爭對手。

3.鋰離子蓄電池 （包括聚合物鋰離子蓄電池）

在安全性好、循環性能好、比容量高的新型價廉正極材料發展的推動下，電動自行車用的鋰離子蓄電池已接近實用。有幾家公司已可提供較成熟的、裝有電池管理系統（BMS） 的電動自行車用鋰離子蓄電池。也有專門生產用鋰離子蓄電池的電動自行車廠家。筆者認為電動自行車用的鋰離子蓄電池將是首先商業化、大批量在車上使用的動力型電池；它將是繼鉛蓄電池之后所占比例較大的實用化電池，也將成為用于高端電動自行車產品的電池。

關于大型鋰離子蓄電池在純電動轎車和電動巴士，以及在混合電動車上試用，展覽示范的已有不少報道。根據現在的鋰離子蓄電池發展水平和經驗，認為電動自行車用48 V10 Ah以下電池組的安全性是有保障的，但大型鋰離子蓄電池要在商業化電動車輛上使用還要做許多艱苦的工作，其原因主要是：純電動轎車和電動巴士，以及混合電動車上使用的電池數量多、系統復雜，安全性難度更大，對可靠性和一致性的要求更高，價格太高等。曾經報道過深圳比亞迪要在2005年提供200輛以鋰離子蓄電池為動力源的電動轎車組成出租車隊之事，現在已推遲到2007年了。

4.燃料電池

燃料電池將化學能直接轉換成電能供給電動機來驅動車輛。它的主要優點是：效率高、可節省燃料、零排放、噪音小等，特別適合于做車輛動力源。氫燃料電池車將是理想的、最終取代以石油產品為燃料的汽車。

“十五”期間，我國氫燃料電池車方面有長足的發展。上海、北京、湖北武漢等地都曾報道過氫燃料電池為動力的轎車和巴士樣車進行試驗和示范運行。由我國科技部、聯合國開發計劃署、全球環境基金共同支持的中國燃料電池公共汽車示范項目正在積極進行，2005年11月，3輛戴-克燃料電池公共汽車進行了交接儀式，將在北京384線路上示范運行。上海的“超越1，2，3號”氫燃料電池轎車，跨了3步。“超越3號”在2006年6月法國巴黎進行的清潔能源汽車挑戰賽上，獲得廢氣排放、能源效率、發動機噪音和二氧化碳排放4項指標的A級。

在“十五”氫燃料電池車方面有長足發展的基礎上，“十一五”期間對氫燃料電池車提出了宏偉的規劃。最近公布的《2006—2008年度上海市新能源汽車推進項目指南》中明白地傳遞了一個信息：在代用燃料車、混合動力車和燃料電池車新能源汽車三大主流技術中，上海選擇了主攻燃料電池車，兼顧混合動力車和代用燃料車。同時啟動了“百千萬”計劃，即2008年開始，小批量生產100輛燃料電池車，并形成示范車隊；2009年，將生產1 000輛燃料電池轎車，投入出租車使用；到2011—2012年左右將形成1萬輛燃料電池車生產目標。

據《中國汽車報》報道：在“十一五”國家“863”計劃節能與新能源汽車重大項目論證會結束后對中國工程院院士郭孔輝和全國清潔汽車行動專家組組長王秉剛采訪時，2位專家都表達了這樣的觀點：“目前，節能與新能源汽車重大項目應當將更多的力量放在產品的技術突破上。”“燃料電池汽車還是要把重點放在技術攻關上，而不是產品的生產數量上。因為目前燃料電池的壽命還很短，使用的貴金屬數量相對較多，商業化成本太高。”王秉剛更直接表達了自己的觀點，認為在2010年達到1 000輛的生產規模太快了，在技術上很難實現。

此前，在參加“十五”電動汽車重大科技專項的驗收會上，全國政協副主席、中國工程院院長徐匡迪對電動汽車下一步的發展提出了3點建議。他強調：對電動汽車的考核，不能僅僅著眼于能量密度、速度等研究性考核，而更應該從用戶實際使用的角度加強考核；不能缺少對產品產業化的經濟合理性的分析，要有成本意識。

《電源技術》雜志曾報道了對專門從事燃料電池研究的衣寶廉院士的采訪，他表示，燃料電池電動車要作為一個商品進入市場，需要解決的技術問題還很多，主要有4大方面：

第一，最關鍵的要解決壽命問題。目前，在不考慮低溫貯存和啟動，不考慮反應氣中的雜質等因素情況下，壽命為2 200 h。要想真投放市場，壽命至少要5 000 h以上，最好是10 000 h，而且要考慮低溫貯存和啟動、考慮氫和空氣的反應氣中雜質等因素影響。

第二，成本。只有發展批量生產技術才能將成本降下來。但現在技術還未定型，建立批量生產線有困難，因此目前世界范圍內還沒有批量生產線，有的只是小型示范線。

第三，可靠性和可使用性。燃料電池系統較復雜，可靠性和可使用性現在還比不上內燃機。

第四，車載貯氫能力有待提高。燃料電池電動車上貯氫量至少要使車能像普通汽油車一樣能行駛500 km以上。而目前的燃料電池電動車用高壓貯氫，一般只能行駛250～300 km。

