电动汽车电池选择..ppt

1、我国规模蓄电的发展路径,杨裕生 防化研究院,2011年10月22日 长沙,第29届全国化学与物理电源年会,内容,一、能源发展要求规模蓄电 二、可再生能源蓄电技术的评述 三、动力电池决定电动车的发展 四、强烈呼吁加大电池发展力度,化石能源越用越少CO2、SO2排放越来越多,开源可再生能源发电 替代电动车以电代油,规模蓄电的两类要求： 可再生能源发电固定式蓄电，储能型 电动车以电代油移动式蓄电，动力型,一、能源发展要求规模蓄电,均需规模蓄电,新兴产业，发展路径尚在探索中，技术远未成熟 应该有规划地安排发展，在发展中竞争，未来让市场作裁判,1、可再生能源的规模蓄电,太阳能：永不枯竭；光能转为电能，不

2、能连续 风能：陆上离地面10米技术可开发风电资源约 3 亿千瓦,一、能源发展要求规模蓄电,陆上70米高度、海上的风能资源很大,风能发电，1千瓦每年减排CO2 2吨,我国兴建大型风力发电场（4 个“风电三峡” ）太阳能光伏发电、潮汐和波浪电站。,水力发电要充分开发，但资源有限,风电并网影响供电质量 增加调峰负担,技术积累薄弱，现有蓄电技术难显身手 需求来势迅猛，政府和国企缺乏预见性,规模蓄电助 “垃圾”为“宝”，,北方夜间风大；几不稳；风电成了“垃圾电”,一、能源发展要求规模蓄电,杨裕生。大规模蓄电的化学电源，第26届全国物理与化学电源学术讨论会论文集G01，2004年9月，厦门,杨裕生“非并网

3、风电”应与大规模蓄电相结合 科学时报，20061108,但是,风电不并网可解决部分风电利用问题,但风力发电、太阳能发电、潮汐和波浪发电 无法恒定，必需有大规模蓄电装置配套运行,必要性 已有广泛共识,减轻城市空气污染,大城市空气污染的 50%来自汽车,石油与“国家能源安全”,减少二氧化碳排放，缓解温室效应 1亿吨油产生CO2约3亿吨,原油对外依存度超过 50%,纯电动公交车每辆至少用200千瓦时的电池,汽车增多石油更紧，发展电动车刻不容缓,2、以“谷电”代油，发展电动车,一、能源发展要求规模蓄电,动力电池要求高，难度大，发展任重道远,内容,一、能源发展要求规模蓄电 二、可再生能源蓄电技术的评述

4、三、动力电池决定电动车的发展 四、强烈呼吁加大电池发展力度,(一)可再生能源蓄电的经济效益,可再生能源蓄电是商业行为，必须考虑效益 可再生能源电价本来就高，蓄电不能加价太多,能量转换效率： 即输出能量和输入能量的比率 包含体系在全寿命周期中的工作效能,建设成本与寿命 长寿命是最大的降价、节能,蓄电技术的先进性 安全性第一；经济效益也很重要,二、可再生能源蓄电技术的评述,蓄电的直接经济效益 以指数 YCC 表示：,循环寿命次数； 电价进、电价出￥/kWh； 输出1kWh电能的成本(￥/kWh)； 分初投资与运营成本两项,YCC 1，表示储能企业盈利； YCC 1=利润率,杨裕生 程杰 曹高萍,规

5、模储能装置经济效益的判据.电池2011（1）:19； 国家重点基础研究发展计划(973)资助,二、可再生能源蓄电技术的评述,抽水蓄能现主力,（二）充分发挥物理储能技术的作用,压缩空气储能，超导储能等,优点： 规模大，核电调“峰” 寿命长，运行费用低 能量转换效率70-75% 技术很成熟,局限性： 要有合适的场地； 一次投入的费用高 几十万kW“整起整落” 不能灵活切换,对策: 用于可再生能源要由智能电网统筹 在规模蓄电中与化学法互补,大多数用户的蓄电，主要使用化学法,二、可再生能源蓄电技术的评述,1、先进的铅酸蓄电池为当前的首选,铅酸电池“古老”，但未过时 用量最大全球移动电话机站，每站一组

