浅谈电动车辆动力电池的性能特点及其发展

来源: 发布时间:2019-04-29 09:49:00

  摘要:为了提高动力电池性能,本文对锂电池、镍氢电池、铅酸电池、燃料电池性能特点进行分析,并对这些电池的未来发展情况进行推测。铅酸电池将占据低端市场,镍氢电池将成为动力电池发展的过渡产品,锂离子电池将向动力锂离子电池方向发展,燃料电池需要13年左右时间得到完善。

  关键词:电动车;动力电池;锂电池;燃料电池

  为了改善城市空气质量,部分城市推出了电动车辆环保行动,给电动车产业带来了机遇。当前电动车供电部分采用的电池有锂电池、镍氢电池、铅酸电池、燃料电池[1]。这些电池自身均有优点和缺点,为了进一步提高电动车电池质量,需要充分分析各类电池的性能特点,提出未来发展方向。

  一、电动车辆动力电池的性能特点分析

  1、锂电池

  锂电池工作电压较高,体积小,携带便捷,使用寿命较长,比能量较大,自放电率较小,在使用过程中不会对环境造成污染,并且无记忆效应[2]。因此,成为了我国当前新能源电动车辆研发的主要材料。锂电池的核心部分为正极材料,经过多年发展,形成了多种锂电池,包括磷酸铁锂电池、镍钴酸锂电池、锰酸锂电池等。这些电池运行功能较高,具有较高的安全性,对温度控制要求较高,如何更好的控制锂电池使用环境温度,保证电池的正常运行成为了重点研究内容。

  2、镍氢电池

  镍氢电池由金属镍和氢离子构成,存储电量较高,体积小,携带轻便,使用寿命较长,在使用过程中不会对环境造成污染,但是开发成本较高,与锂电池相比,性能更低一些,自放电率较大。镍氢电池凭借绿色环保,支持快速充放电,能量密度较高等优势,得到了广泛应用[3]。为了进一步提高镍氢电池性能,我国加大了负极储氢材料的研究力度。由于镍氢电池开发材料是金属储氢材料,大部分元素都可以与其反应生成氢化合物,因此,合理控制温度和金属条件,重点研究储氢合金材料便可以提高镍氢电池性能。

  3、铅酸电池

  铅酸电池研发比较早,经过多年改进,产品开发技术逐渐成熟。虽然成本售价较低,但是自放电率较高、比能量较低、循环寿命较低。因此,利用铅酸电池开发的电动车产品性能较差,售价较低。目前,难以解决的一个重要问题是一次冲放电形成短,针对这一问题,采用低阻抗技术,以此控制电池的充放电,使得电池使用寿命得以延长[4]。经过改造后的VRLA铅酸电池,无酸雾逸出,自放电有明显改善,比能量较大,支持定期自动补水,浮充寿命较长。由于铅酸电池性价比逐渐提高,已向微型电动轿车、电动环卫车等邻域扩展。

  4、燃料电池

  燃料电池由氧气和氢气两部分构成,在空气中发生化学反应后生成电能。这种电池与其他电池差异较大,该电池的正极和负极均不含有活动物质,通过添加催化剂发生化学反应转换成电能,利用排热系统、电池性能控制系统、催化剂供给系统、安全系统等,构成电池反应环境。由于燃料电池具有燃料多样化、排放量低、供电效率较高、性能稳定等特点,因此,得到了广泛应用。目前,已经开发出的燃料电池对温度要求较低,在低温环境下便可以反应生成电能,适合在恶劣环境中应用。由于氢资源和铂资源较少,并且存储难度较大,导致燃料电池开发成本较高,为了提高燃料电池性能,必须研发替代铂的催化剂,解决资源空缺问题,以此促进燃料电池车辆发展。

  二、电动车辆动力电池未来发展

  依据当前国内市场价格,经过计算可以得到不同电池价格比:锂电池:镍氢电池:铅酸电池:燃料电池:20.4:19.2:6:80。通过观察价格比可知看出不同电池与市场供应的距离。在电池技术不断发展的时代背景下,以上比例发生了一定变化。在未来的发展中,锂电池结构逐渐改进后,性价比满足市场需求后,很有可能占据电动车辆市场,成为上班族首选交通工具,当前因价格较高的原因,未得到广泛应用。镍氢电池开发成本较高,性能更低一些,对运行环境要求较高,综合多种因素,在未来发展中容易被清洁能源取代,例如,锂电池、燃料电池等。铅酸电池供电成本较高,属于低端动力电池,在未来发展中很有可能被替代。燃料电池环保清洁,是理想中的清洁能源,如果可以提高性价比,那么燃料电池将成为首选电池资源。但是从当前的性价比来看,燃料电池任重道远,需要更换基础材料才可能突破当前性能占据市场。

  总结

  铅酸电池属于低端动力电池,在未来发展中,该电池将主要占据低端市场。镍氢电池开发受综合因素影响,容易被其它类型电池取代,该电池属于动力电池发展的过渡产品。锂电池当前的制造工具尚未成熟,在实际应用中容易出现异常,对电动车行驶里程造成影响,需要在今后研究中继续完善,打造动力锂离子电池。燃料电池需要更换材料重新研发,开发时间较长,研发时间约13年。

  参考文献

  [1]王九飙,周文斌,刘质斌,等.电动汽车废旧动力蓄电池的回收利用技术及发展[J].环境与发展,2017,29(7):62-63.

  [2]王曦.浅析动力锂电池组的充电管理电路设计问题[J].电子世界,2016(13):83-83.

  [3]贺伊琳,苏楠,鹿静,等.陕西省电动汽车动力电池产业发展技术路线研究[J].汽车实用技术,2016(2):157-159.

  [4]叶楚天.动力电池及充电基础设施技术发展对电动汽车能量补给方式的影响研究[J].南方能源建设,2017,4(2):69-72.

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