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国外混合动力车用VRLA电池的研发进展_1_

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作者简介:华寿南(1939-),男,江苏人,山东大学化学与化工学院教授,研究方向:化学电源、电化学。

#第十届全国电池信息网会专栏#国外混合动力车用VRLA 电池的研发进展(1)华寿南(山东大学化学与化工学院,山东济南 250100)摘要:介绍了适用于混合动力车(HEV)的阀控式铅酸(VRLA)电池的国外研发情况。

如Hawker 两头双极柱卷绕式VRLA 电池、Exide 卷绕式VRLA 电池、Exide 和Fiamm 的平板式VRLA 电池、CSIR O 超级电池和Effpower 双极性VRLA 电池等;还介绍了VR LA 电池高倍率部分荷电态(HRPSoC)运行的原理和失效机理,提出了解决的途径。

关键词:混合动力车(HEV); 阀控式铅酸(VRLA)电池; 高倍率部分荷电态中图分类号:TM91211 文献标识码:A 文章编号:1001-1579(2007)01-0029-03The research development of overseas VRLA battery for HEV(Ñ)HUA Shou 2nan(School of Chemistry and Chemical Engineer ing,Sha ndong University ,Jinan ,Sha ndong 250100,China )Abstr act:T he research development of overseas valve 2regulated lead 2acid (VRLA)battery for hybrid electric vehicle (HEV)wasintroduced,such as Hawker spiral wound VRLA batter y,Exide wound VR LA batter y,Exide and Fiamm VRLA batteries with flat plates,CSI RO ultrabatter y and Effpower bipolar VRLA battery 1The operation pr inciple of high rate par tial state of charge (HRPSoC),failur e mechanism and solution for VRLA batter ies were stated 1Key words:hybrid electric vehicle(HEV); valve 2r egulated lead 2acid (VRLA)battery; high rate partial state of charge近年来,混合动力车(HEV)发展很快;阀控式铅酸(VRLA)电池如能用于H EV,则能为铅酸电池行业开发一个新的增长领域。

本文作者综述了国外HEV 用VRLA 电池的研发进展。

1 HEV 概况[1-3]在全球油价上涨的背景下,业界对H EV 及新一代驱动源的关注程度越来越高。

HEV 是石油能源紧张和环境保护压力增加的产物,是汽油(柴油)动力车和电池动力车妥协和合作的产物。

高速行驶的轿车约需11kW 的功率来保持速度和克服汽车的所有阻力。

普通内燃机(I CE)可产生75~150kW 的功率,但其中大部分功率损失在散热、摩擦和其他无效事件中。

高效的HEV 能够利用传统ICE 汽车无法有效利用的几个方面的能量,以节约或临时存储能量。

实际上在1905年,美国的Piper 就申请了一项专利,基于将内燃机、电动机和大型铅酸电池阵列相结合的概念推出了第一辆HEV 。

1999年12月,本田推出了Insight HEV;2000年7月,丰田汽车推出了Prius;2002年4月,本田Civic HEV 问世;2004年9月,美国福特汽车推出Escape HEV 。

日产和美国通用汽车公司等也准备推出各自的HEV 。

目前,日、美汽车市场中HEV 已有了一定的份额,其中,丰田唱/主角0。

目前,混合动力系统已经装备在高价车型上;还有厂家准备加入。

目前,市面上的HEV 多采用MH/Ni 电池。

HEV 用锂离子电池正逐渐接近实用期。

丰田认为,锂离子电池将来会比MH/Ni 电池成本更低,可能利用MH/Ni 电池一半的成本就能生产。

采用锂离子电池的HEV 的上市时间,或许是2008年。

假如VRLA 电池能用于HEV,则为铅酸电池行业开发了一个新的增长领域。

表1列出了先进蓄电池协会(ALABC)近年进行的VRLA 电池HEV 示范试验计划情况。

表1 ALABC 的VRLA 电池HEV 示范试验Table 1 The test projects of VRLA batter y in HEV研究计划试验用车辆使用电池RHOLAB Honda /Insight 0144V,8Ah ISOLAB Ford /Focus 036V,25Ah Project DP 112Ford/PSA/VW 12V,36Ah Project DP 113Hybrid electric bus 400V,50~60Ah Project DP 116Chevrolet /Silverado 036V,52Ah ProjectDP 116Hybrid electric bus400V,52Ah表2列出了专为HRPSoC 工作的试验VRLA 电池和试验用H EV 。