6、全世界十亿辆汽车，每辆一组 有新技术各种新结构，新材料 密封胶体免维护式 管式 卷绕式 双极性串联式 铅炭电池 超级电池 ,优点突出：安全 廉价 成熟 有一万安时以上的大型产品；,（三）化学储能技术的评述,二、可再生能源蓄电技术的评述,铅酸蓄电池的缺点大有改进, 比能量较低 管式电池已大于40Wh/kg 新电极可能达到新的水平60Wh/kg,*（日）Shin-Kobe Technical Report No.15 (2005-3), 深放电时循环寿命较短 2005年循环寿命达4500次* （70%DOD） 2009年达6000次正确使用 大有作为, 冶炼、制造、回收中，可能有铅污染 国外治理了

7、；我国加强管理，也定能治好！ 说“铅酸电池有污染”，是说错了！,二、可再生能源蓄电技术的评述,美国加州： 40MWh的铅酸蓄电池蓄能电站,对策: 发展高能、长寿铅酸电池60（80）Wh/kg,二、可再生能源蓄电技术的评述,2、锂离子电池演示规模应稳步扩大,优点： 比能量高 比功率高 能量转换效率高 循环寿命长,不足： 价格还不够低 有的安全性还较差,二、可再生能源蓄电技术的评述,对策:演示规模不必过大 1、要先认真积累1-2兆瓦级电站的运行经验 2、要比较不同电池体系的优缺点 3、要全面检验、长期考验体系的安全性 4、要考验经济效益,南方电网的储能锂离子电池组 着火2次（洛、深）,3、钠硫电池

8、要在安全前提下发展,不足： 高温运行，启动慢 价贵，万元/度电 安全性较差,优点： 高比能量 转换率高 寿命较长,上海试产出650Ah的产品,对策:钠硫电池产能不要增加过快 加强安全性下，边演示，边增容,日本蓄电站9月21日-10月5日大火,二、可再生能源蓄电技术的评述,对策: 针对缺点，发展新的体系，降低成本,很适用于可再生能源,二、可再生能源蓄电技术的评述,4、液流电池发展要统筹安排,二、可再生能源蓄电技术的评述,液流电池是一电化工厂体系繁多，要 精心选用,国内外的实践已证明： 以溴为氧化剂的液流电池不可取 如多硫化钠-溴体系，锌-溴体系,8小时放电； 净能量效率70 总造价2200万美元

9、 美军花2500万美元,英国RegenesysTM 民用大型蓄电站 120MWh/15MW,停运转,研发费用大 材料要求高 比能量低 工程化周期长 运行窍门多,二、可再生能源蓄电技术的评述,全钒液流电池要发展，但勿一窝风,住友停产4年，刚恢复 VRB公司,中国收购 中国现已有8家公司,要有强大的财力后盾，要有优惠政策的支持 要作长期的演示验证，要分步骤地扩大规模,要大力发展有自主知识产权的 液流电池新技术,单液流电池只有一个溶液，故不需离子交换膜； 无“交叉污染”,电流效率高；活性物质价格低廉； 电池结构简化，制作成本低； 平均比能量40Wh/kg（高于全钒液流电池的25Wh/kg）,防化研究

10、院：液流电池新体系研究,锌-镍单液流电池（2007） 铜-铅单液流电池（2008） 双功能液流电池（2005） 有机液流蓄电池（2007） 兼能电合成的不间断液流电池（2010）,显示出强劲的竞争力,二、可再生能源蓄电技术的评述,锌-Zn(OH)42- -镍单液流电池,1 Jie Cheng, Li Zhang, Yu-sheng Yang, Yue-hua Wen, Gao-ping Cao, Xin-dong Wang. ,Electrochemistry Communications, 9:2639-2642, 2007 2 Li Zhang, Jie Cheng, Yu-sheng Y

11、ang, Yue-hua Wen, Xin-dong Wang, Gao-ping Cao. ,J. Power Sources, 179:381-387, 2008,AD / DC,放电,充电,充电器,负载,+,_,泵,Zn(OH)42-电解液 储罐,Ni电极,镀锌负极,正极反应： NiOOH + H2O +e Ni(OH)2 + OH- EC0 =0. 490 V 负极反应： Zn + 4OH- - 2e Zn(OH)4-2 EA0 = -1.215 V 总反应： Zn + 2NiOOH + 2H2O+ 2OH- Zn(OH)4-2 + 2 Ni(OH)2 E0 = 1.705V,美国纽约

