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電動汽車用鋰離子電池技術的國內(nèi)外進展簡析

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

  蓄電池及其管理系統(tǒng)是電動汽車的關鍵技術之一。在以往幾年中,,大部分企業(yè)在電動汽車研制中曾遭遇尷尬,主要是因為采用了鉛酸,、鎳鎘、鎳氫電池(Ni-MH)等?,F(xiàn)在,,經(jīng)過研制與實驗比較,采用能量密度更高的鋰離子電池取代鉛和鎳氫電池,運用于汽車領域正成為一項核心技術,,它具有重量輕,、儲能大、功率大,、無污染,、也無二次污染、壽命長,、自放電系數(shù)小,、溫度適應范圍寬泛,是電動自行車,、電動摩托車,、電動小轎車、電動大貨車等較為理想的車用蓄電池,。缺點是價格較貴,、安全性較差。不過現(xiàn)在已有技術開發(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蓄電池的特點對比

各種EV蓄電池的特點對比

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

表:EV蓄電池關鍵技術數(shù)據(jù)與美國先進蓄電池協(xié)作體公布指標比較

EV蓄電池關鍵技術數(shù)據(jù)與美國先進蓄電池協(xié)作體公布指標比較

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

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

  二,、鋰離子電池產(chǎn)業(yè)化動態(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,,全球主要國家已有20余家車廠進行鋰離子電池研發(fā)。如富士重工與NEC合作開發(fā)廉價的單體(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,在車載環(huán)境下的壽命高達12年,、10萬公里,,與純電動汽車的整車壽命相當。東芝開發(fā)的可急速充電鋰離子蓄電池組,,除了小型,、大容量的特點之外,采用了能使納米級微粒均一化固定技術,,可使鋰離子均勻地吸附在蓄電池負極上,,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,。美國的主要電池廠Johnson Controls針對電動汽車需求特性的鋰離子電池于2005年9月在威斯康星州Milwaukee設立研發(fā)地點,,2006年1月另出資50%與法國電池廠Saft共同成立Johnson Controls-Saft Advanced Power Solution (JCS)。JCS 于2006年8月承接了美國能源部(DOE)所主導2年USABC(United States Advanced Battery Consortium)純電動車鋰離子電池研發(fā)計劃合約,,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Degussa與日本Enax分別各出資50%在中國成立Degussa Enax(Anqiu)Power Lion Technology 公司,,生產(chǎn)鋰離子電池電極與銷售,,該廠同時生產(chǎn)電動車用鋰離子電池電極,并供應至中國與歐美日等國,。

  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)電動車鋰離子電池,Johnson Controls 于威斯康星州的Milwaukee設廠生產(chǎn)專為電動車設計的鋰離子電池,,2005年開始提供美國車廠鋰離子電池試作品,。

  NEC Lamilion Energy 2006年3月提供適合電動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,,達成10年15萬公里等效距離運行測試,,已有20余家車廠擁有研發(fā)實績。

  Sanyo電機 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車試用,,預定2007年量產(chǎn),。

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

  GS Yuasa 2004年3月,,開始銷售電動車與不斷電系統(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43.7%,、日立36.7%,、日立macell 19.6%組成,專門生產(chǎn)電動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%,,精簡空間10%,。

??? Litcel(日本) 2006年開發(fā)電動車驅(qū)動用Li-ion B4-40鋰離子電池組(pack),裝置于三菱Colt-EV車上進行實證測試,,充電一次續(xù)航距離為150km,,2010年時目標為240km。

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

  我國在鋰離子電池方面的研究水平,,有多項指標超過了USABC提出的2010年長期指標所規(guī)定的目標,已能自主開發(fā)出用量在50~80公斤以下,,可適用于電動自行車,、電動摩托車、電油混合動力車,、油電混合動力電動車,,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)驗的蘇州星恒作為國家鋰離子動力電池產(chǎn)業(yè)化示范工程項目基地,其研發(fā)的動力電池組已通過美國UL 和歐盟獨立組織Extra Energy的測試認證,,并在蘇州建成第一條動力鋰離子電池的生產(chǎn)線并順利試產(chǎn),,目前已實現(xiàn)量產(chǎn)。

  三,、蓄電池技術還需繼續(xù)進一步發(fā)展

  目前,,鋰離子電池應用于電動車的課題,有電池壽命機理(高功率電池老化特征,、老化電池診斷,、老化電池電化學模型,、電池壽命預測方法開發(fā))、電池的低溫性能表現(xiàn)(低溫性能特點,、低溫電解質(zhì)模型、低溫性能模擬),、容許偏差,、過熱偏差、過負載偏差,、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汽車蓄電池實驗室測試數(shù)據(jù),如加速性能,、充電時間,、持續(xù)里程數(shù)等,還須在復雜的外部環(huán)境實際運行下,,進一步驗證其可靠性,,以及生產(chǎn)批量化質(zhì)量控制。另一方面,,在我國鋰離子電池生產(chǎn)中,,鋰離子電池所需隔膜材料未能有實質(zhì)性的突破,全部依靠進口,,價格昂貴,,占到動力電池成本的30%以上。如果在這一材料上實現(xiàn)規(guī)?;a(chǎn)技術,,即可大幅度降低成本。

  此外,,有專家認為,,從20世紀90年代初各國研究成功的電動汽車來看,雖然蓄電池的比能量比現(xiàn)在的新型電池要小,,但是各種電動汽車測試達到的各項性能指標,,對一般的使用者來說,也是可以滿足的,。當時實現(xiàn)不了電動汽車產(chǎn)業(yè)化的主要原因,,在于蓄電池的使用壽命太短。純電動汽車所使用的蓄電池組成本一般要占新車造價的二分之一,,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。

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1,、蕭瑞圣,,復合動力車鋰離子電池研發(fā)現(xiàn)況,臺灣工研院IEK,,2007年1月
2,、胡安生,汽車新動力的發(fā)展趨勢研究,,國務院發(fā)展研究中心,,2005年9月
3、陳清泉,、孫立清,,電動汽車的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢,科技導報,,2005年4月,,第23卷第4期
4、李佩珩,、易翔翔,、侯福深,國外電動汽車發(fā)展現(xiàn)狀及對我國電動汽車發(fā)展的啟示,,北京工業(yè)大學學報,,2004年3月,第30卷第1期
5,、甄子健,、王成、張洪輝,,日本電動汽車發(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)

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