《電子技術(shù)應(yīng)用》
您所在的位置:首頁 > 電源技術(shù) > 業(yè)界動(dòng)態(tài) > 電動(dòng)汽車用鋰離子電池技術(shù)的國(guó)內(nèi)外進(jìn)展簡(jiǎn)析

電動(dòng)汽車用鋰離子電池技術(shù)的國(guó)內(nèi)外進(jìn)展簡(jiǎn)析

2009-01-08
作者:祝毓
一、電動(dòng)汽車電池技術(shù)獲得突破性發(fā)展

  蓄電池及其管理系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)之一。在以往幾年中,大部分企業(yè)在電動(dòng)汽車研制中曾遭遇尷尬,主要是因?yàn)椴捎昧算U酸、鎳鎘、鎳氫電池(Ni-MH)等?,F(xiàn)在,經(jīng)過研制與實(shí)驗(yàn)比較,采用能量密度更高的鋰離子電池取代鉛和鎳氫電池,運(yùn)用于汽車領(lǐng)域正成為一項(xiàng)核心技術(shù),它具有重量輕、儲(chǔ)能大、功率大、無污染、也無二次污染、壽命長(zhǎng)、自放電系數(shù)小、溫度適應(yīng)范圍寬泛,是電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車、電動(dòng)小轎車、電動(dòng)大貨車等較為理想的車用蓄電池。缺點(diǎn)是價(jià)格較貴、安全性較差。不過現(xiàn)在已有技術(shù)開發(fā)錳酸鋰、磷酸鐵鋰、磷酸釩鋰等新型材料,大大提高了鋰離子電池的安全性,而且降低了成本。

表:各種EV蓄電池的特點(diǎn)對(duì)比

各種EV蓄電池的特點(diǎn)對(duì)比

資料來源:陳清泉、孫立清,電動(dòng)汽車的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì),科技導(dǎo)報(bào),2005年4月,第23卷第4期

表:EV蓄電池關(guān)鍵技術(shù)數(shù)據(jù)與美國(guó)先進(jìn)蓄電池協(xié)作體公布指標(biāo)比較

EV蓄電池關(guān)鍵技術(shù)數(shù)據(jù)與美國(guó)先進(jìn)蓄電池協(xié)作體公布指標(biāo)比較

注:NA-數(shù)據(jù)不詳、a-C/3放電率、b-80%DOD、c-機(jī)械重充電、d-僅供參考、USABC-美國(guó)先進(jìn)蓄電池協(xié)作體。

  資料來源:陳清泉、孫立清,電動(dòng)汽車的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì),科技導(dǎo)報(bào),2005年4月,第23卷第4期

  二、鋰離子電池產(chǎn)業(yè)化動(dòng)態(tài)

  隨著成本的急劇降低和性能的大幅度提高,已有許多汽車生產(chǎn)廠家開始投入使用鋰離子電池。下表是主要鋰離子電池廠商研發(fā)與生產(chǎn)概要。截至2006年 10月為止,全球主要國(guó)家已有20余家車廠進(jìn)行鋰離子電池研發(fā)。如富士重工與NEC合作開發(fā)廉價(jià)的單體(Cell)錳系鋰離子電池(即錳酸鋰電池),具有高安全性、低制造成本特點(diǎn),在車載環(huán)境下的壽命高達(dá)12年、10萬公里,與純電動(dòng)汽車的整車壽命相當(dāng)。東芝開發(fā)的可急速充電鋰離子蓄電池組,除了小型、大容量的特點(diǎn)之外,采用了能使納米級(jí)微粒均一化固定技術(shù),可使鋰離子均勻地吸附在蓄電池負(fù)極上,能在一分鐘之內(nèi)充電至其容量的80%,再經(jīng)6分鐘便可充滿電。美國(guó)的主要電池廠Johnson Controls針對(duì)電動(dòng)汽車需求特性的鋰離子電池于2005年9月在威斯康星州Milwaukee設(shè)立研發(fā)地點(diǎn),2006年1月另出資50%與法國(guó)電池廠Saft共同成立Johnson Controls-Saft Advanced Power Solution (JCS)。JCS 于2006年8月承接了美國(guó)能源部(DOE)所主導(dǎo)2年USABC(United States Advanced Battery Consortium)純電動(dòng)車鋰離子電池研發(fā)計(jì)劃合約,另外亦與車廠簽約提供高功率鋰離子電池。