12、城市大学能源研究所 跟踪研究 并探求中国的氧化镍正极材料,二、可再生能源蓄电技术的评述,Cu-H2SO4-PbO2单液流电池,正极反应： PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e PbSO4 + 2H2O EC0 = 1.685 V 负极反应： Cu - 2e Cu2+ EA0 = 0.337 V 总反应： Cu + PbO2 + 2H2SO4 CuSO4 + 2H2O + PbSO4 E0 = 1.348V,二、可再生能源蓄电技术的评述,与北京化工大学合作 J. Pan, Y. Sun, J. Cheng, Y. Wen, Y. Yang, P. Wan, Study on A New

13、 Single Flow Acid Cu-PbO2 Battery, Electrochemistry Communications (2008), doi: 10.1016/j.elecom.2008.06.008,技术创新 面容量高、寿命超长的正极制备技术 制止负极枝晶生长技术 内并外串电池成组技术 旁路电流截止技术 单液流电池的系统集成与控制技术,二、可再生能源蓄电技术的评述,碱性溶液:锌/镍单液流电池 酸性溶液:铜/铅单液流电池,已取得突破性进展，申请了若干专利 并已制成小型样机，进入工程化研制,5、再生式燃料电池无商业价值,总能量转换效率 35% 有人建议与小水电结合,杨裕生。关于可

14、再生氢-氧燃料电池的议论， 化学与物理电源系统，(5)：4-7，2008,问题：系统复杂,可靠性难满足长期运行要求 价格昂贵； 能量转换效率不高,对策: YCC指数太低，不宜采用！,二、可再生能源蓄电技术的评述,7、大力推行用户分布式蓄电,家用分布式蓄电，同时发展直流电器,二、可再生能源蓄电技术的评述,电网与用户联合建站，取得双赢 用户本需直流 用户可保生产的连续性 电网消化谷电 减少再上网的变流损耗,电解铝 氯碱 电镀 无轨电车 轨道交通 硅 充电站 电池 其它,分隔小区风-光-油-蓄互补 海岛 山村 边防哨所,直流电用电大户蓄电,内容,一、能源发展要求规模蓄电 二、可再生能源蓄电技术的评述

15、 三、动力电池决定电动车的发展 四、强烈呼吁加大电池发展力度,电动汽车按动力划分为两大类,纯电驱动类,混合动力类,4、插电式混合电动车（PHEV） 电-油混合动力车 5、油-电混合电动车（HEV） 微、轻、中、全等不同混合程度,1、纯电动车（EV） 2、燃料电池电动车（FCEV） 燃料电池发电，与电池并联 3、增程式纯电动车（EREV） 内燃机发电，与电池并联,只有电动机 一种驱动 动力,内燃机-电动机两种动力 过渡车种,电动汽车必须：真能节油、减排最终不用油； 广大群众买得起；用得好 安全、方便,又可分为5种,新 能 源 汽 车,节能汽车 （全燃油）,电动汽车需要规模化蓄电池 电动汽车要从电

16、网取用大量电能 既可能冲击电网，但也可以调峰,电动车发展路径对头，可以避害兴利 如：夜间充电，而不搞快速充电,三、动力电池决定电动车的发展,电池决定电动汽车的性能,电动车发展路径争论的实质 蓄电和用电路径的选择,关键：电池水平和发展的正确判断能力,轿车驶80公里，就可满 足大多数用户要求,1、微小型纯电动汽车 应大力发展,只有电动力,最节油-用“谷电”“风电” 简单-无油路/气路/水路 车身便宜-一般性加工,微型车行驶百公里耗电5-6度，小型车8-10度 车轻价廉，耗电少，易充电，可用铅酸电池、锂离子电池,鲁、浙、苏、粤已出口，应尽快允许在国内销售,科学时报7月28日A3版：“别藐视铅酸电池微

