锂电池与铅酸电池对比.doc

一、动力锂离子电池与铅酸电池的经济性对比当前认为电动汽车采用动力锂离子电池的经济性比铅酸电池差的观点是不正确的。虽然动力锂离子电池的购置费用仍高于铅酸电池，但从购置费用在使用寿命内的成本摊销、有效运能和能源效率方面综合考量，采用动力锂离子电池的经济性比采用铅酸电池更具有显著优势。为了便于讨论，设定讨论条件如下：阀控铅酸电池按2008年12月国产电池市场报价：150Ah/12V蓄电池为980元/只。85Ah/12V水平铅酸蓄电池2008年市场报价为：民用品价格为1500元/只，军用品价格为3500元/只。本文采用民用品价格（1500元/只）。当前，动力锂离子电池价格相差较大。根据当前市场情况，磷酸亚铁锂动力电池每Ah价格分别采用6.50元、7.00元、8.00元、10.00元。锰酸锂动力电池每AH价格分别采用10.00元、10.00元、14.00元、15.00元。本文仅以150Ah/24V电池组进行比较，不计算电子电路的费用。（一）购置费用对比图1.1是各种150AH/24V电池组购置费用对比。图1.1中，水平铅酸蓄电池按民用价格（每个85Ah/12V电池1500.00元）计算。锰酸锂蓄电池按15.00元/Ah，磷酸亚铁锂动力电池按8.00元/Ah计算。鉴于当前锂离子蓄电池市场价格相差较大，表1列出了当前各种典型价格的150Ah/24V电池组价格和与铅酸电池的相对比值。表1150Ah/24V电池组购置费用对比（深色格为当前可能价格）电池类型阀控铅酸电池水平铅酸电池锰酸锂动力电池磷酸亚铁锂动力电池6.50元/Ah1960元（国产）100%5294元/270%10588元/540%6825/348%7800/398%7.00元/Ah7350/375%8400/429%8.00元Ah8400/429%9600/490%10.00元/Ah10500/536%12000/612%12.00元/Ah12600/643%14400/735%14.00元/Ah14700/750%16800/857%15.00元/Ah15750/801%18000/918%由表1可见，当前磷酸亚铁锂动力电池与国产阀控铅酸蓄电池比，价格仍高45倍；价格最高的锰酸锂动力电池比国产阀控铅酸蓄电池贵8倍。（二）使用寿命对比图1.2是阀控铅酸蓄电池和动力锂离子电池使用寿命（典型值）的对比。图1.2阀控铅酸蓄电池和动力锂离子电池循环使用寿命（典型值）阀控铅酸蓄电池额定循环使用寿命约250个充放电循环，水平铅酸蓄电池循环使用寿命小于200个充放电循环。动力锂离子电池额定使用寿命（容量下降到额定容量的80%时为寿命终结）：锰酸锂动力电池大于800个充放电循环循环；磷酸亚铁锂动力电池大于1200个充放电循环。动力锂离子电池成组后的使用寿命与成组技术和产品性能相关。若成组技术和产品不符合动力锂离子电池的要求，使用寿命将大幅度缩短。若成组技术和产品符合锂离子蓄电池要求，成组后的动力锂离子电池的充放电循环使用寿命则与单体电池的充放电循环相同。本文作者将动力锂离子电池容量下降到额定容量的60%时定义为工况使用寿命。锰酸锂蓄电池工况使用寿命可大于1200个充放电循环，是阀控铅酸电池的5倍左右。磷酸亚铁锂动力电池工况使用寿命可大于1600个充放电循环，为阀控铅酸蓄电池的6倍以上。（三）蓄电池在不同放电倍率时的容量图1.3是阀控铅酸蓄电池和动力锂离子电池在不同放电倍率时的容量对比图。图1.3阀控铅酸蓄电池和动力锂离子电池在不同放电倍率下的容量从图1.3可知，随着锂离子蓄电池放电的增加，实际容量下降很小；而铅酸蓄电池放电电流的增加，容量大幅下降，典型值见表2。