关于纯电动汽车使用锂电池作为动力能源探究

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1、关于纯电动汽车使用锂电池作为动力能源探究　　摘要：纯电动汽车以节能、环保而作为了电动汽车的重要发展方向之一。锂离子电池以其能量密度大、电压平台高等优良的性能成为纯电动汽车的理想动力源。然而，锂离子电池的抗滥用能力、安全性和长寿命成为锂离子电池使用管理中急需解决的问题。关键词：纯电动汽车锂离子电池安全性抗滥用能力1车用锂电池的市场现状从2009年至2010年，混合动力汽车，电动汽车以及插电式混合动力汽车的锂电池市场增长了5倍之多，营收达到5.018亿美元。2011年锂离子电池市场销售额为20亿美元，2012年电动车用锂电池总销售额为160亿美元。随着锂电池

2、的安全性、性价比的逐渐提升以及成组技术的不断突破，锂电池逐渐进入大功率应用场合，如电动汽车动力源、通信系统备用电源、铁路辅助电源以及电力系统备用电源等。有专家预测，锂电池在电动车应用领域将会逐步取代铅酸电池、镍电池等电池。2车用锂电池的种类6在技术上，锂电池仍不断取得新的突破。单体锂离子电池在能量密度、功率特性、安全性、寿命等方面的性能得到显著的提高，电池的温度适用范围也得到了拓展。随着车用锂电池研究领域的不断拓展，其技术也不断取得突飞猛进的进展，先后出现了钴酸锂、三元材料、锰酸锂和磷酸铁锂等多种类型的锂离子电池。其中钴酸锂材料其含有贵重金属成本较高，抗

3、滥用能力差，安全性能较差，不适合于大型动力电池领域推广应用。三元材料也是一种高容量的正极材料，电压平台与钴酸锂一致，循环性能优异，安全性能相对较好，可大电流放电，适合于中型高档电子产品或要求大电流工作的场所，但该材料价格昂贵，也不适宜大型动力电池上使用。锰酸锂材料具有较高的电压平台，良好的安全性能、丰富的资源和低廉的价格。经过多年的研究，锰酸锂材料的性能得到较大的改善，现在的锰酸锂具有良好的常温循环和高温循环性能，是目前动力电池领域广泛采用的正极材料。磷酸铁锂材料是最近几年快速发展起来的一种新的正极材料，其具有较高的克容量（130mAh/g～140mAh

4、/g），稳定的充放电平台，良好的安全性能，较好的低温性能以及良好的循环寿命，在动力电池和备用电源领域具有广阔的应用前景。其缺点是电压平台较低，振实密度（比重）低，制成的电池比能量较低。另外，生产过程对工艺要求十分严格，不同批次产品的一致性控制难度较大。3车载锂电池使用中面临的一些问题6与便携式设备或者固定设备相比，电动汽车用电池的工作环境更为恶劣：3.1串联使用。为了达到相应的功率和能量等级，电动汽车用电池需要大量地串联使用。以奥运用纯电动大巴为例，电池配置为锰酸锂材料锂电池，4并104串，电池组容量360Ah。这样对电池的一致性提出了更高的要求：同时电

5、池的容量更大，安全性要求更高，与单只电池的使用和管理不同，需要更加完善的成组管理和使用技术。3.2空间狭小。这样，一方面使得电池的摆放相对集中，电池系统的安装、散热和通风处理更难。电池长时间在高温下运行，电池的性能衰退加快，甚至会出现热失控而有安全隐患；另一方面，由于空间狭小，加之大容量电池需要的均衡设备容量、体积等都较大，所以并不具备在线均衡器的安装条件，使得电池的一致性问题更加突出，也给电池的使用带来更加严格的考验。3.3环境恶劣。车辆运行颠簸，这对电池的抗冲击和震动等性能提出了更高的指标要求；同时灰尘、雨水以及线路磨损可能导致电池出现爬电、短路、搭

6、铁等绝缘问题。电动汽车对车用电池的高性能要求和恶劣的工作环境，对电池的安全性和循环寿命以及电池能量的有效使用提出6了很大的挑战。特别是锂电池的成本较高，抗滥用能力较差。电池的滥用（包括过充电、过放电、过热和过电流等）可能导致电池的寿命严重衰减，甚至出现电池着火或者爆炸等安全事故。在成组锂电池中由于电池的一致性差异，问题表现得更为突出。所以锂离子电池，特别是成组锂离子电池的安全性和长寿命成为锂电池使用、管理方面急需解决的问题。4目前的锂电池管理技术电池管理系统是电池系统的重要组成部分，通过对电池外特性的在线测量和估算，实时地掌握电池的工作状态，在不出现滥用

7、和不合理使的情况下，实现电池能量的充分和高效利用，提高运行效率。目前，为了满足电动汽车的实际运行需求，电池管理系统在功能、可靠稳定性和实用性等方面都做出了重要努力。检测方面，提高了电压、温度及电流的测量精度，基本满足车辆运行和电池使用的要求。数据通讯方面，配备了齐全的通信接口，可以将电池的信息发送给整车控制器，显示界面以及充电机等。可靠性方面，结合现代大规模集成电路技术，提高系统运行的抗干扰能力。数据库管理方面，由于电池和电动车都处于试验和日益完善的阶段，电池管理系统多配备了电池运行和充电数据的数据库管理系统，便于对电池性能的进行评价，对车用电池的优化设

8、计提供数据支持。6虽然电池管理在系统的检测精度、可靠性和耐久性等方面取得了一定的