  表:主要鋰離子電池廠商研發(fā)與生產(chǎn)概要

  電池廠商 產(chǎn)品概要

  Degussa AG/Enax 2005年6月,德國(guó)Degussa與日本Enax分別各出資50%在中國(guó)成立Degussa Enax(Anqiu)Power Lion Technology 公司,生產(chǎn)鋰離子電池電極與銷售,該廠同時(shí)生產(chǎn)電動(dòng)車用鋰離子電池電極,并供應(yīng)至中國(guó)與歐美日等國(guó)。

  Johnson Controls-Saft Advanced Power Solution (JCS) JCS是Johnson Controls 與Saft 于2006年1月合并的公司,Saft 于1995年開始研發(fā)電動(dòng)車鋰離子電池,Johnson Controls 于威斯康星州的Milwaukee設(shè)廠生產(chǎn)專為電動(dòng)車設(shè)計(jì)的鋰離子電池,2005年開始提供美國(guó)車廠鋰離子電池試作品。

  NEC Lamilion Energy 2006年3月提供適合電動(dòng)車用錳系鋰離子電池,車載電池壽命為2,700W/kg(25℃、10秒、SVOC50%),具高輸出特性,達(dá)成10年15萬公里等效距離運(yùn)行測(cè)試,已有20余家車廠擁有研發(fā)實(shí)績(jī)。

  Sanyo電機(jī) 2006年3月,日本德島工廠提供1,000組用鋰離子電池予車廠電動(dòng)車試用,預(yù)定2007年量產(chǎn)。

  Panasonic EV Energy 2005年10月Toyota對(duì)Panasonic EV Energy出資從40%提高至60%,已將其納入子公司,預(yù)定于2008年在Prius裝上可具備外部充電功能的鋰離子電池,目前正進(jìn)行實(shí)用化性能評(píng)估與量產(chǎn)驗(yàn)證。

  GS Yuasa 2004年3月,開始銷售電動(dòng)車與不斷電系統(tǒng)鋰離子電池E-on EX25A(cell)與EX25A-7(模塊)。

  Hitachi Vehicle Energy, Ltd.) 日立Vehicle Energy公司系于2004年6月,由新神戶電機(jī)43.7%、日立36.7%、日立macell 19.6%組成,專門生產(chǎn)電動(dòng)車用錳系鋰離子電池。2005年6月研發(fā)小型、低成本之鋰離子電池控制模塊試作品(48cell),鋰離子電池配合新開發(fā)的控制裝置較傳統(tǒng)成本降低12.5%,精簡(jiǎn)空間10%。

??? Litcel(日本) 2006年開發(fā)電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)用Li-ion B4-40鋰離子電池組(pack),裝置于三菱Colt-EV車上進(jìn)行實(shí)證測(cè)試,充電一次續(xù)航距離為150km,2010年時(shí)目標(biāo)為240km。

  資料來源:FOURIN(2006/11);臺(tái)灣工研院IEK(2007/1)

  我國(guó)在鋰離子電池方面的研究水平,有多項(xiàng)指標(biāo)超過了USABC提出的2010年長(zhǎng)期指標(biāo)所規(guī)定的目標(biāo),已能自主開發(fā)出用量在50~80公斤以下,可適用于電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車、電油混合動(dòng)力車、油電混合動(dòng)力電動(dòng)車,行駛距離在80公里以內(nèi)的小型、輕型供上下班使用的家用電動(dòng)小轎車的鋰離子蓄電池,并有足夠好的安全行駛性能。從1997年開始產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗(yàn)的蘇州星恒作為國(guó)家鋰離子動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)化示范工程項(xiàng)目基地,其研發(fā)的動(dòng)力電池組已通過美國(guó)UL 和歐盟獨(dú)立組織Extra Energy的測(cè)試認(rèn)證,并在蘇州建成第一條動(dòng)力鋰離子電池的生產(chǎn)線并順利試產(chǎn),目前已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

