電動汽車可以分為兩大類蓄電池�燃料電池�蓄電�適用于純電動汽車,可以歸類為鉛酸蓄電�、鎳基電池(鎳一氫及鎳一金屬氫化物電�、鎳一福及鎳一鋅電池)、鈉?電池(鈉一硫電池和鈉一氯化鎳電池)、二�鋰電�、空氣電池等類型。而燃料電池專用于燃料電池電動汽車,可以分為堿性燃料電�(AFC)、磷酸燃料電�(PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC )、固體氧化物燃料電池(SOFC)、質子交換膜燃料電池(PEMFC )、直�甲醇燃料電池(DMFC )等類��
電動汽車電池可以分為兩大�,即蓄電池和燃料電池。蓄電池適用于純電動汽車,可以歸類為鉛酸蓄電�、鎳基電池(鎳一氫及鎳一金屬氫化物電�、鎳一福及鎳一鋅電池)、鈉?電池(鈉一硫電池和鈉一氯化鎳電池)、二次鋰電池、空氣電池等類型。而燃料電池專用于 燃料電池電動汽車,可以分� 堿性燃料電�(AFC)� 磷酸燃料電池(PAFC)� 熔融碳酸鹽燃料電�(MCFC )� 固體氧化物燃料電�(SOFC)� 質子交換膜燃料電�(PEMFC )� 直接甲醇燃料電池(DMFC )等類��
隨著電動汽車的種類不同而略有差異。在僅裝備蓄電池的純電動汽車�,蓄電池的作用是汽車驅動系統(tǒng)的惟一動力�。而在裝備傳統(tǒng)�(fā)動機(或燃料電�)與蓄電池� 混合動力汽車�,蓄電池既可扮演汽車驅動系統(tǒng)主要動力源的角色,也可充當輔助動力源的角�。可見在低速和啟動�,蓄電池扮演的是汽車驅動系統(tǒng)主要動力源的角色;在全負荷加速時,充�?shù)氖禽o助動力源的角�;在正常行駛或減�、制動時充當?shù)氖莾Υ婺芰康慕巧?/FONT>
燃料電池由陽�、陰�� 電解質和 隔膜構成。燃料在陽極氧化,氧化劑在陰極還�。如果在陽極(� 外電路的負極,也可稱燃料�)上連續(xù)供給氣態(tài)燃料(氫氣),而在陰極(即外電路的正�,也可稱空氣�)上連續(xù)供給氧氣(或空�),就可以在電極上連續(xù)�(fā)生電化學反應,并�(chǎn)生電�。由此可見,燃料電池與常�(guī)電池不同,它的燃料和氧化劑不是儲存在電池�(nèi),而是儲存在電池外部的儲罐�。當它工�(輸出電流并做�)時,需要不間斷地向電池�(nèi)輸人燃料和氧化劑并同時排出反應產(chǎn)�。因此,從工作方式上�,它類似于常�(guī)的汽油或柴油�(fā)電機。由于燃料電池工作時要連續(xù)不斷地向電池�(nèi)送入燃料和氧化劑,所以燃料電池使用的燃料� 氧化劑均為流�(氣體或液�)。最常用的燃料為純氫、各種富含氫的氣�(如重整氣)和某些液�(如甲醇水溶液),常用的氧化劑為純氧、凈化空氣等氣體和某些液�(� 過氧化氫和硝酸的水溶液等)�
燃料電池陽極的作用是為燃料和電解液提供公共界�,并對燃料的氧化�(chǎn)生催化作�,同時把反應中產(chǎn)生的電子傳輸?shù)酵怆娐坊蛘呦葌鬏數(shù)郊靼搴笤傧蛲怆娐穫鬏?。陰�(氧電�)的作用是為氧和電解液提供公共界面,對氧的還原�(chǎn)生催化作用,從外電路向氧電極的反應部位傳輸電�。由于電極上�(fā)生的反應大多為多相界面反�,為提高反應速率,電極一般采用多孔材料并涂有電催化劑�
電解質的作用是輸送燃料電極和氧電極在電極反應中所�(chǎn)生的離子,并能阻止電極間�
接傳遞電��
隔膜的作用是傳導離子、阻止電子在電極間直接傳遞和分隔氧化劑與還原�。因此隔�
必須是抗電解質腐蝕和絕緣的物�,并具有良好耐潤濕性�
電動汽車電池組由多個電池串�(lián)疊置組成。一個典型的電池組大約有96個電�,充電到4.2V的鋰離子電池而言,這樣的電池組可產(chǎn)生超�400V的總電壓。盡管汽� 電源系統(tǒng)將電池組看作單個高壓電�,每次都對整個電池組進行充電和放電,但電池控制系�(tǒng)必須獨立考慮每個電池的情況。如果電池組中的一個電池容量稍微低于其他電�,那么經(jīng)過多個充�/放電周期�,其充電狀�(tài)將逐漸偏離其它電池。如果這個電池的充電狀�(tài)沒有周期性地與其它電池平衡,那么它最終將進入深度放電狀�(tài),從而導�?lián)p壞,并最終形成電池組故障。為防止這種情況�(fā)�,每個電池的電壓都必須監(jiān)視,以確定充電狀�(tài)。此外,必須有一個裝置讓電池單獨充電或放�,以平衡這些電池的充電狀�(tài)�
電池組監(jiān)視系�(tǒng)的一個重要考慮因素是通信接口。就PC板內(nèi)的通信而言,常用的選項包括串行外設接口(SPI)總線、I2C總線,每種總線的通信開銷都很�,適用于低干擾環(huán)境。另一個選項是 控制器局域網(wǎng)(CAN)總線,這種總線在汽車應用中被廣泛使�。CAN總線非常魯棒,具有誤差檢測和故障容限特�,但是它的通信開銷很大,材料成本也很高。盡管從電池系統(tǒng)到汽車主CAN總線的連接是值得要的,但在電池組�(nèi)采用SPI或I2C通信是有�(yōu)勢的�
電池快充壽命衰減驚人盲目建站風險�?
