第二章-纯电动汽车动力电池分类和性能比较优秀文档

第二章纯电动汽车（蓄电池电动汽车）BatteryElectricVehicles(BEV)

动力电池：分类、电性能成本高的难题(镍成本较高)，比功率低。致命弱点是循环寿命短(大约仅为300次)。(3)电解锌酸盐或铝酸盐溶液；高于其它任何镍基电池的比能量和能量密度，环保(无镉)，平坦的放电曲线和快速充电性能(与Ni-Cd电池类似)。※Na/NiCl2电池众多电池生产厂家，如GMOvonic、GP、GS、Panasonic、SAFT、VARTA和YUASA等都致力于开发电动汽车用Ni-MH电池。初始成本高，有记忆效应，充电发热等。6V,比能量60Wh/kg,比功率300W/kg。具有很大的潜力提高比能量和能量密度。安全问题(熔铸活性物质具有腐蚀性并且反应活跃)，冻结—解冻耐久力技术未得到解决〔陶瓷电解液机械强度不够)，需要对热进行管理(多余能量和发热的隔离)等。※Na/NiCl2电池采用金属负电极和空气正电极；采用锌作负极，NiOOH作正极，用碱性KOH溶液作电解液，为碱性蓄电池。※比较:性能参数a:C/3放电率;b:80%DOD;c:机械充电方式;d:仅供参考;NA:没有数据比能量高、比功率高、可实现快速充电采用锌作负极，NiOOH作正极，用碱性KOH溶液作电解液，为碱性蓄电池。

类型铅酸电池

阀控铅酸电池(VRLA)(2V)镍基电池

镍—镉电池(Ni-Cd)(1.2V)

镍—锌电池(Ni-Zn)(1.6V)

镍氢电池(Ni-MH)()金属空气电池

锌空气电池(Zn/Air)(1.2V)

铝空气电池(Al/Air)(1.4V)钠-β电池

钠硫电池(Na/S)(2V)

钠镍氯化物电池(Na/NiCl2)(2.5V)常温锂电池

锂聚合物电池(Li-Polymer)(3V)

锂离子电池(Li-Ion)(4V)

铅酸电池性能单体额定电压2V，比能量35Wh/kg，比功率200W/kg。化学反应式

Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O

采用金属铅Pb作负电极，二氧化铅PbO2作正电极，用硫酸H2SO4作电解液，为酸性蓄电池。阀控铅酸电池VRLA

密封、免维护、不漏液。典型代表为Electrosource公司的Horizon电池。放电充电

铅酸电池优点技术可靠，生产工艺成熟，成本低，单体电池电压高，适合电动汽车使用的良好的大电流输出性能，良好的高温和低温性能，高的能量效率(75%~80%)以及多种多样的型号和尺寸。缺点比能量和能量密度都比较低(通常为35Wh/kg和70Wh/L)，自放电率较高(每天降低1%@环境温度25℃)，循环寿命相对较低(约为500次)，由于硫酸腐蚀电极不便于长期储存等。2.3.5镍基电池※Ni-Cd电池性能单体额定电压，比能量56Wh/kg,比功率225W/kg。化学反应式

Cd+2NiOOH+2H2O

Cd(OH)2+2Ni(OH)2

采用金属Cd作负极，NiOOH作正极，用碱性KOH溶液作电解液，为碱性蓄电池。放电充电2.3.5镍基电池※Ni-Cd电池优点比功率高于220W/kg，循环使用寿命高达2000次，抗电流冲击能力强，机械强度高，在相当大的放电电流范围内都具有比较平滑的电压曲线，良好的快速充电能力(18min内达电池容量的40%~80%)，较宽的工作温度范围(-40℃~85℃)，自放电率小(<0.5%每天)，优越的长期使用能力(电解液对电极的腐蚀作用可以忽略)以及较宽的尺寸和容量选择范围等。缺点生产成本高(为铅酸电池的2~4倍)，具有记忆效应，相对较低的电池电压以及金属镉具有致癌性等。技术成熟、成本低廉、可实现快速充电、比功率高技术成熟、成本低廉、可实现快速充电、比功率高※比较:性能参数a:C/3放电率;b:80%DOD;c:机械充电方式;d:仅供参考;NA:没有数据技术成熟、成本低廉、可实现快速充电、比功率高

