电动汽车及动力蓄电池介绍（二）蓄电池(1)

四. 蓄电池基本定义及分类

1. 蓄电池主要分类

电池是一种直接把化学能转变成电能的装臵，属于化学电 源。电池的性能参数主要有电动势、容量、比能量和电阻。电动 势等于单位正电荷由负极通过电池内部移到正极时， 电池非静电 力(化学力)所做的功。电动势取决于电极材料的化学性质，与电池的大小无关。电池所能输出的总电荷量为电池的容量，通常 用安培小时作单位。在电池反应中，1 千克反应物质所产生的电 能称为电池的理论比能量。电池的实际比能量要比理论比能量 小。因为电池中的反应物并不全按电池反应进行，同时电池内阻 也要引起电动势降，因此常把比能量高的电池称做高能电池。电 池的面积越大，其内阻越小。

电池按是否可以循环使用划分为两大类： 一次电池和二次电 池。一次电池是活性物质仅能使用一次的电池，又称原电池，如 锌锰电池，碱锰电池等;二次电池可充电、循环使用，又称蓄电 池。蓄电池按电极材料和工作原理的不同，应用最广泛的包括铅 酸蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池等四类。这四类电 池的性能和优缺点比较如下：

2. 蓄电池主要应用领域

各种主要类型蓄电池在性能、 技术特点和成本价格方面的不 同优势和劣势，决定了它们的不同应用领域，各类蓄电池在一定 范围内也存在相互替代性。

根据工业和信息化部及中国电池工业协会公布的数据， 2009 年国内电池行业中，原电池(常用原电池有锌-锰干电池、 锌-汞电池、锌-银扣式电池及锂电池等。 )产量为 290.4 亿只 (折 R20 标准只) ，实现产值约 580 亿元;铅酸蓄电池产量为 1.2 亿 kVAh，产值约 540 亿元;锂离子电池产量为 18.75 亿只， 产值约 205 亿元;镍镉、镍氢等其他蓄电池产量 3.8 亿只，产值 约 80 亿元。各类电池的市场份额如下图所示：

3. 电动汽车用蓄电池概述

蓄电池是电动汽车发展的瓶颈， 世界各国都在研发可满足整 车要求的、可靠性高的蓄电池。蓄电池的主要性能(能量密度、 功率密度、循环寿命、温度特性、安全性)影响着蓄电池的发展。目前应用于电动汽车(混合动力汽车、纯电动汽车、插电式混合 动力汽车、燃料电池汽车)的蓄电池主要有铅酸蓄电池、镍氢蓄 电池、锂离子蓄电池。

铅酸蓄电池由于能量密度、 功率密度、 循环寿命低且有污染， 只在低速电动车上应用，而其它场合都已不采用。

镍氢蓄电池技术成熟， 已批量应用于大规模示范运行的混合 动力轿车和混合动力客车上。目前，镍氢蓄电池单体电池的能量 密度只有 50~90Wh/kg，功率密度为 400~ 1300W/kg，循环寿命只 有 500~800 次左右，主要用在混合动力轿车和混合动力客车上。

相比较而言，锂离子蓄电池在能量密度、功率密度和循环寿 命等方面具有突出的优势，随着技术的逐渐发展，锂离子蓄电池 逐渐在取代镍氢蓄电池，成为电动汽车用动力蓄电池的主流。

电动汽车用蓄电池性能比较

五. 电动汽车用蓄电池的发展趋势

1. 目前电动汽车主要阶段为混合动力汽车， 其蓄电池主要为 铅酸蓄电池及镍氢电池

混合动力汽车是当前商业应用比较成熟的产品， 它将现有内 燃机与一定的储能元器件通过先进控制系统相结合， 可以大幅度 降低油耗、减少污染物排放，由于其技术相对较成熟、对现有汽 车动力系统改进要求较低且价格便宜， 因此将在较长时间内成为新能源汽车的主要类型， 目前混合动力汽车动力电源的主流发 展方向即为铅酸蓄电池和镍氢电池。