第37卷 第1期2007年 2月电 池BATTER Y BIMONTHLYVol 137,No 11Feb 1,2007表2 专为HEV 设计的VRLA 电池Table 2 The VRLA batteries in HEV电池类型容量/Ah 电压/V 车辆种类和混合方式卷绕式5012(1@12)Citroen C3,m i cro hybrid 卷绕式5212(1@12)Ford Fiesta,micro hybrid 平板式5236(3@12)GM Silverado,mild hybrid 卷绕式2436(6@6)Ford Focus,mild hybrid 卷绕式2448(8@6)VW Golf,mild hybrid 卷绕式8144(72@2)Honda Insight,medium hybrid 平板式7144(12@12)Honda Insight,medium hybrid 双极板式8144(2@72)Honda Insight,medium hybrid平板式50600(50@12)H ybrid electric bus注:micro hybri d 为微混合,具有停止2起步和制动能量回收功能,015~1kWh 或更高;mild hybrid 为轻度混合,具有加速和功率协助功能,9~15kW;medi um hybrid 为中度混合;full hybrid 为全混合,高电压功率协助1~3kWh 或20~60kW;plug 2in hybrid 为插件式混合,可以纯电力在市区在HRPSoC 状态下行驶数公里,10~20kWh 或50~100kW 。

表3为不同混合方式HEV 所需要的电池的电压和容量。

表3 不同混合方式HEV 所需的电池Ta ble 3 The hybr id mode of H EV and the batteries混合方式电动车驱动电动机协助制动能量回收发动机停止电池电压/V 电池容量/Ah 微混合--m m 1250~60轻度混合-m m m 3615~20中度混合-m m m m m 1446~8全混合mm m mm m mm2006注:-表示并不需要;m 表示轻度需要;m m 表示中度需要;m m m 表示强烈需要。

2 HEV 用VRLA 电池采用HRPSoC 循环的原因[4]HEV 在行驶中电池经常处于不断的充电2放电循环状态,电池的模拟工作状态见图1。

图1 HEV 的电池试验循环的电流时间曲线F ig 11 The cur ves of current 2time for battery cycling in H EV 为了保证足够的功率输出和高的充电效率,电池的荷电状态要保持在30%~70%(图2),即要在HRPSoC 下工作。

电池HRP SoC 运行的特点有:¹很高的充放电倍率,放电时可高至15C ,充电时可高至8C ;º电池长时间处于没有充满电的状态;»很高的/小0循环数,可达30万次而非千余次。

HEV 电池荷电态在30%~70%较好。

低于30%时,电池起动能力差、输出功率不足;大于70%时,充电效率会降低;同图2 电池在HEV 中部分荷电态工作范围Fig 12 T he cycling of batter y at HRP SoC时,部分荷电态(P SoC)工作时电池的寿命较长,因为放电深度与电池寿命有很大的关系,这可从图3看出。

图3 VRLA 电池放电深度和寿命的关系Fig 13 T he relation between DOD and cycle life of VRLA batter y3 HRPSoC 循环运行时VRLA 电池的失效机理[3-5]VRLA 电池在HRPSoC 运行时与通常运行时的失效模式有所不同,其中最为突出的是负极硫酸盐化问题。