钠硫电池(Na/S)(2V)

钠镍氯化物电池(Na/NiCl2)(2.5%每天)，优越的长期使用能力(电解液对电极的腐蚀作用可以忽略)以及较宽的尺寸和容量选择范围等。致命弱点是循环寿命短(大约仅为300次)。

镍氢电池(Ni-MH)()采用锌作负极，NiOOH作正极，用碱性KOH溶液作电解液，为碱性蓄电池。采用熔铸钠作负极，熔铸钠多硫化合物作正极，用陶瓷β-Al2O3作电解液。比能量和能量密度都比较低(通常为35Wh/kg和70Wh/L)，自放电率较高(每天降低1%@环境温度25℃)，循环寿命相对较低(约为500次)，由于硫酸腐蚀电极不便于长期储存等。6V,比能量60Wh/kg,比功率300W/kg。※比较:性能参数a:C/3放电率;b:80%DOD;c:机械充电方式;d:仅供参考;NA:没有数据2.3.5镍基电池※Ni-Zn电池性能单体额定电压1.6V,比能量60Wh/kg,比功率300W/kg。化学反应式

Zn+2NiOOH+2H2O

Zn(OH)2+2Ni(OH)2

采用锌作负极，NiOOH作正极，用碱性KOH溶液作电解液，为碱性蓄电池。放电充电2.3.5镍基电池※Ni-Zn电池优点比能量高，比功率高，电池单体电压高，设计成本低，无毒性，允许过充电和深度放电，可以大的放电率充/放电，工作温度范围宽(-20℃~60℃)等。缺点致命弱点是循环寿命短(大约仅为300次)。2.3.5镍基电池※Ni-MH电池性能单体额定电压，比能量65Wh/kg,比功率200W/kg。化学反应式

MH+NiOOH

M+2Ni(OH)2

采用金属氢化物MH作负极，NiOOH作正极，用碱性KOH溶液作电解液，为碱性蓄电池。放电充电2.3.5镍基电池※Ni-MH电池优点高于其它任何镍基电池的比能量和能量密度，环保(无镉)，平坦的放电曲线和快速充电性能(与Ni-Cd电池类似)。缺点初始成本高，有记忆效应，充电发热等。前景满足电动汽车使用的近期目标。众多电池生产厂家，如GMOvonic、GP、GS、Panasonic、SAFT、VARTA和YUASA等都致力于开发电动汽车用Ni-MH电池。不同蓄电池的放电特性曲线2.3.6金属空气电池特点采用金属负电极和空气正电极；具有很大的潜力提高比能量和能量密度。充电方式

电力充电方式：需要一个附加电极维持氧化作用或采用一个双功能电极以允许氧气的减少。

机械充电方式：采用更换金属电极的方法。充电过程包括四步：(1)打开已放完电的电极盒，取出放电反应废物氧化锌或氧化铝；(2)把氧化锌或氧化铝溶于氢氧化钾溶液中形成锌酸盐或铝酸盐；(3)电解锌酸盐或铝酸盐溶液；(4)将电解产生的锌粒或铝粒重新装入电极盒中。2.3.6金属空气电池优点高比能量和能量密度、低价格(采用了常用金属材料和空气)、环保、平坦的放电曲线以及与负载和工作温度无关的容量特性。机械充电方式采用加料方式实现了快速充电(与燃油车的加油方式相似)，集中充电/回收方式实现了高效环保的利用电能。缺点比功率低、工作温度范围有限、空气中的二氧化碳溶于水生成碳酸中和碱性电解液并释放氢气等。利用金属空气电池比能量和能量密度高的优点，与其它类型电池(如高比功率的铅酸电池)组合作为动力电源，可延长车辆续驶里程。2.3.6金属空气电池※Zn空气电池性能单体额定电压，比能量180Wh/kg,比功率95W/kg。化学反应式

