電動汽車電池現狀及發展趨勢研究

李偉

摘 要：電動汽車電池是電力工業和汽車工業連接的紐帶，是兩者結合的關鍵點。文章首先敘述了電動汽車的發展歷程，然后描述了電動汽車電池的現狀和應用，在這一部分介紹了鉛酸電池、鎳氫電池和離子電池三種電池。最后對電動汽車電池的應用前景、電動汽車電池未來發展趨勢和研發中的新電動汽車電池技術進行了展望，概述了電動汽車電池對國家電網的影響。

關鍵詞：電動汽車；鉛酸電池；鎳氫電池；鋰離子電池；電池管理系統

引言

目前，關注的熱點問題是能源緊張和氣候變化。具有節能環保優勢的電動汽車日受推崇。汽車動力能源由石油化工能源轉變為電能，是適應社會大環境的長遠方案。

1 發展歷程

1837年世界上第1輛以電池為動力源的車輛誕生。1996年，美國通用公司采用鉛酸電池技術制造第一現代電動汽車EV1。1999年采用鎳氫電池為動力源研發出第二代通用汽車。2006年鋰離子電池技術的迅速發展，特別是在安全性方面的大幅提高，使之逐步被應用于純電動車和混合動力車，成為鎳氫電池強勁的競爭者。2007年，插電式的混合動力車（plug-inHEVs，PHEV）誕生，它不完全依靠內燃機化石燃料提供能量，可以運用電網中的電能。2012年，國內有10%新生產的汽車是節能與新能源汽車。細數電動車的整個發展過程，汽車和電池的類型層出不窮。

2 現狀及應用

2.1 鉛酸蓄電池

鉛蓄電池內的陽極（PbO2）及陰極（Pb）浸到電解液（稀硫酸）中，陰陽極和電解液發生如下的變化：PbO2+2H2SO4+Pb→PbSO4+2H2O+PbSO4（放電反應）。鉛酸蓄電池的缺點是一次充電的行程短。開發的第3代圓柱型密封鉛酸蓄電池和第4代TMF（箔式卷狀電極）密封鉛酸蓄電池現在已經應用于混合動力電動汽車上。第3代VRLA蓄電池能延長電池的壽命，更好地符合混合動力汽車操作要求。

鉛酸蓄電池在電動汽車中的應用情況如表1所示。

表1 鉛酸蓄電池的性能指標及其在電動汽車的應用情況

2.2 鎳氫電池

鎳氫電池屬于新型綠色電池，主要特點是高能量、長壽命、無污染。鎳氫電池NiMH電池正極板材料為NiOOH，負極板材料為吸氫合金。電解液通常用30%的KOH水溶液，并加入少量的NiOH。隔膜采用多孔維尼綸無紡布或尼龍無紡布等。NiMH電池有圓柱形和方形兩種。堿性電池由鎳基和堿性（主要為KOH）溶液電解液構成，鎳氫電池有應用于電動汽車的競爭力，比能量較高并對環境無污染。以KOH作電解液（電解質7moL/LKOH+15g/LLiOH）為例，充電時：

