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铅酸电池、锂电池作为动力电池的比照

动力电池是电动汽车的关键技术之一。1881年特鲁夫(GustaveTrouve)制造出世界上第一辆电动三轮车时,使用的是铅酸电池。目前,仍有不少混合动力汽车和纯电动汽车采用新一代铅酸电池。近十多年来,

  动力电池是电动轿车的关键技能之一。1881年特鲁夫(Gustave Trouve)制造出世界上第一辆电动三轮车时,运用的是铅酸电池。现在,仍有不少混合动力轿车和纯电动轿车选用新一代铅酸电池。近十多年来,锂离子动力电池在电动轿车出产中得到运用,越来越显示出其优越性。

  美国学者麦斯J.A.Mas通过许多实验提出电池充电可承受的电流定理:1)关于任何给定的放电电流,电池的充电承受电流与放出容量的平方根成正比;2)关于任何放电深度,一个电池的充电承受比与放电电流的对数成正比,能够通过进步放电电流来增大充电承受比;3)一个电池经几种放电率放电,其承受电流是各放电率承受电流之总和。也就是说,能够通过放电来进步蓄电池的充电可承受电流。在蓄电池充电承受能力下降时,能够在充电的进程中参与放电来进步承受能力。

  轿车动力电池的功用和寿数与许多要素有关,除了其自身的参数,如电池的极板质量、电解质的浓度等外; 还有外部要素,如电池的充放电参数,包含充电办法、充电完毕电压、充放电的电流、放电深度等等 。这给电池办理体系BMS估量蓄电池的实践容量和SOC带来许多困难,需求考虑到许多的变量。WG6120HD混合动力电动轿车的电池办理体系是建立在SOC数值的办理上。SOC (state of charge)指的是电池内部参与反响的电荷参数的改变情况,反映蓄电池的剩下容量情况.这在国内外都现已构成统一认识.

  1 铅酸电池

  铅酸蓄电池是一个很杂乱的化学反响体系。充放电电流的巨细和它作业温度等外部要素都会影响蓄电池的功用。核算电池的SOC值,并依据轿车的运转情况以及其它的参数来确认轿车的运转形式,是电动轿车的一项关键技能。

  铅酸蓄电池的运用前史最长,也是最老练、本钱价格最低价的蓄电池,已完结大批量出产。但它比能量低,自放电率高,循环寿数低。其时存在的首要问题是其一次充电的行程短。近期开发的第三代圆柱型密封铅酸蓄电池和第四代TMF(箔式卷状电极)密封铅酸蓄电池现已运用于EV和HEV电动轿车上。尤其是第三代VRLA蓄电池的低阻抗长处能够操控快速充电进程中的欧姆热,延伸电池的寿数。

  脉冲分阶段恒流快速充电办法能很好地习惯混合动力轿车铅酸蓄电池在变电流放电情况下,充电时刻短,使蓄电池荷电情况 SOC 一直坚持在 50%-80%范围内的要求。实验标明,只需求 196 秒,就能够使蓄电池电量从 50%C 充到 80%C。这种充电办法根本满意了蓄电池的承受曲线,蓄电池的温升较小,发生气体少,压力效应不大,并且充电时刻短。

  最优的充电办法是充电电流一直遵从固有充电承受曲线,在充电进程中,充电承受率坚持不变,跟着时刻的添加,充电电流按固有充电承受曲线递减(指数曲线递减),这样充电时刻最短。脉冲去极化充电办法能完结快速、高效率充电,但设备贵重,对某些蓄电池不适用。

  日本公司开发的电动轿车用新式VRLA蓄电池,其电压规范有单体2V和4V,选用贫液式和极板水平规划.饭板间的距离很小,不会呈现电解液分层,掉落物质向下移动有极板挡住,电池底部无掉落物堆积。

  Ectreosorce公司的12V l12A·h电动轿车用水平蓄电池,其用3小时率放电质量比能量为50W·11/kg,80%Ⅸ)D(放电深度)的循环寿数大于900次。

  德国阳光公司的电动轿车用铅酸蓄电池选用胶体电解质规划,经检测其6V、160A·h电池的预期寿数可到达4年,具有热容量大、温升小等长处.

  美国Arias公司于1994年推出双极性电动车用铅酸蓄电池,其结构技能一起。这种电池的作业电流只垂直于电极平面而通过薄的双电极,所以具有极小的欧姆电阻。美国BPC公司开发的双极性电动车用铅酸蓄电池技能参数为:组合电压为180V,电池容量为60A·h,放电率比能量为50W·h/kg,循环寿数可到达1000次。

  瑞典OPTLMA公司推出的卷式电动车用铅酸蓄电池,产品容量为56A·h,发动功率可到达95kW,比一般的195A·h的VRLA蓄电池发动功率还要大,而体积小四分之一。  2 锂离子电池