2Zn+O22ZnO

采用金属Zn作负极，O2作正极，用碱性KOH溶液作电解液，为碱性蓄电池。放电充电2.3.6金属空气电池※Al空气电池性能单体额定电压1.4V,比能量250Wh/kg,比功率7W/kg。化学反应式

4Al+3O2+6H2O

4Al(OH)3

采用金属Al作负极，O2作正极，用碱性KOH溶液或盐溶液作电解液，为碱性蓄电池。放电充电

钠-β电池※Na/S电池性能单体额定电压2V,比能量170Wh/kg,比功率390W/kg,工作温度范围300~350℃。化学反应式

2Na+xS

Na2Sx(x=5~2.7)

采用熔铸钠作负极，熔铸钠多硫化合物作正极，用陶瓷β-Al2O3作电解液。放电充电

钠-β电池※Na/S电池优点高的比能量、比功率，80%的能量效率，灵活的工作特性和对环境条件改变不敏感。缺点安全问题(熔铸活性物质具有腐蚀性并且反应活跃)，冻结—解冻耐久力技术未得到解决〔陶瓷电解液机械强度不够)，需要对热进行管理(多余能量和发热的隔离)等。※Na/NiCl2电池成本高、需要热管理系统安全问题(熔铸活性物质具有腐蚀性并且反应活跃)，冻结—解冻耐久力技术未得到解决〔陶瓷电解液机械强度不够)，需要对热进行管理(多余能量和发热的隔离)等。成本高的难题(镍成本较高)，比功率低。单体额定电压，比能量56Wh/kg,比功率225W/kg。单体额定电压1.2Na+NiCl2Ni+2NaCl4V,比能量250Wh/kg,比功率7W/kg。成本高的难题(镍成本较高)，比功率低。具有很大的潜力提高比能量和能量密度。比功率低、工作温度范围有限、空气中的二氧化碳溶于水生成碳酸中和碱性电解液并释放氢气等。比能量高、比功率高、成本低2Zn+O22ZnO高的比能量、比功率，80%的能量效率，灵活的工作特性和对环境条件改变不敏感。

电力充电方式：需要一个附加电极维持氧化作用或采用一个双功能电极以允许氧气的减少。预计成本d(US$/kWh)※比较:性能参数a:C/3放电率;b:80%DOD;c:机械充电方式;d:仅供参考;NA:没有数据

钠-β电池※Na/NiCl2电池性能单体额定电压2.5V,比能量86Wh/kg,比功率150W/kg,工作温度范围250~350℃。化学反应式

2Na+NiCl2Ni+2NaCl

采用熔铸钠作负极，固体镍氯化物作正极，用陶瓷β-Al2O3和钠铝氯化物作电解液。放电充电

钠-β电池※Na/NiCl2电池优点更高的开路电压、更宽的工作温度范围、化学反应物的安全性更好、更加可靠的失效模式、更好的耐冻结—解冻能力(更小的温度差)。缺点成本高的难题(镍成本较高)，比功率低。

各种电池的比较※比较:性能参数a:C/3放电率;b:80%DOD;c:机械充电方式;d:仅供参考;NA:没有数据电池类型比能量a

(Wh/kg)能量密度a

(Wh/L)比功率b

(W/kg)循环寿命b预计成本d(US$/kWh)VRLA30~4560~90200~300400~600150Ni-Cd40~6080~110150~350600~1200300Ni-Zn60~65120~130150~300300100~300Ni-MH60~70130~170150~300600~1200200~350Zn/Air230269105NAc90~120Al/Air190~250190~2007~16NAcNANa/S100150200800250~450Na/NiCl2861491501000230~3