正極反應：Ni（OH）2+OH-→NiOOH+H2O+e-

負極反應：M+H2O+e-→MH+OH-

總反應：M+Ni（OH）2→MH+NiOOH

放電時，與此相反。鎳氫電池在電動汽車中的應用情況如表2所示。

表2 鎳氫電池的性能指標及其在電動汽車的應用情況

2.3 鋰離子電池

鋰離子電池體積小，壽命長，自放電率低，無污染，應用廣泛。鋰離子電池的傳統結構包括石墨陽極、鋰離子金屬氧化物構成的陰極和電解液（有機溶劑溶解的鋰鹽溶液）。

正極上發生的反應為LiMO2？壙Li1-XMO2+XLi++xe-

負極上發生的反應為nC+xLi++xe-？壙LixCn

電池反應：LiMO2+nC？壙Li1-XMo2+LixCn

式中M=Co、Ni、Fe、W等。

鋰離子電池在電動汽車中的應用情況如表3所示。

表3 鋰離子電池的性能指標及其在電動汽車的應用情況

不同陰極材料的鋰離子電池的性能也各不相同，實際容量、工作電壓、安全性能和成本的比較數據如表4所示。

表4 不同陰極材料的鋰離子電池性能比較

以上是自電動汽車問世以來，其電池的技術革新過程，從鉛酸蓄電池到鎳氫電池再到鋰離子電池，電池的性能越來越好，電池研究取得了突破性的成果。

3 發展趨勢

3.1 鉛酸電池

鉛酸電池的主要應用于叉車、觀光車和短途公共汽車。鉛酸電池的優點是價格便宜，鉛酸電池的缺點是循環使用次數有限。

3.2 鎳氫電池

鎳氫電池主要應用于混合動力車，鎳氫電池的優點是能量高，功率大，鎳氫電池的缺點是制造成本比較高，因為鎳鈷金屬稀缺，鎳鈷價格相應升高，鎳鈷市場價格與鎳氫電池的生產量成正相關。

3.3 鋰離子電池

鋰離子電池，應用范圍廣泛。鋰離子電池的優點是性能非常好，其性能高出其他電池兩倍到六倍。鋰離子電池的缺點有兩個，一是價格昂貴，二是功率大的鋰離子電池安全性相對較低。

3.4 新電池技術

鋰聚合物電池提高了鋰離子電池的穩定性和效率；鋰硫電池的特點是高能量、低成本和環保性強。固態鋰空氣電池的特點是能量高、穩定性好和工作溫度范圍大。新的電池技術不能解決內燃機和化學電池之間的所有問題，需要研究其他的輔助性方法。氫燃料對于電動的儲能系統具有革新潛質，但是氫燃料的缺點是因為氫氣密度小導致了氫氣儲氣缸非常大，所以難以推廣。

3.5 電池管理系統的發展趨勢

電池管理系統的發展迅速，從簡單的對電池的監控功能，逐漸過渡到對電池的管理功能。主要應用于電動汽車和混合型動力汽車。

4 電動汽車電池對國家電網的影響

一是增加國家電網的負荷，二是增加電網運行優化控制的難度，三是影響電能的質量，四是對配電網規劃提出了新的要求。

5 結束語

電力行業需要關注的問題是電動汽車電池充電設施和充電網絡，電動契合電池的各種性能、容量和功率，電動汽車回饋電網技術。這些項目的研究成果能有序空時大規模電動汽車，降低電動汽車充電時對電網的負面影響，通過電動汽車的電池電能存儲系統服務電網，使得電網的運行效率和安全性得到提高。

參考文獻

[1]任桂周，常思勤.一種電動汽車能量高效回饋制動方法[J].電網技術，2011（1）.

[2]崔俊博，張勇，王晶星.電動汽車用動力電池的研究[J].新技術新工藝，2010（9）.

[3]宋永華.電動汽車電池的現狀及發展趨勢[J].電網技術，2011（4）：35.

[4]馬驪歌，王俊喜.電動汽車是中國汽車行業的發展方向[J].汽車工業研究，2011（1）.endprint

摘 要：電動汽車電池是電力工業和汽車工業連接的紐帶，是兩者結合的關鍵點。文章首先敘述了電動汽車的發展歷程，然后描述了電動汽車電池的現狀和應用，在這一部分介紹了鉛酸電池、鎳氫電池和離子電池三種電池。最后對電動汽車電池的應用前景、電動汽車電池未來發展趨勢和研發中的新電動汽車電池技術進行了展望，概述了電動汽車電池對國家電網的影響。

關鍵詞：電動汽車；鉛酸電池；鎳氫電池；鋰離子電池；電池管理系統

引言

目前，關注的熱點問題是能源緊張和氣候變化。具有節能環保優勢的電動汽車日受推崇。汽車動力能源由石油化工能源轉變為電能，是適應社會大環境的長遠方案。

1 發展歷程

1837年世界上第1輛以電池為動力源的車輛誕生。1996年，美國通用公司采用鉛酸電池技術制造第一現代電動汽車EV1。1999年采用鎳氫電池為動力源研發出第二代通用汽車。2006年鋰離子電池技術的迅速發展，特別是在安全性方面的大幅提高，使之逐步被應用于純電動車和混合動力車，成為鎳氫電池強勁的競爭者。2007年，插電式的混合動力車（plug-inHEVs，PHEV）誕生，它不完全依靠內燃機化石燃料提供能量，可以運用電網中的電能。2012年，國內有10%新生產的汽車是節能與新能源汽車。細數電動車的整個發展過程，汽車和電池的類型層出不窮。