1.1 混合动力汽车─铅酸动力蓄电池

在电动汽车上，铅酸蓄电池由于能量密度、功率密度、循环 寿命低且有污染，只在低速电动车上应用，以电动助力车为主的 小型电动车辆目前也主要以铅酸蓄电池作为动力电源， 在这一市 场上，铅酸蓄电池由于具备突出的性价比优势，占据了 95%以上 的市场份额。而其它电动汽车场合均较少采用。

1.2 混合动力汽车─镍氢动力蓄电池

镍氢动力电池刚刚进入成熟期， 是目前混合动力汽车所用电 池体系中唯一被实际验证并被商业化、规模化的电池体系，全球 已经批量生产的混合动力汽车全部采用镍氢动力电池体系。

在镍氢电池领域，我国在技术和资源上均具有优势，我国的 氢氧化镍性能世界领先，稀土资源丰富，具有得天独厚的资源优 势，因此，发展镍氢动力电池是我国目前最现实的选择1。

国外如丰田普锐斯混合动力汽车、 本田 Insight 混合动力汽 车等及国内很多混合动力汽车也都采用镍氢蓄电池。 但由于其能 量密度、 功率密度、 循环寿命等性能仍然不能长期满足电动汽车， 主要是纯电动汽车和混合动力汽车的要求。

2. 电动汽车用蓄电池发展趋势：锂离子蓄电池

锂离子蓄电池是通过涂布在电极上的活性材料存储和释放 锂离子，即通过锂离子在电极活性材料上的脱嵌来存储电能。锂 离子动力蓄电池分为单体电池、模块和系统等三个层次，将若干 个锂离子蓄电池的单体电池组合成带有监测电路、 电气和通讯接 口及通风散热功能的蓄电池管理系统(或称蓄电池包)。 动力蓄电 池模块可由上百个单体电池串联及并联而成。 串联的目的是提高 蓄电池模块总电压，并联的目的是提高蓄电池模块容量。模块化 动力蓄电池便于维修、更换、租赁和回收处理。

车用锂离子蓄电池按正极材料的不同， 目前批量应用的主要 有锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锂和镍钴铝多元材料。国家科技部 863“十一五”节能与新能源汽车专题中将力神(天津力神电池 股份有限公司)和比克(深圳市比克电池有限公司)(磷酸铁锂 离子蓄电池)、 苏州星恒和中信国安盟固利(锰酸锂锂离子蓄电池) 作为重点支持的锂离子蓄电池企业。 目前混合动力汽车用高功率 型锰酸锂锂离子蓄电池单体电池的功率密度达到 2500W/kg(用 HPPC 方法测试)，能量密度达到 100Wh/kg。纯电动汽车用高能量 型磷酸铁锂锂离子蓄电池单体电池能量密度 107Wh/kg、功率密 度 663W/kg(力神);高能量型锰酸锂锂离子蓄电池单体电池能量 密度 120Wh/kg、功率密度 500W/kg。

3. 我国电动汽车科技发展“十二五”规划蓄电池发展目标和 发展方向

我国“十二五”将紧紧把握汽车动力系统电气化的战略转型方向，突破蓄电池、电机、电控单元等关键核心技术，尤其是突 破蓄电池技术瓶颈。

为了迅速提高电动车徨离子蓄电池的性能， 以提高电动汽车 的续驶里程。我国《电动汽车科技发展“十二五”规划》(以下 简称《规划》)提出了“十二五”面向电动车的能量型动力蓄电 池模块能量密度≥120Wh/kg，功率密度≥600W/kg，循环寿命≥ 1600 次(100%DOD、放电深度);能量功率型兼顾的动力蓄电池模 块能量密度≥85Wh/kg，功率密度≥600W/kg， 循环寿命≥1500 次(100%DOD)，安全性满足国家相关标准和规范(QC/T743-2006 等)。

《规划》对动力蓄电池提出“以能量型动力蓄电池为主要发 展方向兼顾功率型动力蓄电池和超级电容器等发展， 重点突破动 力蓄电池系统安全性、一致性、耐久性和低成本等关键技术，促 进动力蓄电池系统集成和模块化技术发展，带动关键材料国产 化，实现动力蓄电池产业技术的快速升级” ，瞄准国际前沿技术， 深入开展新型车用动力蓄电池自主创新研究。 并提出了动力蓄电 池 2015、2020 年主要性能(能量密度、功率密度、循环寿命等 指标) 。