對燃料電池及其電動車，在“十五”前夕曾著文宣傳燃料電池用于電動車的優點，認為是理想的電動汽車動力源，與其他業內同仁呼吁國家給予重視、加強投資強度。但是理想與實際有距離，尤其是對車輛這樣千百萬用戶使用的工業品，更要在科學、全面的分析基礎上做出規劃。國外曾多次報道過對氫燃料電池車實現商業化時間的預言，大多都失言了。最近，美國預見在10～15年后氫燃料電池車實現商業化，我們認為可能還是太樂觀，因為：①目前的氫燃料電池有些本質問題還難于解決；②類似的預見已失信多次；③更關鍵的問題是目前的車用燃料電池要用白金作催化劑，而白金的世界貯量有限，根本無法滿足普及化的燃料電池電動車需要。因此，筆者非常同意上述知名人士的真知灼見：燃料電池是一種反映國家綜合科技水平和能力的電池產品，現階段應該把重點放在投資研究上，要真正商業化用到電動車為時還遠，輕型電動車上真正商業化應用可能更小，規劃要留有余地，燃料電池電動車的發展應該是循序漸進的過程。

5.鋅-鎳蓄電池（Zn-Ni）

Zn-Ni蓄電池曾被認為是應提倡的電動車用蓄電池。從4～5年的市場篩選來看，在商業化的電動車上幾乎沒有使用。這主要是由于Zn-Ni蓄電池的價格貴 （1VAh要2．5～4元，為鉛蓄電池的4～6倍） ；循環過程中，初期容量衰減率大，影響了蓄電池組實際可使用的壽命。另外，鋰離子蓄電池的迅速發展和價格降低，使Zn-Ni蓄電池在電動車上應用更加缺乏競爭力。

6.鋅空氣電池

鋅空電池是金屬-空氣電池的一種，屬于半燃料電池范疇。它有比能量高、原材料豐富、價格不高、無污染等優點，被認為是電動車用電池的有競爭力的候選者。

美籍華人曾在上海成立了生產機械可充鋅空電池的博信 （Power Zinc） 公司，并已建成示范車間。該公司制造的電動自行車和電動摩托車用鋅空電池裝車進行了行駛里程測試，分別達到150 km和250 km，并做了大量的推廣應用工作，在上海市建立了50個電池更換點。但是不到1年，此推廣試用工作就停止了，市場篩選的結果是沒有被用戶接受。此后在有些領導支持下，做了一輛用該公司制造的鋅空電池為動力源的電動巴士，但受鋅空電池高功率性能差的限制，車的啟動和加速性能明顯較差。

國內外在開發電動車用鋅空電池方面已經做了許多工作。近年來國內電動車用鋅空電池的研制工作又重新興起，但是實踐證實了鋅空電池原來應有的優越性，同時也暴露了一些國外已報道過的問題，如鋅電極更換服務系統和再生成本，氧電極的壽命，電池的電解液滲漏、爬漏或溢出等。這些問題影響鋅空電池在電動車上推廣應用。市場篩選的結果也證明用戶沒有接受。因此，對電動車用鋅空電池的開發要認真總結國內外經驗和教訓。

7.小結

我國電動車用電池的研究開發范圍很廣，基本上涉及了世界上正在研究開發的主要幾種電動車用電池。綜上所述，對電動車電池市場發展的前景，筆者認為：

第一，鉛蓄電池因其價格便宜、材料來源豐富技術和制造工藝較成熟等綜合因素，將是商業化電動車主要采用的電池，隨著性能不斷地改進提高將保持它在電動車上應用的顯著地位，很難被完全取代，要重視對它的研究和改進提高。

第二，電動自行車用鋰離子蓄電池及聚合物鋰離子蓄電池將是首先商業化、大批量在車上使用，它將是繼鉛蓄電池之后所占比例較大的實用化電池，將用于高端電動自行車產品。大型鋰離子蓄電池和鋰聚合物蓄電池在商業化電動車輛 （轎車、巴士和混合電動車） 上使用還要經過許多艱苦的工作，安全性、價格、電池數量多，系統復雜等是主要制約因素。

第三，MH-Ni蓄電池在我國的純電動汽車和電動自行車上真正使用的不多；在混合電動車上已普遍采用 （包括轎車和巴士） ，成為主流電池。但高價格和資源問題限制其推廣和發展。

第四，燃料電池雖然有許多優點，被認為是未來汽車的理想動力源。但要推廣應用和商業化不是近期能實現的，還要有相當一段時間。要關心其進展情況，積極研究開發，跟上世界發展步伐，力爭創新、超越。

第五，Zn-Ni蓄電池經市場篩選幾乎沒被采用。鋰離子蓄電池的迅速發展和價格降低，使Zn-Ni蓄電池在電動車上應用更加困難。

第六，鋅空電池近年來做了大量的推廣應用工作，經市場篩選沒有被采用。國內外在開發電動車用鋅空電池方面已經做了許多工作。再對電動車用鋅空電池的開發要認真總結國內外經驗和教訓。要解決鋅電極更換服務系統和再生成本、及存在的其他有關問題才能在電動車上推廣應用。