2 現狀及應用

2.1 鉛酸蓄電池

鉛蓄電池內的陽極（PbO2）及陰極（Pb）浸到電解液（稀硫酸）中，陰陽極和電解液發生如下的變化：PbO2+2H2SO4+Pb→PbSO4+2H2O+PbSO4（放電反應）。鉛酸蓄電池的缺點是一次充電的行程短。開發的第3代圓柱型密封鉛酸蓄電池和第4代TMF（箔式卷狀電極）密封鉛酸蓄電池現在已經應用于混合動力電動汽車上。第3代VRLA蓄電池能延長電池的壽命，更好地符合混合動力汽車操作要求。

鉛酸蓄電池在電動汽車中的應用情況如表1所示。

表1 鉛酸蓄電池的性能指標及其在電動汽車的應用情況

2.2 鎳氫電池

鎳氫電池屬于新型綠色電池，主要特點是高能量、長壽命、無污染。鎳氫電池NiMH電池正極板材料為NiOOH，負極板材料為吸氫合金。電解液通常用30%的KOH水溶液，并加入少量的NiOH。隔膜采用多孔維尼綸無紡布或尼龍無紡布等。NiMH電池有圓柱形和方形兩種。堿性電池由鎳基和堿性（主要為KOH）溶液電解液構成，鎳氫電池有應用于電動汽車的競爭力，比能量較高并對環境無污染。以KOH作電解液（電解質7moL/LKOH+15g/LLiOH）為例，充電時：

正極反應：Ni（OH）2+OH-→NiOOH+H2O+e-

負極反應：M+H2O+e-→MH+OH-

總反應：M+Ni（OH）2→MH+NiOOH

放電時，與此相反。鎳氫電池在電動汽車中的應用情況如表2所示。

表2 鎳氫電池的性能指標及其在電動汽車的應用情況

2.3 鋰離子電池

鋰離子電池體積小，壽命長，自放電率低，無污染，應用廣泛。鋰離子電池的傳統結構包括石墨陽極、鋰離子金屬氧化物構成的陰極和電解液（有機溶劑溶解的鋰鹽溶液）。

正極上發生的反應為LiMO2？壙Li1-XMO2+XLi++xe-

負極上發生的反應為nC+xLi++xe-？壙LixCn

電池反應：LiMO2+nC？壙Li1-XMo2+LixCn

式中M=Co、Ni、Fe、W等。

鋰離子電池在電動汽車中的應用情況如表3所示。

表3 鋰離子電池的性能指標及其在電動汽車的應用情況

不同陰極材料的鋰離子電池的性能也各不相同，實際容量、工作電壓、安全性能和成本的比較數據如表4所示。

表4 不同陰極材料的鋰離子電池性能比較

以上是自電動汽車問世以來，其電池的技術革新過程，從鉛酸蓄電池到鎳氫電池再到鋰離子電池，電池的性能越來越好，電池研究取得了突破性的成果。

3 發展趨勢

3.1 鉛酸電池

鉛酸電池的主要應用于叉車、觀光車和短途公共汽車。鉛酸電池的優點是價格便宜，鉛酸電池的缺點是循環使用次數有限。

3.2 鎳氫電池

鎳氫電池主要應用于混合動力車，鎳氫電池的優點是能量高，功率大，鎳氫電池的缺點是制造成本比較高，因為鎳鈷金屬稀缺，鎳鈷價格相應升高，鎳鈷市場價格與鎳氫電池的生產量成正相關。

3.3 鋰離子電池

鋰離子電池，應用范圍廣泛。鋰離子電池的優點是性能非常好，其性能高出其他電池兩倍到六倍。鋰離子電池的缺點有兩個，一是價格昂貴，二是功率大的鋰離子電池安全性相對較低。

3.4 新電池技術

鋰聚合物電池提高了鋰離子電池的穩定性和效率；鋰硫電池的特點是高能量、低成本和環保性強。固態鋰空氣電池的特點是能量高、穩定性好和工作溫度范圍大。新的電池技術不能解決內燃機和化學電池之間的所有問題，需要研究其他的輔助性方法。氫燃料對于電動的儲能系統具有革新潛質，但是氫燃料的缺點是因為氫氣密度小導致了氫氣儲氣缸非常大，所以難以推廣。