表2动力锂离子电池和阀控铅酸蓄电池在不同放电倍率下的容量放电率动力锂电池(Ah)铅酸电池(Ah)20I1100%100%10I1100%91.4%5I1100%83.0%3I1100%75.4%2I199%62.5%1I198%57.2%0.5I197%47.8%（四）蓄电池使用的经济性对比“动力锂离子电池比阀控铅酸电池贵”这个看法直接影响到了动力锂离子电池的推广应用和产业发展。正确评价和认识锂离子蓄电池与阀控铅酸蓄电池的经济性，对推动动力锂离子电池产业发展将产生重要影响。评估动力锂离子电池的经济性，不仅要评估电池的购置费用，对全生命期内的使用成本的经济性评估具有更重要的意义。其中，动力锂离子电池购置费用在单位电能（kWh）中的摊销费用和电池维护费用、充电基础设施建设和维护费用、充电和放电效率。此外，对于用于电动车辆的动力蓄电池，还应分析运能效率。1锂离子和阀控密封铅酸动力电池在使用寿命期内提供的总电能（kWh）对比蓄电池使用成本的构成中，主要部分是蓄电池购置费用在使用寿命期内提供的总能量除以蓄电池的购置费用。动力锂离子电池和阀控铅酸蓄电池在使用寿命期内提供的总电能见表3和图1.4。表3蓄电池在使用寿命期内提供总能量（kWh）对比电池类型阀控铅酸蓄电池水平铅酸蓄电池锰酸锂蓄电池磷酸亚铁锂动力电池提供总能量kWh39646237304920相对百分比%1001179421241图1.4锂离子和阀控铅酸电池在使用寿命期内提供的电能（kWh）2锂离子和阀控铅酸电池购置费用在使用寿命期内每kWh电能中的摊销费用（见表4和图1.5）。表4锂离子和阀控铅酸电池购置费用在使用寿命期内每kWh购置费用摊销费用单位元蓄电池类型单价(元/AH)阀控铅酸蓄电池水平铅酸蓄电池锰酸锂动力电池磷酸铁锂动力电池6.504.9511.45/22.921.831.597.001.971.718.002.251.9510.002.822.44123.38143.94154.22当前价格下各种蓄电池寿命期内电池购置费用在每kWh电能中的摊销比较见图5图1.5当前价格下各种蓄电池寿命期内电池购置费用在每kWh电能中的摊销从图1.1看出，虽然动力锂离子电池的购置费用仍高于阀控铅酸蓄电池，但从表4和图1.5可以看出，动力锂离子电池使用寿命期内每kWh摊销费用，已经明显低于阀控铅酸电池。表4和图1.5没有计算蓄电池寿命期后的再利用价值。铅酸蓄电池在寿命期结束后，除可用于回收铅外，已经没有再利用的价值。电动汽车用动力锂离子电池在寿命期后，仍能提供额定电量的60%的电能。从比能量和再利用使用寿命方面考量，大多数电池仍优于阀控铅酸蓄电池。如100Ah的锂离子蓄电池寿命下降到60%时，虽然车辆已经不能使用，但仍有60Ah的容量，仍相当于100Ah铅酸蓄电池在大于3I3放电电流下使用的实际容量，再利用的使用寿命比铅酸蓄电池还要长很多，若用于光伏发电等固定电池，其性能优于新的阀控铅酸蓄电池。表5是若按10%的再利用价值，计入寿命期后再利用的蓄电池在使用寿命期内每kWh购置费用摊销对比情况。表5计入寿命期后再利用的蓄电池在使用寿命期内每kWh购置费用摊销对比蓄电池类型单价(元/AH)阀控铅酸蓄电池水平铅酸蓄电池锰酸锂蓄电池磷酸亚铁锂蓄电池6.504.9511.4522.921.651.437.001.771.548.002.031.7610.002.532.2012.003.0414.003.5515.004.803充放电电能效率对比进行经济性分析时，蓄电池的充放电效率是不能忽视的问题之一。充放电电能转换效率是充入电能（Wh）与输出电量（Wh）的比值。若充放电效率过低，直接造成充电费用增加。动力锂离子电池充放电电能转换效率可大于97%，铅酸蓄电池充放电电能量转换效率约为80%左右。动力锂离子电池的充电电费比铅酸蓄电池少17%左右。4运输能力对比用于电动车辆的动力蓄电池的经济性分析时，由于电池重量的增加造成运输能力的损失是必须考虑的问题。以11米电动公交车为例，若采用160kWh动力锂离子电池，电池组重量约1.8吨重，而采用阀控铅酸电池组