淺談電動車輛動力電池的性能特點及其發展

陳嘉奇

摘 要：環境污染和石油資源短缺問題日益嚴重，電動汽車的發展受到了世界各國的高度重視。在我國，電動汽車作為“十五”863重大專項項目，國家投入巨資予以支持。專用動力電池作為電動汽車的車載能源和電動汽車開發的關鍵技術，直接影響電動汽車實用化、商業化的進程。為了提高動力電池性能，本文對鋰電池、鎳氫電池、鉛酸電池、燃料電池性能特點進行分析，并對這些電池的未來發展情況進行推測。再對目前用于電動車的各種電池性能特點分析的基礎上，認為鎳氫電池在電動車領域屬于未來三到五年的過度產品，動力鋰離子電池將在兩到三年后初步實現規模化，而燃料電池的商品化應用預計還需要十年及以上的發展時間。

關鍵詞：電動車;鋰電池;燃料電池;鎳氫電池

眾所周知，近幾年我國空氣質量已經大大不如從前，為了改善城市空氣質量，減少燃油排氣，部分城市推出了電動車輛環保行動，給電動車產業帶來了發展。目前電動車輛供電采用的電池種類有鎳氫電池、鋰電池、鉛酸電池、燃料電池。鉛酸電池投放市場的應用時間最長，也是比較成熟、成本較低的電池，缺點是能力和體積較小，充一次電后行程短，運行效率低，在車輛上的使用不盡人意。鎳鎘電池的充放電倍率比鉛酸電池優越，推出后得到一定的發展，缺點是由于含有重金屬對環境有污染，發展受限制。這些電池自身存在優點的同時也有一定缺點，為了進一步提高電動車輛電池的質量，需要對各類電池的性能特點做充分的分析，并且對未來發展方向提出建議。

1 電動車輛動力電池的性能比較

電池是電動車輛的動力源泉，也是一直制約電動車輛發展的重要因素。電動車用電池的主要體現在能力、功率、使用年限和成本上。當前對電動車輛主要研究的內容有電動車電機驅動系統、電動車充電技術、充電諧波分析和充電站監控系統等，其中電動車電池技術是主要研究內容之一及重中之重。

車用動力電池分為鉛酸蓄電池、鎳氫蓄電池、鋰離子電池和其它電池和鋰聚合物電池、鋰硫電池、氫燃料電池。韓國、日本和美國是核心技術發展主要國家，其中日韓兩國電池占據74%的市場份額，并且在我國長安、吉利等企業利用率較高，國內比亞迪技術發展比較突出。其技術性能、商用性能、環資評價等方面比較，鋰離子電池發展較好。動力電池產業鏈上，國內以中上游產品為主，下游產品發展動力不足。

電動車應具備優良的駕駛功能和可靠性。電動車用電電池需要具備密度高、輸出功率高、壽命長、充放電效率高、低內阻、無記憶效應、可實現快速充電、安全性高、可靠性高、成本低以及可重復使用等特性，鉛酸電池技術成熟，但是不能快充深放，使用壽命短，不能滿足高性能電動汽車的儲能要求。鋰離子電池能量高、重量輕、循環壽命長，但是價格高;鎳氫電池具有高比功率、電流充放電大、無污染、安全性能好等特點，目前廣泛應用于混合動力車輛上;電容量大、充電快、大電流放電能超強、功率密度高，但比能量極抵等特點，多以不能單獨應用于電動車輛上，作為輔助能源有效顯著;燃料電池為零排放或近似零排放，能源來源豐富，能量轉化率高，但研究成本投入大，開發周期長，目前尚處于產品研發階段;太陽能電池是一種有前途的新型電源，具有永久性、清潔性和靈活性三大特點，但效率低成本高，目前沒有競爭力。

2 電動車輛動力電池的性能特點分析

2.1 鋰電池

鋰電池工作電壓較高、體積小、方便攜帶、使用周期較長、比能量較大、自放電率較小，在使用過程中不會對環境造成污染，并且無記憶效應。因此，鋰電池是我國當前新能源電動車輛研發的主要材料。鋰電池的核心部分為正極材料，經過多年發展，形成了多種鋰電池。這些電池運行功能較高，具有較高的安全性，對溫度控制要求較高，如何更好的控制鋰電池使用環境溫度，保證電池的正常運行成為了重點研究內容。

2.2 燃料電池

燃料電池有氧氣和氫氣兩部分構成，在空氣中發生化學反應后生成電能。這種電池與其它電池差異較大，該電池的正極和負極均不含有活動物質，通過添加催化劑發生化學反應轉換成電能，利用排熱系統、電池性能控制系統、催化劑供給系統、安全系統，構成電池反應環境。由于燃料電池具有燃料多樣化、排放量低、供電效率較高、性能穩定等特點，得到了廣泛應用。目前，已經開發出的燃料電池對溫度要求較低，在低溫環境下便可以反應生產電能，適合在惡劣環境中應用。

2.3 鎳氫電池

鎳氫電池由金屬鎳和氫離子構成，存儲電量較高、體積小、攜帶方便、使用壽命較長，在使用過程中不會對環境造成污染，但是開發成本較高，與鋰電池相比，性能更低一些，自放電率較大。鎳氫電池憑借綠色環保，能夠快速充電，能量密集較高等優勢，得到了廣泛應用。為了進一步提高鎳氫電池性能，我國加大了負極儲氫材料的研究力度。合理控制溫度和金屬條件，重點研究儲氫合金材料便可以提高鎳氫電池性能。

2.4 鉛酸電池

鉛酸電池研發較早，經過多年改進，產品開發技術逐漸成熟。雖然成本售價較低，但是自放電率較高、比能量較低、使用年限少。因此，利用鉛酸電池開發的電動車產品性能較差。目前，難以解決的重要問題是一次性充放電形成短，針對這一問題，采用低阻抗技術，一次控制電池的充放電，使得電池使用壽命得以延長。經過改善后，VRLA鉛酸電池性能得到了明顯的改善，性價比也得到了提升，在微型電動轎車、電動環衛車等領域得到應用。

3 電動車輛動力電池未來發展

在電池技術不斷發展創新的時代背景下，未來發展中，電池結構逐漸改進后，性價比如果能夠滿足市場需求，很可能占據電動車輛市場，成為上班族首選的交通工具。我國新能源汽車技術發展做了長期規劃，全面推廣可充電式混合動力和氫燃料車，以純電動和氫燃料電池（如風能、太陽能、潮汐能等清潔能源）公交車和出租車;全面推廣以純電動（煤炭和水電為來源）為主、以天然氣、二甲醚和混動力為輔的公交車和出租車中期規劃;全面推廣可充電式混合動力和純電動車;我國新能源汽車技術發展短期規劃，重點推廣油電混合動力車輛，大力推廣以非糧食為原料的乙醇燃料和生物柴油車。試點推廣純電動車。

電池是電動車輛發展的首要關鍵因素，車輛動力電池的難點是“低成本高容量高安全要求”，要想在較大范圍內應用于電動車輛上，要依靠先進的蓄電池的發展與篩選。

4 結束語

鉛酸電池屬于低端動力電池，在未來發展中，該電池主要占據低端市場。鎳氫電池開發受綜合因素影響，容易被其它類型電池取代，該電池屬于動力電池發展的過渡產品。鋰電池制造設備尚未成熟，在實際應用中容易出現差錯，不能保證電動車行駛的里程，需要后續完善。燃料電池需要更新材料重新研發，開發時間較長，研發時間大概需要十年以上。

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