私人購買新能源汽車補貼標準出臺后,部分試點城市的“再補貼”政策也隨即出臺,新能源汽車消費正逐步啟動。面對廣闊的市場前景,國家電�(wǎng)� 南方電網(wǎng)、中海油、中石化等巨頭紛� 跑馬圈地,各地掀起一股興建充電站的風��
截至目前� 上海漕溪、深� 龍崗、成都石�、唐� 南湖、延�、鄭州� 南寧等地已經(jīng)建成、在建或近期將開建大量的充電�,其中上海計劃在三年�(nèi)達到5000個充電樁的規(guī)�� 長春計劃三年�(nèi)建成15個充電站�5000個充電樁……電池尺�、充電接口是否統(tǒng)一?電池質量能否過�?快速充電對電池的損害究竟有多大?等一系列問題開始暴露出來�
簡介
電動汽車用電池為化學電源,它的分類方法很�。按電解液分為:
a.堿性電池。即電解液為堿性水溶液的電��
b.酸性電�。即電解液為酸性水溶液的電��
c.中性電�。即電解液為中性水溶液的電��
d.有機電解質溶液電池。即電解液為有機電解質溶液的電池�
按活性物質的存在方式分為�
a.活性物質保存在電極�??煞譃橐淮坞�?非再生式,原電池)和二次電�(再生�,蓄電池)�
b.活性物質連續(xù)供給電極??煞譃榉窃偕剂想姵睾驮偕剂想�?�
按電池的某些特點分為�
a.高容量電��
b.免維護電��
c.密封電池�
d.燃結式電��
e.防爆電池�
f.扣式電池、矩形電�、圓柱形電池��
盡管由于化學電源品種繁多,用途廣�,外形差別大,使上述分類方法難以�(tǒng)一,但習慣上按其工作性質及存貯方式不�,一般分為四類:
一次電�
一次電池,又稱“原電池�,即放電后不能用充電的方法使它復原的電池。換言�,這種電池只能使用一次,放電后電池只能被遺棄�。這類電池不能再充電的原因,或是電池反應本身不可�,或是條件限制使可逆反應很難進行。如�
鋅錳干電池Zn│NH4Cl·ZnCl2│MnO2(C)
鋅汞電池Zn│KOH│HgO
銀鋅電池Zn│KOH│Ag2O
二次電池
二次電池,又稱“蓄電池”,即放電后又可用充電的方法使活性物質復原而能再次放電,且可反復多次循�(huán)使用的一類電池。這類電池實際上是一個化學能量貯存裝�,用直流電將電池充足,這時電能以化學能的形式貯存在電池�,放電時,化學能再轉換為電能。如�
鉛酸電池Pb│H2SO4│PbO2
鎳鎘電池Cd│KOH│NiOOH
鎳氫電池H2│KOH│NiOOH
鋰離子電池LiCoO2│有機溶劑│6C
鋅空氣電池Zn│KOH│O2(空氣)
貯備電池
貯備電池,又稱“激活電池�,是�、負極活性物質和電解液不直接接觸,使用前臨時注入電解液或用其他方法使電池激活的一類電�。這類電池的正、負極活性物質的化學變質或自放電,因與電解液的隔離而基本上被排�,從而使電池能長時間貯存。如�
鎂銀電池Mg│MgCl2│AgCl
鈣熱電池Ca│LiCl-KCl│CaCrO4(Ni)
鉛高氯酸電池Pb│HclO4│PbO2
燃料電池
燃料電池,又稱“連續(xù)電池�,即只要活性物質連續(xù)地注入電�,就能長期不斷地進行放電的一類電�。它的特點是電池自身只是一個載�,可以把燃料電池看成一種需要電能時將反應物從外部送入電池的一種電�。如�
氫燃料電池H2│KOH│O2
肼空燃料電池N2H4│KOH│O2(空氣)
必須指出,上述分類方法并不意味著某一種電池體系只能分屬一次電池、二次電�、貯備電池或燃料電池。恰相反,某一種電池體系可以根�(jù)需要設計成不同類型的電�。如鋅銀電池,可以設計成一次電�,也可以設計成二次電�,或貯備電池�
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化學電池品種繁多,性能各異。常用以表征其性能的指標有:電性能、機械性能、貯存性能�,有時還包括使用性能和經(jīng)濟成�。我們主要介紹其電性能和貯存性能。電性能包括:電動勢、額定電�、開路電�、工作電�、終止電�、充電電�、內(nèi)�、容量、比能量和比功率、貯存性能和自放電、壽命等。貯存性能主要取決于電池的自放電大��
電動�
電池的電動勢,又稱電池標準電壓或理論電壓,為電池斷路時正負兩極間的電位差�
額定電壓
額定電壓(或公稱電�),系指該電化學體系的電池工作時公認的標準電壓�
開路電壓
電池的開路電壓是無負荷情況下的電池電壓。開路電壓不等于電池的電動勢。必須指出,電池的電動勢是從熱力學函�(shù)計算而得到的,而電池的開路電壓則是實際測量出來的�
工作電壓
系指電池在某負載下實際的放電電壓,通常是指一個電壓范圍�
?�?終止電壓
系指放電終止時的電壓值,視負載和使用要求不同而異�
充電電壓
系指外電路直流電壓對電池充電的電壓。一般的充電電壓要大于電池的開路電壓,通常在一定的范圍�(nèi)
�(nèi)�
蓄電池的�(nèi)阻包括:正負極板的電�,電解液的電�,隔板的電阻和連接體的電阻��
正負極板電阻
目前普遍使用的鉛酸蓄電池�、負極板為涂膏式,由鉛銻合金或鉛鈣合金板柵架和活性物質兩部分構成。因�,極板電阻也由板柵電阻和活性物質電阻組成。板柵在活性物質內(nèi)�,充放電�,不會發(fā)生化學變�,所以它的電阻是板柵的固有電�。活性物質的電阻是隨著電池充放電狀�(tài)的不同而變化的�
當電池放電時,極板的活性物質轉�?yōu)榱蛩徙U(PbSO4),硫酸鉛含量越大,其電阻越大。而電池充電時將硫酸鉛還原為鉛(Pb),硫酸鉛含量越小,其電阻越小�
電解液電�?
