电动汽车电池的现状及发展趋势

电动车工况下最大效率控制的感应电动机损耗研究

第35卷 第4期 2011年4月 电 网 技 术 Power System Technology Vol. 35 No. 4 Apr. 2011

文章编号：1000-3673（2011）04-0001-07 中图分类号：TM 91；U 469 文献标志码：A 学科代码：470·4061

电动汽车电池的现状及发展趋势

宋永华，阳岳希，胡泽春

（清华大学 电机工程与应用电子技术系，北京市 海淀区 100084）

Present Status and Development Trend of Batteries for Electric Vehicles

SONG Yonghua, YANG Yuexi, HU Zechun

(Dept. of Electrical Engineering, Tsinghua University, Haidian District, Beijing 100084, China)

ABSTRACT: With the advent of more stringent regulations related to emissions, energy resource constraints and financial crisis, the world has sparked a global race to electrify transportation. Battery is not only a key component of electric vehicles, but also plays a prominent role as the joint of power and automotive industry. This paper reviews improvements made in the design and manufacture of batteries as well as development of electric vehicles during the past decades. State of the art for three important battery technologies in EV application, namely lead-acid battery, NiMH battery and lithium-ion battery, as well as their current application are presented; and in the viewpoints of chemical propoties of the cell and the performances of commercial pack for EV, detailed comparative analyses in technology and economy are performed. The application outlook of EV battery, its development trend in future and new cell technologies being developed are prospected, and it is pointed out that the power sector of China should pay special attentions to the development of EV battery technology, analyze the influences of EV charging load on power grid and take steps in time. KEY WORDS: batteries; electric vehicle (EV); lead-acid battery; NiMH battery; lithium-ion battery

摘要：电动汽车电池既是发展电动汽车的核心，更是电力工业与汽车行业的关键结合点。结合电动汽车的发展历史概述了车用动力电池的发展情况，重点介绍了3种主要电动汽车电池：铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池的研究现状及当前的应用情况，并从电池化学性能和商业化的电动汽车电池组性能2个角度在技术和经济层面进行了详细的比较分析，最后对当前电动汽车电池的应用前景、未来发展趋势和研发中的新电池技术进行了展望，指出中国电力行业应关注电动汽车电池技术的发展，分析电动汽车充电负荷对电网的影响并及时采取应对措施。

关键词：电池；电动汽车；铅酸电池；镍氢电池；锂离子电池

电动汽车受到了全球的关注。电动汽车采用电能取代石油等化石燃料作为动力，是未来交通的唯一长远解决方案[1]。当前与电动汽车相关的研究热点有电动汽车电机驱动系统，电动汽车充电机技术，充电谐波分析和充电站监控系统等[2-8]，其中电动汽车电池技术被视为最主要的难关[9]。

应用在电动汽车上的储能技术主要是电化学储能技术，即铅酸、镍氢、镍镉、锂离子、钠硫等电池储能技术。过去这些储能技术分别在比能量、比功率、充电技术、使用寿命、安全性和成本等几方面存在严重不足，制约了电动汽车的发展。近年来，电动汽车电池技术的研发受到了各国能源、交通、电力等部门的重视，电池的多种性能得到了提高，如锂离子电池技术在安全性方面取得了突破性进展。这些将有望推动电动汽车的大规模商业化。

本文首先介绍电动汽车电池的发展历程，随后重点介绍了3种电动汽车动力电池(铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池)的研发状况和应用实例，接着从技术和经济层面加以分析，分别论述其在电动汽车领域的应用前景，同时介绍几种处于研发阶段的电动汽车最新电池技术。最后根据我国国情，探讨了电动汽车电池未来的发展方向和研究重点，同时指出了其对电网的重要影响。

1 电动汽车电池的发展

1837年Davidson于阿伯丁制造了世界上第1辆以电池为动力源的车辆[10]。在19世纪末到20世纪初之间，电动汽车由于缺乏成熟的电池技术和合适的电池材料发展得非常缓慢，以内燃机为动力的传统汽车占领了市场。

第1代现代电动汽车EV1由美国通用汽车公司在1996年制造，它采用的是铅酸电池技术。1999

0 引言

能源紧张和气候变化使具有节能环保优势的

电动车工况下最大效率控制的感应电动机损耗研究

2 宋永华等：电动汽车电池的现状及发展趋势 Vol. 35 No. 4

年研发的第2代通用汽车公司的电动汽车以镍氢电池为动力源，一次充电的行驶里程是前者的1.5倍，同样因无竞争力而退出市场。

同期，日本丰田汽车公司利用镍氢电池技术制造了将内燃机和电动机相结合的第3代电动汽车，即混合动力车(hybrid electric vehicles, HEVs)。HEV是具备多个动力源(主要是汽油机、柴油机和电动机)，根据情况同时或者分别使用几个动力源的机动车辆

[11]

表1 铅酸蓄电池的性能指标及其在电动汽车的应用情况

Tab. 1 Performance indices of

lead acid battery and its applications to EVs

比能量/ (W·h/kg)

能量体积密度/(W·h/L)

比功率/ (W/kg)

循环 次数

单体 电压/ V

30~50 60~75 90~200 500~800 2.105 电动汽车电池组电动汽车电池组 电动汽车电池组 单体容量/(A·h)

单体质量/kg

单体电压/V

电动汽车 类型

。镍氢电池成为在电动汽车电池技术的研究

短距离电动汽车150 42 12

(如观光车) 注：电动汽车电池组模块数据为文献[16]公布的超威集团电动车用密封铅酸电池6DM150，容量标定为3小时率。

领域和市场应用中最受关注的电池。

2006年锂离子电池技术的迅速发展，特别是在安全性方面的大幅提高，使之逐步被应用于纯电动车和混合动力车，成为镍氢电池强劲的竞争者[12]。

2007年，插电式的混合动力车(plug-in HEVs，PHEV)诞生了。PHEV与HEV最大的不同是它的电池能量可来自于电网，而不完全依靠内燃机化石燃料提供。当电池电量高时，PHEV采用纯电动车模式(动力完全来自电池)行驶，电池电量降低时，进入传统的HEV模式。

2008年，金融危机、国际油价的高位震荡和节能减排等产生巨大的外部压力，全球汽车产业正式进入能源转型时期。世界各国对发展电动汽车实现交通能源转型这样的技术路线达成了高度共识；电动汽车电池产业同样进入了加速发展的新阶段。

纵观电动车的整个发展过程，出现过多种不同类型的汽车和电池，其中产生巨大影响并商业化使用直到现在的电动汽车电池主要有铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池。本文将针对这3种重要的电动汽车电池的研究和应用情况进行介绍。

的应用情况，表中的电动汽车电池组模块相关数据选自文献[16]提供的国内主要电动汽车电池厂家所公布的数据。

应用于电动汽车的新一代阀控式密封铅酸蓄电池(valve-regulated lead acid battery，VRLA)不须维护，允许深度放电，可循环使用； …… 此处隐藏：18777字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……