电池过早析气和再充电性能变差,也可能引起电池失效。

表4列出了某种15Ah VRLA 电池不同放电倍率下的失效模式。

表4 VRLA 电池(15Ah,平板式)不同放电率时的失效模式T able 4 Failure mo de of VRLA battery at different di scharge rates放电倍率正极活性物质孔率/%上部负极活性物质中硫酸盐/%底部负极活性物质中硫酸盐/%失效模式化成后4819419419低倍率(1/10C )深循环61143142010PCL2;电解液分层中倍率(1/3C )PSoC58124123815PCL2;电解液分层HRPSoC (5C )54117916714PCL3注:PCL2为容量早期衰减的第二种形式,主要表现为正极活性物质性能失效;PCL3为容量早期衰减的第三种形式,主要表现为多次循环后负极严重硫酸盐化。

从表4可知,在中低倍率放电时,失效模式为PCL2和电解液分层;HRP SoC 放电时,失效模式为PCL3,即负极硫酸盐化,其原因是在高倍率放电时硫酸铅结晶在负极表面积聚,堵塞了硫酸电解液进入电极的通道,使电池失效。

图4为铅负极在高倍率放电时表面硫酸盐化示意图。

表5给出了卷绕式VRLA 电池在HRPSoC 时,寿命终期卷绕式负极板的平均硫浓度。

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混合动力车用阀控式铅酸蓄电池负极碳添加剂的研究进展

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国外电动汽车电池发展史

国外电动汽车电池发展史

国外电动汽车电池发展史随着世界能源问题的愈来愈突出，环境污染成为人类普遍关注的问题，电动汽车成为一种趋势，被各国政府和车企高度重视。

然而，电动汽车及其电池技术之所以能够如此迅速地发展，离不开国外电动汽车电池技术的快速进步。

1973年，第一辆电动汽车上路，但是，当时电池技术与能源管理系统都没有得到有效的解决，因此一直无法实现量产，走向失败的道路。

1991年，美国通用汽车公司的EV1成为了世界上第一款真正意义上的电动汽车。

EV1采用了一种新型电池——镍层氢电池，由AC Propulsion公司和厄普肯工程公司制造。

与镍镉电池相比，镍层氢电池的性能更好，使用寿命较长，效率更高，出现了峰值功率大、经济性好、稳定性高的优点，成为了EV1的主力配套。

EV1的推出奠定了电动汽车技术现代化的基础，并让更多国外车企开始探索电动汽车电池技术。

2004年，特斯拉公司成立，推出了其第一款电动跑车Tesla Roadster。

特斯拉采用锂离子电池，其设计和制造由康宁和杜邦等厂商提供支持，搭配电机和传动系统，实现了超过200英里的续航里程，成为了首个能够取代传统燃油汽车的电动汽车。

特斯拉的出现让电动汽车行业引领全球的趋势，也进一步促进了国外电动汽车电池技术的发展。

2010年，元素16公司制造的电池能量密度达到了270Wh/kg，比英国的PML Flightlink公司以及乔治亚理工学院研制的电池更为先进，在国外电动汽车电池技术中具有重要的意义。

元素16公司的电池设计上面对导电性及机械强度等方面的需求支持了电动汽车更大的功率输出同时更加轻量化及高效，将其作为电动汽车电池的重要发展方向，支持了电动汽车电池技术的持续进步。

2015年，特斯拉发布Powerwall家庭储能系统，以柔性监控、24小时监测电网电价、及时负荷排班等特点关注储能市场，在家庭运用中也得到了广泛的应用。

这一技术的落地，给国外电动汽车电池技术联想到更多的方向和发展机会，不仅使得电动汽车本身的续航更广，还为用电领域带来了更多的应用前景与美好愿景。

电动汽车用锂离子电池技术的国内外进展简析

电动汽车用锂离子电池技术的国内外进展简析

电动汽车用锂离子电池技术的国内外进展简析1、电动汽车电池技术获得突破性发展蓄电池及其管理系统是电动汽车的关键技术之一。

在以往几年中，大部分企业在电动汽车研制中曾遭遇尴尬，主要是因为采用了铅酸、镍镉、镍氢电池（Ni-MH）等。

现在，经过研制与实验比较，采用能量密度更高的锂离子电池取代铅和镍氢电池，运用于汽车领域正成为一项核心技术，它具有重量轻、储能大、功率大、无污染、也无二次污染、寿命长、自放电系数小、温度适应范围宽泛，是电动自行车、电动摩托车、电动小轿车、电动大货车等较为理想的车用蓄电池。