電解液的電阻視其濃度不同而異。在�(guī)定的濃度范圍�(nèi)一旦選定某一濃度�,電解液電阻將隨充放電程度而變。電池充電時,在極板活性物質還原的同時電解液濃度增加,其電阻下�;電池放電時,在極板活性物質硫酸化的同時電解液濃度下降,其電阻增加�
隔板電阻
隔板的電阻視其孔率而異,新電池的隔板電阻是趨于一個固定�,但隨電池運行時間的延長,其電阻有所增加。因�,電池在運行過程中有些鉛渣和其他沉積物在隔板�,使得隔板孔率有所下降而增加了電阻�
連接體電�
連接體包括單體電池串�(lián)時連接條等金屬的固有電�,電池極板間的連接電阻,以及正、負極板組成極群的連接體的金屬電阻,若焊接和連接接觸良好,連接體電阻可視為一固定電阻�
每只電池所呈現(xiàn)的內(nèi)阻就是上述物體電阻的總和,電池內(nèi)阻R與電動勢、端電壓及放電電流的關系:Rs=(E-Uf)÷If
電池的內(nèi)阻在放電過程中會逐漸增加,而在充電過程中則逐漸減小。所以,電池在充放電過程�,端電壓也會因其�(nèi)阻的變化而變動。故端電壓在放電時低于電池的電動�,充電時又高于電池的電動勀�
容量
電池的容量單位為庫侖(C)或安�(Ah)。表征電池容量特性的專用術語有三個:
a.?理論容量。系指根�(jù)參加電化學反應的活性物質電化學當量�(shù)計算得到的電量。通常,理論上1電化當量物質將放�1法拉第電�,即96500C�26.8Ah(1電化當量物質的量,等于活性物質的原子量或分子量除以反應的電子�(shù))�
b.?額定容量。系指在設計和生�(chǎn)電池時,�(guī)定或保證在指定放電條件下電池應該放出的限度的電量�
c.?實際容量。系指在一定的放電條件�,即在一定的放電電流和溫度下,電池在終止電壓前所能放出的電量�
電池的實際容量通常比額定容量大10%�20%�
電池容量的大小,與正、負極上活性物質的�(shù)量和活性有�,也與電池的結構和制造工藝與電池的放電條�(電流、溫�)有關�
影響電池容量因素的綜合指標是活性物質的利用�。換言�,活性物質利用得越充�,電池給出的容量也就越高�
活性物質的利用率可以定義為�
利用�=(電池實際容量/電池理論容量)×100%
�,利用率=(活性物質理論用�/活性物質實際用�)×100%�
比能量和比功�
電池的輸出能量是指在一定的放電條件�,電池所能作出的電功,它等于電池的放電容量和電池平均工作電壓的乘�,其單位常用瓦時(Wh)表示�
電池的比能量有兩�。一種叫重量比能量,用瓦�/千克(Wh/kg)表示;另一種叫體積比能量,用瓦�/�(Wh/L)表示。比能量的物理意義是電池為單位重量或單位體積時所具有的有效電能量。它的比較電池性能�(yōu)劣的重要指標�
必須指出,單體電池和電池組的比能量是不一樣的。由于電池組合時總要有連接條、外部容器和�(nèi)包裝層等,故電池組的比能量總是小于單體電池的比能��
電池的功率是指在一定的放電條件�,電池在單位時間�(nèi)所能輸出的能量。單位是�(W),或千瓦(kW)。電池的單位重量或單位體積的功率稱為電池的比功率,它的單位是�/千克(W/kg)或瓦/�(W/L)。如果一個電池的比功率較�,則表明在單位時間內(nèi),單位重量或單位體積中給出的能量較多,即表示此電池能用較大的電流放電。因�,電池的比功率也是評價電池性能�(yōu)劣的重要指標之一�
貯存性能和自放電
電池�(jīng)過干貯存(不帶電解�)或濕貯存(帶電解液)一定時間后,其容量會自行降�,這個現(xiàn)象稱自放�。所謂“貯存性能”是指電池開路時,在一定的條件�(如溫�、濕�)貯存一定時間后自放電的大小�
電池在貯存期間,雖然沒有放出電能�,但是在電池�(nèi)部總是存在著自放電現(xiàn)�。即使是干貯存,也會由于密封不嚴,進入水份、空氣及二氧化碳等物�,使處于熱力學不�(wěn)定狀�(tài)的部分正極和負極活性物質構成微電池腐蝕機理,自行發(fā)生氧化還原反應而白白消耗掉。如果是濕貯存,更是如此。長期處在電解液中的活性物質也是不�(wěn)定的。負極活性物質大多是活潑金屬,都會發(fā)生陽極自�。酸性溶液中,負極金屬是不穩(wěn)定的,在堿性溶液及中性溶液中也非十分�(wěn)��
電池自放電的大小,一般用單位時間�(nèi)容量減少的百分比表示,即�
自放�=(Co-Ct/Cot)×100%
式中:Co──貯存前電池容�,Ah�
Ct──貯存后電池容�,Ah�
t──貯存時間,用天、周、月或年表示�
自放電的大小,也能用電池貯存至某�(guī)定容量時的天�(shù)表示,稱為貯存壽命。貯存壽命有兩種,即干貯存壽命和濕貯存壽命。對于在使用時才加入電解液的電池貯存壽命,習慣上也稱為干貯存壽命。干貯存壽命可以很長。對于出廠前已加入電解液的電池貯存壽命,習慣上稱為濕貯存壽命(或濕荷電壽命)。濕貯存時自放電嚴重,壽命較�。如銀鋅電池的干貯存壽命可�5�8年,但它的濕貯存壽命通常只有幾個月�
降低電池中自放電的措施,一般是采用純度較高的原材料,或將原材料預先處理,除去有害雜�。也可在負極金屬板柵中加入氫過電位較高的金屬,如Ag、Cd�,還有的在溶液中加入緩蝕�,目的都是抑制氫的析出,減少自放電反應的�(fā)��
壽命
電池的壽命有“干貯存壽命”和“濕貯存壽命”兩個概念。必須指�,這兩個概念僅是針對電池自放電大小而言的,并非電池的實際使用期�。電池的真正壽命是指電池實際使用的時間長��
對一次電池而言,電池的壽命是表征給出額定容量的工作時間(與放電倍率大小有關)�
對二次電池而言,電池的壽命分充放電循環(huán)壽命和濕擱置使用壽命兩種�
充放電循�(huán)壽命,是衡量二次電池性能的一個重要參�(shù)。經(jīng)受一次充電和放電,稱為一次循�(huán)(或一個周�)。在一定的充放電制度下,電池容量降至某一�(guī)定值之�,電池能耐受的充放電次數(shù),稱為二次電池的充放電循�(huán)壽命。充放電循環(huán)壽命越長,電池的性能越好。在目前常用的二次電池中,鎘鎳電池的充放電循�(huán)壽命500�800�,鉛酸電�200�500�,鋰離子電池600�1000�,鋅銀電池很短,約100次左��
二次電池的充放電循環(huán)壽命與放電深度、溫�、充放電制式等條件有關。所謂“放電深度”是指電池放出的容量占額定容量的百分�(shù)。減少放電深�(即“淺放電�),二次電池的充放電循�(huán)壽命可以大大延長�
濕擱置使用壽�,也是衡量二次電池性能的重要參�(shù)之一。它是指電池加入了電解液后開始進行充放電循�(huán)直至充放電循�(huán)壽命終止的時�(包括充放電循�(huán)過程中電池處于放電態(tài)濕擱置的時間)。濕擱置使用壽命越長,電池性能越好。在目前常用的電池中,鎘鎳電池濕擱置使用壽命2�3年,鉛酸電池3�5�,鋰離子電池5�8年,鋅銀電池最�,只�1年左右�
另外,電池的性能還有:低溫性能、耐過充電能力、安全性能等�
當前我國電動汽車電池技術發(fā)展很�,但存在兩個明顯缺��
電動汽車電池的個缺點就是缺乏深層次技術,比如電池的化學問�、物理問�、溫度問題、結構問題等,在這些方面我們研�(fā)還不夠,沒有能夠建立�(shù)學模型把這些問題搞清�。另一個缺點是缺乏評價體系,雖然現(xiàn)在我國部分電動車運行很好,但缺乏好的評價系統(tǒng)。比如電池的安全性怎么�,在高溫、低溫環(huán)境下能不能正常工�,這些都沒有一個好的評��
在中國這樣一個人口稠密的國家,電動汽車市場潛力巨�,與電動汽車�(fā)達國家相�,還有不小差距。所以我們必須追上發(fā)達國家電動汽車研�(fā)的步�,從電源、集成電�、電源板塊等方面進行認真研發(fā),齊心協(xié)力把電池�(chǎn)�(yè)做大做強�
當組合儀表上的相應指示圖標(黃色)點亮或當儀表剩余點亮小于等�25%時,則此時該純電動汽車必須進行充電。(注意:充電溫度要�0℃�55�,放電溫度要求零�20℃�60℃)
具體操作步驟如下�
1、車輛應該停放在遠離易燃易爆物品的室�(nèi),換擋手柄置與“P”擋,拉起手�,點火開關打到“OFF�.
2、檢查冷卻液,確認液位是否正�。檢查充電樁插座,確保安全可��
3、充電時,先插上“交流充電線”的供電�;之�,向上提拉駕駛員座椅左側的開鎖開關,打開充電口蓋,插入“交流充電線”車輛端�
4、當組合儀表上圖標相應圖標(紅色)點亮�,表示充電鏈接裝置已�(jīng)正常連接。當組合儀表上相應圖標(黃色)點亮�,表示電動汽車電池已開始充電�
5、組合儀表相應圖標(黃色)熄滅后,表示動力電池已被充�,請先拔去“交流充電線”車輛端,后拔去“交流充電線”供電段,關好充電口,整理好交流充電線�
相關注意事項�
1、在車載自動啟動的溫度空盒子相關功能正常的情況下,為縮短充電時間,在車輛充電過程�,不建議使用車載用電設備�
2、低溫情況下的充�,空�(diào)會給電池加熱的情況屬于正��
3、如果在電動汽車電池充電過程中遇到故障,請尋求人員進行處理,不要私自嘗試維修�
一、將電動汽車電池充滿電后,按照下圖把電池、電流表、電阻絲連接��?
