混合动力汽车车用镍氢动力电池.pdf

电池技术 2 0 0 9 年8 月刊8 0 锂离子及镍氢镍镉电池 技术 随着人类环保意识的不断增强，石油资源逐年减少，油 价逐步攀升，降低汽车污染和节约能源已成为世界各国政府 面临的严峻问题。蓄电池技术和氢气的制取、运输、储存、 成本等严重制约了电动汽车和燃料电池汽车的发展，因而混 合动力汽车应运而生。在混合动力汽车中，由于采用了高功 率的能源储存装置(蓄电池、超级电容等)能向汽车提供瞬时 的能量而可减小发动机尺寸，提高效率，降低排放和燃油消 耗，且可在进行制动和减速时回收能量。铅酸电池质量重， 不能快充深放，循环寿命短；锂离子电池具有大电流性能 差，价格高和安全性问题，目前还不适于混合动力汽车的发 展。镍氢电池具有高比功率、电流充放电大、无污染、安全 性能好等特点，广泛应用在混合动力汽车上。 一、混合动力汽车对动力电池的要求及其 主要指标 1 . 对动力电池的要求 动力电池一般指具有较高的容量和输出功率能力，可用 作电动车辆驱动电源的两次电池。一般情况下，混合动力汽 车车用动力电池进行的是频繁、浅度的充放电循环。在充放 电过程中，电压、电流可能有较大的变化。针对这种使用特 点，混合动力系统对电池有以下特别要求： (1)大功率充放电能力：质量比功率和体积比功率是衡量 蓄电池快速充放电能力的指标，相对于比能量要求，混合动 力汽车对比功率要求更高。 (2)充放电效率：动力电池中能量的循环必须经过充电-放 电-充电的循环，高的充放电效率对保证整车效率具有至关重 要的作用。 (3)相对稳定性：动力电池应当在快速充放电过程变化的 条件下保持性能的相对稳定，使其在动力系统使用条件下能 达到足够的充放电循环次数。 2 . 车用动力电池的主要指标 评价混合动力汽车车用动力电池技术的指标主要有以下几点： (1)质量比功率(W/kg)：电池的质量比功率代表每千克质 量的电池能提供的功率。它的大小决定电池所能输出的最大 功率，标志着汽车的加速性能和最高车速，对电动汽车的动 力性能等有直接影响。在混合动力汽车中，电池的比功率是 最关键的因素，因为电池的电耗尽后可以在内燃机工况下重 新进行充电。 (2)质量比能量(Wh/kg)：标志着纯电动模式下的续驶能力。 (3)循环次数：动力电池的工作是一个不断充电-放电-充电 -放电的循环过程，每充电和放电一次，动力电池中的化学物 质就要发生一次可逆性的化学反应。随着充电和放电次数的增 加，动力电池中的化学活性物质会发生老化，逐渐削弱其化学 功能，降低动力电池的充电和放电的效率，最后部分或完全丧 失其充电和放电功能。动力电池的工作循环次数是衡量动力电 池寿命的重要指标，对动力电池的使用有直接影响。 (4)成本：电池的成本与电池的新技术含量、材料、制作方法 和生产规模有关，目前新开发的高比功率的动力电池成本较高。 二、镍氢动力电池的特点 目前，世界上已开发的主要动力蓄电池性能如表1所示。 表1 当前混合动力汽车车用动力电池性能比较 镍氢电池的正极采用金属氢氧化镍，负极使用锡氢合 混合动力汽车车用镍氢动力电池 电池技术 2 0 0 9 年8 月刊8 1 锂离子及镍氢镍镉电池 技术 金。镍氢动力电池具有无污染、高比能、大功率、快速充放 电、耐用性等许多优异特性。与铅酸电池相比，镍氢电池具 有比能量高、重量轻、体积小、循环寿命长的特点；与镍镐 电池相比，其比能量是镍镉电池的两倍。另一大优点就是镍 氢电池不含有镉、铅这类有毒金属，其中一些金属还有较高 的回收价值，可称为绿色能源。 镍氢电池的主要特点： (1)质量比功率高：目前商业化的镍氢功率型电池能做到 1350Wh/kg。 (2)循环次数多：目前应用在电动车上的镍氢动力电池， 80%放电深度(DOD)循环可以达1000次以上，为铅酸电池的3 倍以上。100% DOD循环寿命也在500次以上。在混合动力汽 车中可使用5年以上。 (3)无污染：不含铅、镉等对人体有害的金属，为21世纪 “绿色环保电源”。 (4)耐过充过放。 (5)无记忆效应。 (6)使用温度范围宽：正常使用温度范围了-3055；贮 存温度范围-4070。 (7)安全、可靠：短路、挤压、针刺、安全阀工作能力、跌 落、加热、耐振动等安全性、可靠性试验无爆炸、燃烧现象。 三、国外主要的镍氢动力电池生产企业及 国内现状 1 . 国外主要镍氢动力电池生产企业 ( 1 ) 松下电能有限公司( P E V E ) PEVE(Panasonic EV Energy Co.，Ltd)是松下和丰田的合 资公司。目前采用松下电池的商业化混合动力汽车有丰田的 Prius, Alphard, Estima,本田的Civic, Insight等。 松下最新的方形电池采用新的电极材料，降低了内阻和 内压，使可靠性和寿命得到提高，其主要参数如表2所示，其 表2 P E V E 方形电池的主要参数 技术特征： 比功率达到1350W/kg； 采用新的电极材料使内阻显着降低； 采用新的电池联接结构； 寿命有显着的提高； 电池箱尺寸减少15，重量减少25。 ( 2 ) C o b a s y s Cobasys是Chevron Texaco TechnologyVenture(美国第二 大能源公司)和ECD(EnergyConversion Devices)的合资公司。 ECD全资控股Ovonic, Ovonic拥有很多关于镍氢电池方面的专 利，全世界生产镍氢电池的企业须得到它的许可才能生产销 售。Cobasys不仅只是技术的研发，而且把研发的技术推广 到产业化的水平。Cobasys专门为混合动力汽车开发8. 8Ah的 Series 1000电池模块。其基本参数见表3。 表3 S e r i e s 1 0 0 0 电池模块的基本参数 ( 3 ) V a r t a Varta是美国江森自控(JCI, Johnson Controls Inc.)控股的企 业，江森自控是世界上最大的汽车电池制造商之一， Varta总 部在德国汉诺威。该公司为混合动力车用镍氢电池开发的主 要产品有圆形模块5.5Ah，8Ah,12Ah；方形模块7Ah,25Ah。 其中方形模块优于市场上同类产品：内阻低、质量比功率高 (1300W/kg)、质量比能量高、低温性能好。 2 . 国内镍氢动力电池研发现状 国内镍氢动力电池的主要生产厂家有：春兰(集团)公司、 天津和平海湾、中山中炬森莱、神舟、科技、沈阳三普。它 们经过“863”的积累，技术进步不大，单体电池的技术指标 虽然与国外的相差不是很大，但一致性和循环寿命比国外差， 特别是集成后各项指标相差较大。国内动力电池研发机构及生 产企业还存在资金不足的问题，其原因主要是动力电池还没形 成产业，其生产工艺大部分还是手工作业；汽车整车厂对动力 电池的要求很高，但需求量不大，两者相互制约。 四、结语