电动汽车蓄电池：性能指标、关键因素与发展前景

电动汽车蓄电池：性能指标、关键因素与发展前景

电池是电动汽车的动力源，目前制约电动汽车发展的关键因素就是动力电池性能不理想。电动汽车电池的主要性能指标是比能量、比功率和使用寿命。电动汽车要想与内燃机汽车竞争，关键是开发比能量高、比功率高、使用寿命长、成本低的电池。

铅酸电池

铅酸蓄电池已有一百多年的历史，广泛用作内燃机汽车的启动电源，也是成熟的电动汽车电池，可靠性好，原料易得，价格低廉；其比功率基本可以满足电动汽车的动力要求。但它有两大缺点：一是比能量低，质量体积太大，一次充电续驶里程短；二是使用寿命短，使用成本高。

镍氢电池

镍氢电池属于碱性电池，循环寿命长，无记忆效应，但价格昂贵，虽然其初期购置成本高，但由于其在能量和使用寿命方面的优势，长期实际使用成本并不高。目前，国外生产电动车用镍氢电池的主要有丰田、松下合资等。单体电池有80A·h、130A·h两种，比能量为75～80W·h/kg，循环寿命可达600次以上。此电池已在多辆电动车上安装试用，某款车一次充电可行驶345km，其中一辆一年行驶了8万多公里。由于价格昂贵，尚未实现量产。 我国已开发出55A·h、100A·h单体电池，比能量达到65W·h/kg，功率密度大于800W/kg的镍氢电池。

锂离子电池

锂离子二次电池作为一种新型高电压、高能量密度的可充电电池，具有独特的物理和电化学性能，在民用和国防应用方面有着广泛的前景。其突出的特点是：重量轻、储能大、无污染、无记忆效应、使用寿命长。在同样的体积和重量下，锂电池的储电量是镍氢电池的1.6倍，是镍镉电池的4倍。目前人类只开发利用了其理论电量的20%~30%，发展前景十分光明。同时它是一种真正的绿色环保电池，不会污染环境，是目前能应用于电动汽车的最佳电池。我国从20世纪90年代开始开发利用锂离子电池，至今已取得突破性进展，研制出了具有完全自主知识产权的锂离子电池。

镍镉电池

镍镉电池的应用仅次于铅酸电池，其比能量可达55W•h/kg，比功率超过190W/kg，充电速度快，循环寿命长，是铅酸电池的2倍以上，可达200​​0次以上，但价格却是铅酸电池的4～5倍。虽然其初次购置成本较高，但由于其在能量和使用寿命方面的优势，长期实际使用成本并不高。缺点是有“记忆效应”，容易因充放电不良而降低电池的可用容量，使用十次左右必须完全充放电，若已出现“记忆效应”，应连续完全充放电3～5次，以释放记忆。另外，镉具有毒性，使用时应注意回收利用，避免镉对环境造成污染。

钠硫电池

钠硫电池的优点有：一是比能量高，其理论比能量为760W•h/kg，实际大于100W•h/kg，是铅酸电池的3～4倍；二是可以大电流、大功率放电，其放电电流密度一般可达200​​～300mA/mm2，瞬间可释放出3倍于其固有能量；三是充放电效率高，由于采用的是固体电解质，不存在液体电解质二次电池的自放电和副反应，充放电电流效率几乎为100%。钠硫电池的主要缺点是其工作温度为300～350℃，因此电池工作时需要一定的加热保温，但高温腐蚀严重，电池寿命短，现在已有高性能真空绝缘技术，可以有效解决这一问题。此外还存在性能稳定性、使用安全性等问题。 20世纪80~90年代，国外将钠硫电池的开发重点放在固定场合（如电站储能）上，并日益显示出其优越性，日本企业在这方面的进展最为显著。作为近期被普遍看好的电动汽车电池，已被美国先进电池联盟（）列为中期发展电动汽车电池。德国ABB公司生产的B240K钠硫电池，质量为17.5kg，储电量为19.2Kw•h；比能量达到109W•h/kg，循环寿命为1200次，在整车装机试验时，最好的一次运行没有任何问题。

镍锌电池

新型密封镍锌电池具有质量高、功率大、大电流放电等优点，这一优势使镍锌电池能够满足电动车一次充电行程、爬坡、加速等方面的能量需求。镍锌电池是我公司自行开发生产的产品，并与之合作引进。镍锌电池是极具竞争力的电池，其优势是：比能量达到50Wh/k以上，体积能量超过镍镉电池，小于镍氢电池。大电流放电，电池电压会在很宽的范围内均衡，使用寿命长，循环寿命≥500次。充电时间≤3.5h，快速充电≤1h。特别值得一提的是，自放电抗电荷衰减性能非常好，常温放置一个月，自放电量小于额定电量的30%。 在50℃高温下，C/3放电时电池电量衰减≤额定电量的10%，而在-15℃下，C/3放电≤30%。镍锌电池在外形上与铅酸电池有很好的兼容性，目前使用铅酸电池的车辆都可以换成镍锌电池。从现在的价格来看，镍锌还是有点贵，但相信一旦它的应用量增加，价格自然会下降。与铅酸电池外形的兼容性，使镍锌电池可以更方便地替代铅酸电池，成为电动汽车的理想动力源。

锌空气电池

锌空气电池又称锌氧电池，是金属空气电池的一种。锌空气电池的理论比能量为1350W•h/kg，目前比能量已达到230Wh/kg，几乎是铅酸电池的8倍。可见锌空气电池的发展空间很大。锌空气电池只需更换锌电极即可实现“机械充电”，更换电极3分钟即可完成，换上新的锌电极后，“充电”时间极短，十分方便。这种电池的发展节省了充电站等社会保障设施的建设。锌电极在超市、电池经营点、汽配店等地方都可以买到，对采用这种电池的电动汽车的普及十分有利。这种电池具有体积小、充电容量大、质量小、在很宽的温度范围内正常工作、不腐蚀、工作安全可靠、成本低等优点。 目前试验电池的充电容量仅为铅酸电池的5倍，效果并不理想。但其5倍于铅酸电池的充电容量已引起世界范围的关注。美国、墨西哥、新加坡和一些欧洲国家已在邮政车、公交车和摩托车上试用。它也是一种非常有前途的电动汽车电池。

飞轮电池

飞轮电池是20世纪90年代提出的一种新概念电池，它突破了化学电池的限制，用物理方法实现储能。飞轮以一定的角速度旋转时，具有一定的动能，飞轮电池将其动能转化为电能。高科技的飞轮用于储存电能，就像标准电池一样。飞轮电池内有电动机，充电时，电动机以电动机的形式运转，在外部电源的驱动下，带动飞轮高速旋转，也就是给飞轮电池“充电”，提高飞轮的转速，从而增加其功能；放电时，电动机以发电机的状态工作，在飞轮的驱动下向外界输出电能，完成机械能（动能）到电能的转化。当飞轮电池放电时，飞轮的转速逐渐降低。 飞轮电池的飞轮在真空环境下运转，转速极高（/min），所用轴承为非接触式磁悬浮轴承。据称，该飞轮电池比能量高达150W•h/kg，比功率可达5000W•h/kg，使用寿命可达25年，可为电动汽车提供500万公里的续驶里程。