1)用萬用表測量每一塊電池的電壓,并將其�(shù)值記�,同時記下放電的時間,調(diào)整電
阻絲使電流表指針指在5A上�
2)在放電過程中應保持電流表始終在5A�,并每隔20分鐘測量一次電池電�,同時記下測量�,單只電池電壓下降到10.5V時,放電時間不得低于84分鐘�
�、電動汽車電池內(nèi)部斷�
有的電池�(nèi)部斷�,表�(xiàn)為電池有電壓無電�,整車有�、電機不轉,如更換一組新電池�,整車正常,則是電池的問題�
�、充電器綠燈不轉�
充電時充電器綠燈不轉�,空載時充電器綠燈亮,則一般情況是電池�(nèi)部缺水或缺稀硫酸所�,將電池上蓋打開后,旋下單向閥或安全�,向電池�(nèi)注入適量專用補充液(5ml~8ml�,充�6-10小時即可轉換�
�、電動汽車續(xù)行里程短
1)檢測電池是否有問題,如無問題則檢測下一��
2)檢測整車空載電流和運行電流是否過大,空載電流不應超�1.2安培,運行電流在載重500kg,時�40km/h,平坦水泥或柏油路面行駛時不應大于7.5安培,如出現(xiàn)上述情況則更換控制器或電機再次進行測試�
3)如以上都沒有問�,則需要進行路試�
技巧一:嚴禁存放時虧電
蓄電池在存放時嚴禁處于虧電狀�(tài)。虧電壯�(tài)是指電池使用后沒有及時充�。在虧電狀�(tài)存放電池,很容易出現(xiàn)硫酸鹽化,硫酸鉛結晶物附著在極板上,堵塞了電離子通道,造成充電不足,電池容量下�。虧電狀�(tài)閑置時間越長,電池損壞越嚴重。因此電池閑置不用時,應每月補充電一次,這樣能較好地保持電動汽車電池保養(yǎng)健康狀�(tài)�
技巧二:定期檢�
在使用過程中,如果電動車的續(xù)行里程在短時間內(nèi)突然下降很厲�,則很有可能是電池組中最少有一塊電池出�(xiàn)斷格、極板軟�、極板活性物質脫落等短路�(xiàn)�。因此,應及時到電池修復機構進行檢查、修復或配組。這樣能相對延長電池組的壽�,地節(jié)省開��
技巧三:避免大電流放電
電動汽車在使用過程中,盡量避免瞬間大電流放電。大電流放電容易導致�(chǎn)生硫酸鉛結晶,從而損害電池極板的物理性能�
技巧四:正確掌握充電時�
在使用過程中,應根據(jù)實際情況準確把握充電時間,參考平時使用頻率及行駛里程情況,也要注意電池廠家提供的容量大小說明,以及配套充電器的性能、充電電流的大小等參�(shù)把握充電頻次。一般情況蓄電池都在夜間進行充電,平均充電時間在8小時左右。若是淺放電﹙充電后行駛里程很短﹚,電動汽車蓄電池很快就會充�,繼�(xù)充電就會出現(xiàn)過充�(xiàn)�,導致電池失水、發(fā)�,降低電池壽命。所�,蓄電池以放電深度為60%�70%時充一次電,實際使用時可折算成騎行里程,根�(jù)實際情況進行必要充電,避免傷害性充��
技巧五:防止曝�
電動汽車嚴禁在陽光下曝曬。溫度過高的�(huán)境會使蓄電池�(nèi)部壓力增加而使電池限壓閥被迫自動開�,直接后果就是增加電池的失水量,而電池過度失水必然引�(fā)電池活性下�,加速極板軟化,充電時殼體發(fā)�,殼體起�、變形等致命損傷�
技巧六:避免充電時插頭�(fā)�
充電器輸出插頭松�、接觸面氧化等現(xiàn)象都會寺導致充電插頭�(fā)�,發(fā)熱時間過長會導致充電插頭短路,直接損害充電器,帶來不必要的損�。所以發(fā)�(xiàn)上述情況時,應及時清除氧化物或更換接插件�
有分析稱,在未來幾年的時間里,在電動汽車領域的知識產(chǎn)權競爭中,日本將走在美國、歐洲和其他國家的前列。但由于電動汽車�(chǎn)�(yè)正處于快速成長期,許多關鍵技術尚未出�(xiàn)成熟的解決方�,美國和歐洲依托其強大的基礎研究�(yōu)�,極有可能在某些關鍵技術上率先取得突破性進展,重新獲得競爭優(yōu)�。加之韓國和中國等汽車產(chǎn)�(yè)的后起之秀不斷加大電動汽車的研�(fā)投入,可以預料未� 電動汽車的競爭格局將更加復��
目前,日本純電動汽車用蓄電池的研究主要集中在鋰電池,其次為鉛酸電�� 鎳氫電池和鈉電池等。從世界范圍�(nèi)的專利申請的總量來看,日本擁有的純電動汽車用蓄電池及其管理系�(tǒng)相關專利申請�(shù)量最�。從日本國內(nèi)的專利申請量來看,超�90%的專利申請也來自日本申請�。無論是從世界專利申請的擁有量角�,還是從日本專利申請中日本申請人所占的份額角度,日本在純電動汽車用蓄電池及其管理系�(tǒng)領域都是實力最強�,掌控著絕大部分專利技術�
作為世界上的汽車生產(chǎn)和消費國,美國純電動汽車用蓄電池的研究主要集中在鋰電�,鋰電池相關專利�(shù)量占動力電池專利�(shù)量的70%以上,其次為鉛酸電池、鎳氫電�、空氣電池和鈉電池等。從世界范圍�(nèi)的專利申請的總量來看,截�2010�6�,美國的純電動汽車用蓄電池及其管理系�(tǒng)相關專利申請�(shù)量位于日本之�,排名第�。從美國國內(nèi)的專利申請量來看,在和純電動汽車用蓄電池及其管理系統(tǒng)有關的專利申請中,來自日本申請人的專利最�,接近總量的60%,而來自美國申請人的專利申請數(shù)量次于日��
德國純電動汽車用蓄電池的研究主要集中在鋰電池,其次為鉛酸電池、鎳氫電池、鈉電池和空氣電池等。從世界范圍�(nèi)的專利申請的總量來看,截�2010�6月,德國的純電動汽車用蓄電池及其管理系統(tǒng)相關專利申請�(shù)量居世界排名�6�,與排名首位的日本專利數(shù)量相差很�,僅占日本申請量�11%。從德國國內(nèi)的專利申請量來看,德國申請人持有的專利約占總量的43%,高于排名第二的日本。在全球范圍來看,德國在純電動汽車用蓄電池及其管理系�(tǒng)領域的技術實力遠不及日本,但是在本國范圍�(nèi),德國擁有較強的技術優(yōu)勢,專利擁有量高于日��
簡介
二十世紀九十年代以來,鋰離子電池的研究和生產(chǎn)都取得了重大的進展,在各個領域的應用也越來越廣泛,近年來,鋰離子電池也被研究人員用在電動車車上用作動力能源,成為電動車發(fā)展的一個新趨勢。下面首先介紹和電池有關的基本概念,然后介紹其鋰離子電池的特點和在電動車上的應用�
1.1充放電相關的基本概念
單體電池、單個電池和電池組:單體電池(Cell)是指電動勢為2V(鉛酸)�1.2V(鎳氫)�3.6V(鋰電�)左右的蓄電池,是組成單個電池的基本單元;幾個單體電池封裝組成單個電�,簡稱電�(Battery);電池�(Battery Pack)由若干個電池串�(lián)而成�
電池的容量:指一定的放電條件下可以從電池中獲得的電量,一個電池有理論容量、實際容�、額定或公稱容量和額定儲備容量之�。用Ah(安時)�(shù)、mAh(毫安�)表示�
理論容量:理論容量是指假設活性物質全部參加電池的成流反應所給出的電量。它是根�(jù)活性物質的質量按照法拉弟定律計算得到的。為了比較不同系列的電池常用比容量的概念,即單位體積或單位質量電池所能給出的理論電量,常以Ah/Kg或Ah/L表示�
實際容量:實際容量是指在一定的放電條件下電池實際放出的容量,等于放電電流與放電時間的乘�。其值小于理論容量。計算方法是�
計算方法
式中,C為實際容量,U為放電電�,I為放電電�,R為放電電�,T為放電至終止電壓的時��
額定容量:額定容量是指設計和制造電池時,按國家或有關部門頒布標準�(guī)定或保證電池在一定放電條件下應該放出的限度的電量。如電動車規(guī)定為C/3放電率下放出的容量�
額定儲備容量:國際電工學�(IEC)標準中規(guī)定汽車型蓄電池的容量用額定容量和儲備容量表示均可。我國采用額定容量。指不分電池�(guī)格大�,一律以25A電流放電,到終止電壓1.75V時的放電時間以分鐘計。對�(guī)格不同的電池,規(guī)定不同的放電時間�
電池的能量是指在一定放電條件下,電池所能給出的電能,通常用Wh表示�
電池的功率是指電池在一定放電條件下,于單位時間�(nèi)所給出能量的大�,單位為W(�)或KW。單位重量電池所能給出的功率稱為比功�,單位W/kg或KW/kg.
充電狀�(tài)SOC(State Of Charge):是描述電池荷電狀�(tài)的一個重要參�(shù),通常把在一定溫度下電池充電到不能再吸收能量的狀�(tài)理解為充電狀�(tài)(SOC)�100%,而將電池再不能放出能量的狀�(tài)理解為充電狀�(tài)(SOC)0%.式中Cr是剩余電量,CT為電池標稱容�,即在規(guī)定電流和溫度下處于理想狀�(tài)時的所能放出的容量。Qe已用電量。ωi為不同放電電流和溫度下的電量加權系數(shù);
放電深度DOD(Depth Of Discharge):DOD = Qe/CT,DOD=1-SOC�
充電深度DOC(Depth Of Charge):電池可能放出的電量與實際電池容量的��
DOC =(Ct-Qe)/Ct
式中Ct為實際電池容量,與放電電流和溫度有關。DOC的值不僅與當前狀�(tài)(SOC,溫度,電流�)有關而且與將來電池的放電情況有關,因此DOC比SOC更能反映電池的實際情��
充電接受能力(charge acceptance):在蓄電池充電時,用于進行充電反應的電流與總的充電電流之比�
即:a=IA/I
a——充電接受能�
IA——用于進行充電反應的那部分電流
I——總的充電電�
電池放電的電壓拐點:通過電池的放電實驗發(fā)�(xiàn)當電池的電壓降到某點�,繼�(xù)放電其電壓會急劇下降,dv/dt�(shù)值很�,該點稱為拐�。該點標示了電池電量已告�,在拐點之下工作會造成對電池壽命的損害。如�1.1所�。電池的實際容量就是電壓下降到拐點前所能釋放的電量�
放電率:指用放電時間來表示的電池放電速率,用公式表示如下:放電電流電池容�
放電�( h)=電視容量/放電電流
老化:電池在開始使用初期的一段時間內(nèi),電池容量增加大�5%—�15%。接下來的一段時�,電池容量基本不變。然后就開始逐漸減少。當電池容量衰減到額定容�80%時,就可以認為電池的壽命結束��
充放電周�
充放電周�(Cycle):電池從充電開始到放電,再到下一次充電開始前稱為一個充放電周期�
循環(huán)壽命(Cycle_Life):蓄電池在其實際容量降低至某一�(guī)定值之前所�(jīng)歷的充放電周期數(shù)。通常用來定義蓄電池的使用壽命。一般來�,放電深度不同,電池壽命也不��
恢復效應:電池在非連續(xù)放電的條件下,放電一段時間后,空載開路或從大電流�?yōu)樾‰娏鞣烹姡姵貎?nèi)部的電荷將進行重新分布而至平衡,這時電池的端電壓回升,在小電流放電下仍能放出一定電��
自放電現(xiàn)�(Self-Discharge):電池在不工作時由于�(nèi)部的電化學反應造成的電池容量下降的�(xiàn)象。通常與時間和�(huán)境溫度有�,環(huán)境溫度越高自放電�(xiàn)象越明顯,所以在一段時間不用電池要定期對電池進行補充�,并在適宜的溫度和濕度下進行保存�
歷史檔案:電池自出廠以來的關鍵數(shù)�(jù),如電池出廠日期、標稱容�、使用總安時�(shù)和過充過放記錄等信息�
電池運行狀�(tài)SOR(State Of Running):為了評價電池在充放電過程中所表現(xiàn)出的性能,而給出電池的運行表現(xiàn)評估�。SOR分為1�10十級,SOR�10表示電池運行性能很好,為1表示電池的運行性能非常差,急需更換�
電池健康程度DOH(Degree Of Health):為了評價綜合電池性能而給出一個健康程度評估值。DOH分為1�10十級,DOH�(7-10)表示電池性能正常,為(4-6)表示電池需要維�,為(1-3)表示的電池性能很差應更��
1.2鋰離子電池的特點
鋰電池是一種以金屬鋰或含有鋰物質為負極的化學電源的總稱。它是近十幾年來獲得�(fā)展的新型高比能量電池體系。以鋰、鈉等活潑金屬作為電池的負極的設想最早是美國加州大學的一位研究生�1958年提出的。到了七十年�,日本松下電氣公司的福田雅太郎首先發(fā)明了鋰氟化碳電池并獲得應用,從此,鋰電池逐漸從實驗的研究,走向了實用化和商品�。由于鋰電池出色的性能,各國都競相開發(fā)出各種新型的鋰電池以滿足軍事和消費方面的需�,如鋰碘電池(1972)、鋰鉻酸電池(1973)、鋰二氧化硫電池(1974)、鋰亞酸酰氯電池(1974)、鋰氧化銅電�(1975)、鋰二氧化錳電池(1976)、鋰二硫化鉬蓄電�(1989)、鋰離子蓄電�(1991)和鋰二氧化錳蓄電�(1994)�。尤其是90年代�,日本索尼能源技術公司發(fā)明和推出的高比能量、長壽命的鋰離子蓄電�,極大的促進了鋰電池工�(yè)的發(fā)��
鋰離子電池有許多�(yōu)越特�,比如高能量,較高的安全�,工作溫度范圍寬,工作電壓平�(wěn)、貯存壽命長(相對其他的蓄電池)。從安全性來�,鋰離子電池要比其他蓄電池安全的�。特別是采取了控制措施后,鋰離子電池的安全性有了很大的保證,電池經(jīng)過過�、短路、穿�、沖�(�)等濫用實�(ABUSE TEST),均無危險發(fā)�。鋰離子電池與Cd-Ni,MH-Ni電池一�,可以快速充電,且無記憶效應,遠比Cd-Ni電池�(yōu)�;它的自放電率遠比MH-Ni電池低。從�(huán)境保護的角度�,世界環(huán)境保護組織早已把�(Cd)、汞(Hg)、鉛(Pb)三種元素列為有害物質。因此含有這三種元素的電池的使用受到了限制,特別是在歐�,有些政府大幅度提高了某些電池的�(huán)境稅,與之相�,鋰離子電池則不存這些問題�
當然,鋰離子電池也有一些缺�,比如低溫放電率不高,電池的價格也比較高��
1.3鋰電池在電動車上的應�
為了推動和支持電動車的研究試制工�,美國早�90年代初就成立了“先進電池協(xié)�(USABC)”負責為電動車提供電池。該機構為扶持電動車用電�(主要是鋰離子電池)的研�,先后投�2.6億美元,其中向美國SAFT公司投資1180萬美�,用以開�(fā)鋰離子電池,向加拿大魁北�
電動汽車電池圖冊
公司投入8500萬美�,用以開�(fā)鋰離子電池和鋰聚合物電池;另外,還向Duracell及其合作伙伴德國Varta公司投入�1450萬美�,開�(fā)鋰離子電�,其技術指標要求如下表:日本政府也投資�1億美�,并制定了一項叫做LIBES的計�,開�(fā)用于電動車的鋰離子電池�
在各國政府的支持�,不同性能的電動車先后亮相。首先是日本索尼公司�1995年推出了以鋰離子電池為動力的電動�。該車重1.7T,載4個人,每次充電可以行�200km.時速可�120km,從零啟動加速到80km/h只需�12s;該車的動力電源是�96只尺寸為67*410mm以LiCoO2為正極的的鋰離子電池組成�,每只電池的容量�100Ah,整個電源系�(tǒng)的比能量達到�110Wh/kg,能量密度達�250Wh/l.繼索尼公司之�,日本三菱公司于1996年推出了電動車,該車以LiMn?2?O?4為正極的的鋰離子電池為電�,一次行駛可�250km.之后又有三菱重工、本�、尼桑等均有電動車亮�,并�1997年初正式銷售以鋰離子電池為動力的電動�。繼日本之后,美國和歐洲的一些公
電動汽車電池圖冊
司也相繼推出了自己研制的以鋰離子電池為動力的電動��
電動車作為一種未來的交通工�,在進入市場方面,必然要同傳�(tǒng)的交通工�-燃油汽車進行競爭,這就對電動車在價格和性能方面提出了一定的要求,就車的性能來講,電動車的續(xù)駛里�,加速性能,爬坡能力等比較為大家關注,這些方面都很大程度上取決于作為動力的電池的性能。對電池性能的要求一般集中在,能量密�,功率密�,循�(huán)壽命等方�,業(yè)界一般都以USABC的規(guī)劃作為參�,具體指標如下:
具體指標
�(jīng)�10多年的研究和�(fā)�,鋰離子蓄電池的生產(chǎn)技術逐漸成熟,在功率強度和循�(huán)壽命方面已經(jīng)接近或達到了USABC的中期目�,與傳統(tǒng)的鉛酸和鎳氫蓄電池相比較,鋰離子蓄電池的功率強度有比較大的優(yōu)�,見�1.2:與傳統(tǒng)的鉛酸和鎳氫蓄電池相比較
鋰離子動力電池代表了電池�(fā)展的方向。在電動車用電源�,將是潛力的動力電池。我國對鋰離子電池的應用開發(fā)也十分重�。早�80年代初期,就開始了鋰離子蓄電池的開發(fā)研制工作,在國內(nèi)各個單位的努力�,取得了豐碩的成�。目�,雷天綠色電動源(深圳)有限公司已經(jīng)實現(xiàn)�(chǎn)�(yè)化生�(chǎn),其生產(chǎn)�10多種型號的大功率鉻氟鋰動力電池性能�(yōu)�、價格合理,已經(jīng)投放市場�
2002年,世界上首輛采用雷天鋰動力電池的電動公交車在北京阜成門外大街投入試運營,標志著我國電動車時代的到來。本論文所涉及的國家�863”課題就是使用雷天公司提供的100AH�384V鋰電池組�
1.4鋰電動車充放電問�
蓄電池的充電過程是一個復雜的電化學變化過�,其復雜性表�(xiàn)為:
(1)多變量影響充電的因素很多,諸如極�、電介質的濃�、極板活性物的狀�(tài)、充電環(huán)境溫度等�,都對蓄電池所能承受的充電電流有直接的影響�
(2)非線性一般而言,充電電流在充電過程中隨充電時間呈指�(shù)�(guī)律下降,不可能只用簡單恒流或恒壓控制充電全過��
(3)復雜的電化學性即使是同一類型同一容量的電�,隨著各自使用時放電的歷史狀�(tài)不一�,剩余電量的不一�,充電接受能力也有很大的不同�
作為給電動車提供動力的電池組,由于使用環(huán)境的復雜性,其充放電過程也更為復�,尤其是過充電和過放電會對電池的結構造成不可恢復的破�,極大的影響其健康程度和性能。鋰電池技術與傳統(tǒng)的電池技術相比有很大的性能�(yōu)�,但對監(jiān)測系�(tǒng)也有更高的要�。如果控制不�?shù)脑挘粌H對電池的結構會造成破壞,還會發(fā)生危��
負極過充電時,會�(chǎn)生金屬鋰沉淀:Li+?+e->Li(s),這種情況容易�(fā)生在正極活性物質相對于負極活性物質過量的情況下,但是,在高充電率的情況下,即使正負極活性物質的比例正常,也可能�(fā)生金屬鋰的沉積,金屬鋰的形成會從以下幾個方面造成電池容量的下降:
(1)可循�(huán)鋰量減少;
(2)沉積的金屬鋰與溶劑或支持電解質反應形成Li2CO3,LiF或其他產(chǎn)生物;
(3)金屬鋰往往在負極與隔膜間形�,可能阻塞隔膜的的空隙,造成電池�(nèi)阻的增大。當正極活性物質相對于負極活性物質比例過低時,容易發(fā)生正極過充電。正極過充電主要是會形成惰性物�,造成氧損�,從而導致電池容量的衰減。而過放電更是會造成極板晶格的破壞,如果過充電導致“反極�,會�(fā)生危險�
為了能給電動車的電機提供比較高的電壓,一般都采用了幾十個單體電�(cell)串聯(lián)的方式來提供電力(本文所涉及的實驗樣車上裝有108節(jié)工作電壓�3.8V的單體鋰離子電池)。串�(lián)使用的復雜�,和電池之間的不一致�,都對管理系�(tǒng)提出了更高的要求�
鋰動力電池放電電流同其他電池相比,放電率偏小,比功率較小。好的長期可1C放電,脈�2C,需要考慮增大電池的容量來滿足電動車的要求�
我國汽車用動力電池已開始由研�(fā)進入到產(chǎn)�(yè)化階�,并出現(xiàn)了加快發(fā)展的勢頭。電動汽車動力電池研�(fā)�(chǎn)品的主要性能已居國際先進水�,但需要解決一些薄弱環(huán)節(jié)。目前國�(chǎn)車用動力電池已顯示出了較明顯的成本優(yōu)�,部分企�(yè)能量型動力電池成本僅是日、美企業(yè)的一半左�,這就意味著,我國電動汽車的商�(yè)化有條件加速推�,并以成本優(yōu)勢實�(xiàn)大規(guī)模出��
全球動力電池�(chǎn)�(yè)目前面臨技術制約和成本制約,只有當動力電池性能得到改善、成本大幅降�、規(guī)模化應用之后,才能帶動其他較為成熟的�(huán)節(jié)的大力發(fā)�。因此動力電池是電動汽車�(chǎn)�(yè)鏈中投資價值的�(huán)節(jié),最有可能獲得超額收益,其他如電機和電控系統(tǒng)�(huán)節(jié)有較為成熟技術和市場基礎,競爭者眾多,可能只能獲得平均收益�
中投顧問�(fā)布的《電動汽車電池市場調(diào)研報�2010》從�(chǎn)�(yè)基礎、成本優(yōu)�、技術研�(fā)、市場需�、產(chǎn)�(yè)化進程、細分市場等多方面多角度闡述了電動汽車電池的市場狀況,并在此基礎上對電動汽車電池市場的未來走勢和發(fā)展前景進行客觀分析和預��