17、型电动汽车”,观点：中、高档轿车电池多，价高，难成市场,大量圈地搞充电站、换电站，费钱多而效率低 奥运会、世博会的模式不能用于商业运行,现电池比能量下，合理的设计里程仅约150公里,电池量大，散热困难安全问题解决难度加重,电池和纯电动公交车价格高，长期离不了补贴,电池单体、成组、使用欠成熟，性能衰退过快,但公交大客车一日需行200-300公里,电池与车辆不能齐寿，后续电池谁补贴？,电池性价比的提高 要有个较长过程,观点：纯电动公交车目前只能少量演示,2、纯电动公交大客车 应慎重发展,3、燃料电池电动车 未来的目标,只有电动机 一种动力 也装动力电池 用FC发电 增加行驶里程,1、价格贵 市场太

18、小,4、寿命 不够长,5、铂的资源不够用一辆小轿车用铂大于20克5万辆车要用铂一吨多我国年产铂4吨-远不够化工用 即使全造车-只20万辆车铂减至1/10 -也只200万辆车,2、氢难储运,3、维护难 系统复杂,FCEV10-20年难规模化,必需研究无铂催化剂大难题,观点：燃料电池要做长期的基础研究,4、增程式电动车 市内省油多,只有电动机 一种动力 故属纯电驱动,行驶前电池组充电途中小功率发电机最佳工况下发电,发电机与电池并联驱动电动机 也可给电池充电,车上发电延长里程 虽仍需用油 但可省油一半,适用于城市里的大、中、小型车,增程式 十大 好处,1、不必配太大容量动力电池且可远行 2、电池组不

19、会缺电和过放电寿命延长 3、不一定用锂离子电池而用别种价格低,4、夜间在停车场充电不另建充电站省地 5、夜间充电是使用电网的“谷电”“填谷”,6、不需要充电/换电的周转电池低投入 7、不需要大量的换电设施和人员运行省,8、传统汽车设施和成就全继承且易加工 9、现有技术就可节油50%以上节能减排多,10、政府补贴负担轻较容易过渡到无补贴,观点：新一代电池投用前的最佳车种,车辆在行驶中 发电机给电池充电,电池始终运行于 “半充”状态与 “半放”状态之间 （以电池半容量为基准）,电池运行于 “半充”与“半放”状态之间 的好处： 1、内阻最小，发热量小 2、不过充，安全有保障 3、不过放，循环寿命长

20、4、淡化了不一致性问题 5、可简化电源管理系统 6、可用廉价的铅酸电池,运 行 段,5、插电式混合动力车 短程纯电动,内燃机和电动机两动力系统，较复杂，价贵,50公里内 不用油 远距离全用 内燃机,50公里用外内燃机，大马拉小车，油耗仍很高,观点：不如增程式，可以在竞争中发展,6、微混(电起动)汽车 属全燃油车,燃油车数量大，只要做少许变动，技术成熟可靠，可节油5%10%；城市污染大为减少,铅碳电池、超级铅酸电是燃油车微混化的基础,观点：我国应制定燃油车微混化的进程 据此进程及时形成配套电池及炭的量产,7、中度混合动力公交车 节油不多,部分企业用外企部件拼装交帐，不掌握核心技术,电池寿命也不乐

21、观；也有后续电池补贴的问题,2010中国（杭州）新能源公交客车精英赛,5公司参赛7辆混合动力客车，平均节油率 （基准车型：12米级，手动变速器）：14.63%,观点：不应是补贴重点；应按节油率补贴,2011中国（昆明）新能源公交客车精英赛,20家公司参赛，混合动力客车节油率：15.61%,中度混合动力小轿车用镍氢电池，材料可回收,两者通过行星轮式齿轮机构结合 综合调节两动力之间的转速关系,8、油-电混合动力车 我国无优势,内燃机系统和电机驱动系统 各有一套变速机构,两动力组合- 有多种组合方式,美国政府不支持发展,全混合普锐斯 百公里3升油 用镍氢电池， 销量过200万辆,设计复杂，加工要求高 专利保护，我国无优势,车价贵，在中国卖不动,观点：全混合动力车只是个别企业行为,为向新一代纯电动汽车方向跨越发展奠定 技术基础特别是电池,大力发展微、小实用型纯电动汽车为突破口,大、中型车以纯