  锂离子电池的特性和价格都与它的正极资料密切相关,一般来说,正极资料应满意:⑴在所要求的充放电电位范围内,具有与电解质溶液的电化学相容性;⑵温文的电极进程动力学;⑶高度可逆性;⑷全锂情况下在空气中安稳功用好。跟着锂离子电池的开展,高功用、低本钱的正极资料研讨作业在不断地进行。现在,研讨首要集中于锂钴氧化物、锂镍氧化物和锂锰氧化物等锂的过渡金属氧化物锂钴氧化物(LiCoO2)归于 -NaFeO2 型结构,具有二维层状结构,适合锂离子的脱嵌.其制备工艺较为简洁、功用安稳、比容量高、循环功用好,其组成办法首要有高温固相组成法和低温固相组成法,还有草酸沉淀法、溶胶凝胶法、冷热法、有机混合法等软化学办法。锂锰氧化物是传统正极资料的改性物,现在运用较多的是尖晶石型 LixMn2O4,它具有三维地道结构,更适合锂离子的脱嵌。锂锰氧化物质料丰厚、本钱低价、无污染、耐过充性及热安全性更好,对电池的安全维护设备要求相对较低,被认为是最具有开展潜力的锂离子电池正极资料。

  20 世纪 90 时代,日本索尼公司首要研制成功电动轿车用锂电池,其时运用的是钴酸锂资料,存在着易燃易爆的缺陷。现在中国信国安盟固利电源等公司研制出以锰酸锂为正极资料的 100Ah 动力锂电池,处理了钴酸锂电池的缺乏。

  到 2006 年 10 月停止,全球已有 20 余家轿车公司进行锂离子电池研制。如富士重工与 NEC 合作开发廉价的单体(Cell)锰系锂离子电池(即锰酸锂电池),在车载环境下的寿数高达 12 年、10 万公里,与纯电动轿车的整车寿数适当。东芝开发的可快速充电锂离子电池组,除了小型、大容量的特色之外,选用了能使纳米级微粒均一化固定技能,可使锂离子均匀地吸附在蓄电池负极上,能在一分钟之内充电至其容量的 80%,再经 6 分钟便可充满电。美国的首要电池厂 Johnson Controls 针对电动轿车需求特性的锂离子电池于 2005 年 9 月在威斯康星州 Milwaukee 建立研制地址,2006 年 1 月另出资 50%与法国电池厂 Saft 一起建立 Johnson Controls-Saft Advanced Power Solution (JCS)。JCS 于 2006 年 8 月承接了美国能源部(DOE)所主导 2 年 USABC(United States Advanced Battery Consortium)纯电动车锂离子电池研制方案合约,供给高功率锂离子电池。我国在锂离子电池方面的研讨水平,有多项方针超越了USABC提出的2010年长时间方针所规则的方针。从 1997 年开端产业化实验的姑苏星恒作为国家锂离子动力电池产业化演示工程项目基地 ,其研制的动力电池组现已过美国 UL 和欧盟独立安排 Extra Energy 的测验认证,并在姑苏建成第一条动力锂离子电池的出产线并顺畅试产,现在已完结批量出产。

  2008 年北京奥运会期间,有 50 辆长 12 米的锂离子电动客车在奥运中心区服务,这是国际上第一次大规模运用锂离子电池电动客车。电动大客车充电时刻长,是这样确保电动轿车运转不脱节的:电动轿车驶入充电站,两只机械手将轿车底盘里的电池组取出,放入待充通道,随即从已充通道取下充满电的电池组,将其换入电动轿车的底盘中,整个进程只需求 8 分钟左右。

  法国雪铁龙、雷诺、美丽轿车公司选用锂离子动力电池的电动商用车已完结用户测验运转。波尔多是法国电动轿车演示运用城市之一,有各类电动轿车 500 辆,首要运用于市政用车和电动小巴,并建有 20 个具有电动轿车配套充电设备的停车场,其中有 16 个装备了快速充电设备.锂电池的充电进程与铅酸蓄电池不同。锂聚合物(Lipo)充电器的集成块,外部元件很少,因为集成块自身极小(2mm×3mm),因而整个充电器也十分小。Lipo电池的充电进程是:当电池电压十分低(0.5V) 时,用小电流充电,此电流的典型值小于0.1C (此处C是标称电池容量),若电压已足够高,但低于4.2V,就用稳定电流对电池充电,大都厂家会指定在这一进程中1C的电流,电池上的电压不会超越4.2V,在稳定电压期间,通过电池的电流会缓慢下降,而电池的充电继续进行。电池电压到达4.2V,充电电流降到0.1C时,电池约充到80~90%,再改变成对电池涓流充电。有两个参数在充电器中能够调整,即正常的充电电流和涓流充电电流(当电池充“满”时)。要注意的是挑选充电电流要慎重,应坚持充电电流低于厂家引荐的最大值。

  法国电动轿车动力电池现在的运用以铅酸蓄电池为主,第二代锂离子电动轿车现已投入测验运转。其电动轿车充电设备选用传导充电办法。传导式充电办法包含惯例充电设备和快速充电设备两大类。惯例充电由充电设备供给规范的民用沟通电源接口,有简略的漏电维护功用,为具有车载充电器的电动轿车充电,要 6~7 小时完结充电,运用较多。快速充电由充电机供给直流输出为电动轿车进行快速充电,一

辆剩余电量

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