  三、蓄電池技術(shù)還需繼續(xù)進(jìn)一步發(fā)展

  目前,鋰離子電池應(yīng)用于電動(dòng)車的課題,有電池壽命機(jī)理(高功率電池老化特征、老化電池診斷、老化電池電化學(xué)模型、電池壽命預(yù)測(cè)方法開發(fā))、電池的低溫性能表現(xiàn)(低溫性能特點(diǎn)、低溫電解質(zhì)模型、低溫性能模擬)、容許偏差、過熱偏差、過負(fù)載偏差、檢查診斷與降低電池成本(材料篩選與開發(fā)、低成本制造)等。而長(zhǎng)期探索研究主要集中在系統(tǒng)與材料兩方面。

  一方面,各企業(yè)所公布的大部分純電動(dòng)汽車蓄電池實(shí)驗(yàn)室測(cè)試數(shù)據(jù),如加速性能、充電時(shí)間、持續(xù)里程數(shù)等,還須在復(fù)雜的外部環(huán)境實(shí)際運(yùn)行下,進(jìn)一步驗(yàn)證其可靠性,以及生產(chǎn)批量化質(zhì)量控制。另一方面,在我國(guó)鋰離子電池生產(chǎn)中,鋰離子電池所需隔膜材料未能有實(shí)質(zhì)性的突破,全部依靠進(jìn)口,價(jià)格昂貴,占到動(dòng)力電池成本的30%以上。如果在這一材料上實(shí)現(xiàn)規(guī)?;a(chǎn)技術(shù),即可大幅度降低成本。

  此外,有專家認(rèn)為,從20世紀(jì)90年代初各國(guó)研究成功的電動(dòng)汽車來看,雖然蓄電池的比能量比現(xiàn)在的新型電池要小,但是各種電動(dòng)汽車測(cè)試達(dá)到的各項(xiàng)性能指標(biāo),對(duì)一般的使用者來說,也是可以滿足的。當(dāng)時(shí)實(shí)現(xiàn)不了電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化的主要原因,在于蓄電池的使用壽命太短。純電動(dòng)汽車所使用的蓄電池組成本一般要占新車造價(jià)的二分之一,如果需要購車人在幾年之內(nèi)即更換蓄電池組,就意味著高額的使用成本?,F(xiàn)在,第二代純電動(dòng)汽車蓄電池比能量已經(jīng)有了很大的提高,生產(chǎn)蓄電池的材料與蓄電池的結(jié)構(gòu)也取得了很大的進(jìn)步,但是其使用壽命并未獲得重大的突破。即使加速性能完全能達(dá)到或超過今天燃油車的最高水平,蓄電池充一次電的行駛里程能超過燃油車目前加一箱油的行駛里程,由于蓄電池壽命限制而造成的高額使用成本也將成為其商業(yè)化的一大瓶頸。

  相關(guān)閱讀

1、蕭瑞圣,復(fù)合動(dòng)力車鋰離子電池研發(fā)現(xiàn)況,臺(tái)灣工研院IEK,2007年1月
2、胡安生,汽車新動(dòng)力的發(fā)展趨勢(shì)研究,國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心,2005年9月
3、陳清泉、孫立清,電動(dòng)汽車的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì),科技導(dǎo)報(bào),2005年4月,第23卷第4期
4、李佩珩、易翔翔、侯福深,國(guó)外電動(dòng)汽車發(fā)展現(xiàn)狀及對(duì)我國(guó)電動(dòng)汽車發(fā)展的啟示,北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2004年3月,第30卷第1期
5、甄子健、王成、張洪輝,日本電動(dòng)汽車發(fā)展綜述,2004年3月
6、C C Chan,Y S Wong.The State of the Art of Electric Vehicles Technology fA1.In:Proceedings of the 4th International Power Electronics and Motion Controls Conferem, e (IPEMC 20041 fC1.Xitad,China,2004.46~57(end)

本站內(nèi)容除特別聲明的原創(chuàng)文章之外,轉(zhuǎn)載內(nèi)容只為傳遞更多信息,并不代表本網(wǎng)站贊同其觀點(diǎn)。轉(zhuǎn)載的所有的文章、圖片、音/視頻文件等資料的版權(quán)歸版權(quán)所有權(quán)人所有。本站采用的非本站原創(chuàng)文章及圖片等內(nèi)容無法一一聯(lián)系確認(rèn)版權(quán)者。如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)和其它問題,請(qǐng)及時(shí)通過電子郵件或電話通知我們,以便迅速采取適當(dāng)措施,避免給雙方造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。聯(lián)系電話:010-82306118;郵箱:aet@chinaaet.com。