3.5 電池管理系統的發展趨勢

電池管理系統的發展迅速，從簡單的對電池的監控功能，逐漸過渡到對電池的管理功能。主要應用于電動汽車和混合型動力汽車。

4 電動汽車電池對國家電網的影響

一是增加國家電網的負荷，二是增加電網運行優化控制的難度，三是影響電能的質量，四是對配電網規劃提出了新的要求。

5 結束語

電力行業需要關注的問題是電動汽車電池充電設施和充電網絡，電動契合電池的各種性能、容量和功率，電動汽車回饋電網技術。這些項目的研究成果能有序空時大規模電動汽車，降低電動汽車充電時對電網的負面影響，通過電動汽車的電池電能存儲系統服務電網，使得電網的運行效率和安全性得到提高。

參考文獻

[1]任桂周，常思勤.一種電動汽車能量高效回饋制動方法[J].電網技術，2011（1）.

[2]崔俊博，張勇，王晶星.電動汽車用動力電池的研究[J].新技術新工藝，2010（9）.

[3]宋永華.電動汽車電池的現狀及發展趨勢[J].電網技術，2011（4）：35.

[4]馬驪歌，王俊喜.電動汽車是中國汽車行業的發展方向[J].汽車工業研究，2011（1）.endprint

摘 要：電動汽車電池是電力工業和汽車工業連接的紐帶，是兩者結合的關鍵點。文章首先敘述了電動汽車的發展歷程，然后描述了電動汽車電池的現狀和應用，在這一部分介紹了鉛酸電池、鎳氫電池和離子電池三種電池。最后對電動汽車電池的應用前景、電動汽車電池未來發展趨勢和研發中的新電動汽車電池技術進行了展望，概述了電動汽車電池對國家電網的影響。

關鍵詞：電動汽車；鉛酸電池；鎳氫電池；鋰離子電池；電池管理系統

引言

目前，關注的熱點問題是能源緊張和氣候變化。具有節能環保優勢的電動汽車日受推崇。汽車動力能源由石油化工能源轉變為電能，是適應社會大環境的長遠方案。

1 發展歷程

1837年世界上第1輛以電池為動力源的車輛誕生。1996年，美國通用公司采用鉛酸電池技術制造第一現代電動汽車EV1。1999年采用鎳氫電池為動力源研發出第二代通用汽車。2006年鋰離子電池技術的迅速發展，特別是在安全性方面的大幅提高，使之逐步被應用于純電動車和混合動力車，成為鎳氫電池強勁的競爭者。2007年，插電式的混合動力車（plug-inHEVs，PHEV）誕生，它不完全依靠內燃機化石燃料提供能量，可以運用電網中的電能。2012年，國內有10%新生產的汽車是節能與新能源汽車。細數電動車的整個發展過程，汽車和電池的類型層出不窮。

2 現狀及應用

2.1 鉛酸蓄電池

鉛蓄電池內的陽極（PbO2）及陰極（Pb）浸到電解液（稀硫酸）中，陰陽極和電解液發生如下的變化：PbO2+2H2SO4+Pb→PbSO4+2H2O+PbSO4（放電反應）。鉛酸蓄電池的缺點是一次充電的行程短。開發的第3代圓柱型密封鉛酸蓄電池和第4代TMF（箔式卷狀電極）密封鉛酸蓄電池現在已經應用于混合動力電動汽車上。第3代VRLA蓄電池能延長電池的壽命，更好地符合混合動力汽車操作要求。

鉛酸蓄電池在電動汽車中的應用情況如表1所示。

表1 鉛酸蓄電池的性能指標及其在電動汽車的應用情況

2.2 鎳氫電池

鎳氫電池屬于新型綠色電池，主要特點是高能量、長壽命、無污染。鎳氫電池NiMH電池正極板材料為NiOOH，負極板材料為吸氫合金。電解液通常用30%的KOH水溶液，并加入少量的NiOH。隔膜采用多孔維尼綸無紡布或尼龍無紡布等。NiMH電池有圓柱形和方形兩種。堿性電池由鎳基和堿性（主要為KOH）溶液電解液構成，鎳氫電池有應用于電動汽車的競爭力，比能量較高并對環境無污染。以KOH作電解液（電解質7moL/LKOH+15g/LLiOH）為例，充電時：