缺点是价格较贵、安全性较差。

不过现在已有技术开发锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸钒锂等新型材料，大大提高了锂离子电池的安全性，而且降低了成本。

2、锂离子电池产业化动态随着成本的急剧降低和性能的大幅度提高，已有许多汽车生产厂家开始投入使用锂离子电池。

下表是主要锂离子电池厂商研发与生产概要。

截至2006年10月为止，全球主要国家已有20余家车厂进行锂离子电池研发。

如富士重工与NEC 合作开发廉价的单体（Cell）锰系锂离子电池（即锰酸锂电池），具有高安全性、低制造成本特点，在车载环境下的寿命高达12年、10万公里，与纯电动汽车的整车寿命相当。

东芝开发的可急速充电锂离子蓄电池组，除了小型、大容量的特点之外，采用了能使纳米级微粒均一化固定技术，可使锂离子均匀地吸附在蓄电池负极上，能在一分钟之内充电至其容量的80%，再经6分钟便可充满电。

美国的主要电池厂Johnson Controls针对电动车需求特性的锂离子电池于2005年9月在威斯康星州Milwaukee设立研发地点，2006年1月另出资50%与法国电池厂Saft共同成立Johnson Controls－Saft Advanced Power Solution （JCS）。

JCS 于2006年8月承接了美国能源部(DOE)所主导2年USABC(United States Advanced BatteryConsortium)纯电动车锂离子电池研发计划合约，另外亦与车厂签约提供高功率锂离子电池。

电动汽车动力电池及电池材料国内外发展现状和趋势

电动汽车动力电池及电池材料国内外发展现状和趋势

电动汽车动力电池及电池材料国内外发展现状和趋势随着环保意识的增强和汽车行业的发展，电动汽车作为一种新兴的交通工具正在逐渐流行起来。

而动力电池作为电动汽车的核心组件，其发展情况和电池材料的选择对电动汽车的性能和市场竞争力起到重要作用。

本文将介绍电动汽车动力电池及电池材料的国内外发展现状和趋势。

动力电池国内外发展现状动力电池是电动汽车的储能装置，用于提供车辆行驶所需的能量。

国内外在动力电池技术方面都取得了重要进展。

国内主要动力电池厂商包括宁德时代、比亚迪、上海电气等，它们在锂离子电池技术方面处于领先地位。

国外主要动力电池企业有特斯拉、LG化学、日本电池等，它们的动力电池产品在市场上取得了广泛认可。

动力电池国内外发展趋势随着电动汽车市场的快速增长，动力电池技术和材料的发展也呈现出一些趋势。

以下是一些主要的发展趋势：1. 锂离子电池仍是主流：目前，锂离子电池是动力电池的主要类型，其具有高能量密度、长寿命和良好的充电性能等优点。

因此，未来一段时间内，锂离子电池仍将是主流技术。

2. 电池能量密度提升：为了增加电动汽车的续航里程，动力电池的能量密度需要不断提升。

通过使用新型材料、优化电池结构和提高生产工艺等手段，提高电池的能量密度是一个重要的发展方向。

3. 快速充电技术：充电时间是电动汽车普及的一个关键因素。

目前，快速充电技术正在不断发展，可使电动汽车在短时间内充满电。

这将极大地提升电动汽车的使用便利性和用户体验。

4. 电池回收和再利用：随着动力电池的大规模应用，回收和再利用废旧电池的问题也逐渐凸显。

发展有效的电池回收和再利用技术，实现电池资源的可循环利用，是可持续发展的重要方向。

电池材料国内外发展现状和趋势作为动力电池的核心组成部分，电池材料的选择对电池性能至关重要。

目前，电池材料的研发主要集中在以下几个方面：1. 正负极材料：正负极材料是影响电池性能的关键因素。

目前，锂离子电池的正极材料主要有钴酸锂、三元材料等，而负极材料主要是石墨。