正極反應：Ni（OH）2+OH-→NiOOH+H2O+e-

負極反應：M+H2O+e-→MH+OH-

總反應：M+Ni（OH）2→MH+NiOOH

放電時，與此相反。鎳氫電池在電動汽車中的應用情況如表2所示。

表2 鎳氫電池的性能指標及其在電動汽車的應用情況

2.3 鋰離子電池

鋰離子電池體積小，壽命長，自放電率低，無污染，應用廣泛。鋰離子電池的傳統結構包括石墨陽極、鋰離子金屬氧化物構成的陰極和電解液（有機溶劑溶解的鋰鹽溶液）。

正極上發生的反應為LiMO2？壙Li1-XMO2+XLi++xe-

負極上發生的反應為nC+xLi++xe-？壙LixCn

電池反應：LiMO2+nC？壙Li1-XMo2+LixCn

式中M=Co、Ni、Fe、W等。

鋰離子電池在電動汽車中的應用情況如表3所示。

表3 鋰離子電池的性能指標及其在電動汽車的應用情況

不同陰極材料的鋰離子電池的性能也各不相同，實際容量、工作電壓、安全性能和成本的比較數據如表4所示。

表4 不同陰極材料的鋰離子電池性能比較

以上是自電動汽車問世以來，其電池的技術革新過程，從鉛酸蓄電池到鎳氫電池再到鋰離子電池，電池的性能越來越好，電池研究取得了突破性的成果。

3 發展趨勢

3.1 鉛酸電池

鉛酸電池的主要應用于叉車、觀光車和短途公共汽車。鉛酸電池的優點是價格便宜，鉛酸電池的缺點是循環使用次數有限。

3.2 鎳氫電池

鎳氫電池主要應用于混合動力車，鎳氫電池的優點是能量高，功率大，鎳氫電池的缺點是制造成本比較高，因為鎳鈷金屬稀缺，鎳鈷價格相應升高，鎳鈷市場價格與鎳氫電池的生產量成正相關。

3.3 鋰離子電池

鋰離子電池，應用范圍廣泛。鋰離子電池的優點是性能非常好，其性能高出其他電池兩倍到六倍。鋰離子電池的缺點有兩個，一是價格昂貴，二是功率大的鋰離子電池安全性相對較低。

3.4 新電池技術

鋰聚合物電池提高了鋰離子電池的穩定性和效率；鋰硫電池的特點是高能量、低成本和環保性強。固態鋰空氣電池的特點是能量高、穩定性好和工作溫度范圍大。新的電池技術不能解決內燃機和化學電池之間的所有問題，需要研究其他的輔助性方法。氫燃料對于電動的儲能系統具有革新潛質，但是氫燃料的缺點是因為氫氣密度小導致了氫氣儲氣缸非常大，所以難以推廣。

3.5 電池管理系統的發展趨勢

電池管理系統的發展迅速，從簡單的對電池的監控功能，逐漸過渡到對電池的管理功能。主要應用于電動汽車和混合型動力汽車。

4 電動汽車電池對國家電網的影響

一是增加國家電網的負荷，二是增加電網運行優化控制的難度，三是影響電能的質量，四是對配電網規劃提出了新的要求。

5 結束語

電力行業需要關注的問題是電動汽車電池充電設施和充電網絡，電動契合電池的各種性能、容量和功率，電動汽車回饋電網技術。這些項目的研究成果能有序空時大規模電動汽車，降低電動汽車充電時對電網的負面影響，通過電動汽車的電池電能存儲系統服務電網，使得電網的運行效率和安全性得到提高。

參考文獻

[1]任桂周，常思勤.一種電動汽車能量高效回饋制動方法[J].電網技術，2011（1）.

[2]崔俊博，張勇，王晶星.電動汽車用動力電池的研究[J].新技術新工藝，2010（9）.

[3]宋永華.電動汽車電池的現狀及發展趨勢[J].電網技術，2011（4）：35.

[4]馬驪歌，王俊喜.電動汽車是中國汽車行業的發展方向[J].汽車工業研究，2011（1）.endprint