論純電動(dòng)汽車的發(fā)展瓶頸

苑衍靈102080200341純電動(dòng)汽車的發(fā)展瓶頸第一頁，共二十一頁。純電動(dòng)汽車的優(yōu)勢(shì)：無排放（或低排放）噪音低（電動(dòng)汽車去掉了最大的噪音源）能量轉(zhuǎn)化效率比內(nèi)燃機(jī)汽車高很多（15%、28%）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行費(fèi)用低安全性較內(nèi)燃機(jī)汽車高第二頁，共二十一頁。目前存在的問題：動(dòng)力蓄電池不理想基礎(chǔ)配套設(shè)施不完善價(jià)格較高續(xù)駛里程較短動(dòng)力性能較差核心問題第三頁，共二十一頁。一、對(duì)電源系統(tǒng)的要求如下:

高的比能量和能量密度；高的比功率和功率密度；快速充電和深度放電的能力；使用壽命長；自放電率小，充電效率高；安全性能良好，且成本低廉；免維修； 對(duì)環(huán)境無危害，可回收性好。第四頁，共二十一頁。1、鉛酸電池鉛酸電池誕生于1860年,距今已有100多年的歷史，廣泛用作內(nèi)燃機(jī)汽車的起動(dòng)動(dòng)力源，它也是成熟的電動(dòng)汽車蓄電池。工作原理:它是采用金屬鉛作為負(fù)極,二氧化鉛作為正極,用硫酸作為電解液。其化學(xué)反應(yīng)式為:Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O充電放電第五頁，共二十一頁。1、鉛酸電池總體上說，鉛酸電池具有可靠性好、原材料易得、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，比功率也基本上能滿足電動(dòng)汽車的動(dòng)力性要求。但它有兩大缺點(diǎn)；一是比能量低，所占的質(zhì)量和體積太大，且一次充電行駛里程較短；另一個(gè)是使用壽命短，使用成本過高。第六頁，共二十一頁。2、鎳金屬電池鎳氫蓄電池是九十年代涌現(xiàn)出的電池家族中新秀，發(fā)展迅猛。目前在電動(dòng)汽車上使用的鎳金屬電池主要有鎳氫電池和鎳鎘電池兩種。工作原理:鎳金屬電池正極活性物質(zhì)采用氫氧化鎳,負(fù)極活性物質(zhì)為貯氫合金,電解液為氫氧化鉀溶液,電池中的主要反應(yīng)為:正極Ni(OH)2+OH-=NiOOH+H2O+e-負(fù)極M+H2O+e-=MH+OH-總反應(yīng)式Ni(OH)2+MNiOOH+MH放電充電第七頁，共二十一頁。2、鎳金屬電池主要優(yōu)缺點(diǎn):相對(duì)于其他電池,鎳金屬電池的優(yōu)異特性表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：(1)高比能量已與鋰離子電池水平相當(dāng);(2)高比功率其性能已高于鋰離子電池;(3)長壽命特性平均壽命300～600次;(4)安全性能高,無污染物,被譽(yù)為“綠色電源”。但是目前阻礙其應(yīng)用的一個(gè)重要問題是初始成本的太高,而且還有記憶效應(yīng)和充電發(fā)熱等問題。充電發(fā)熱會(huì)引發(fā)安全問題,因此相應(yīng)的要求發(fā)展可靠的能量管理系統(tǒng)。第八頁，共二十一頁。2、鎳金屬電池發(fā)展現(xiàn)狀:日本從事電動(dòng)汽車用鎳金屬電池開發(fā)的代表性廠家為松下公司和豐田公司.美國的Ovonic公司和美國USABC(美國先進(jìn)電池聯(lián)合體)也正在積極開發(fā)研制鎳金屬電池。發(fā)展前景:鎳金屬電池優(yōu)越的性能極具吸引力,除了技術(shù)不太成熟外,比其它電池更具發(fā)展?jié)摿?所以很多廠家正在研發(fā)鎳金屬電池,它是電動(dòng)汽車發(fā)展中期目標(biāo)的主要能源之一，具有很大的發(fā)展前景。第九頁，共二十一頁。3、鋰離子蓄電池發(fā)展歷史:鋰離子電池出現(xiàn)在90年代初期,是由日本索尼公司首先推向市場(chǎng)的新型高能蓄電池,由于它的獨(dú)特性能,在短短十幾年的時(shí)間里,鋰離子電池技術(shù)得到了空前的發(fā)展。許多國家和一些廠家對(duì)鋰離子電池在電動(dòng)車、航天和儲(chǔ)能方面都表現(xiàn)出濃厚的興趣和關(guān)注。工作原理:鋰離子電池使用鋰碳化合物作負(fù)極,鋰化過渡金屬氧化物作正極,液體有機(jī)溶液或固體聚合物作為電解液。在充放電過程中,鋰離子在電池正極和負(fù)極之間往返流動(dòng)。電化學(xué)反應(yīng)方程式為:

LixC+Li-xMyOz

C+LiMyOz充電放電第十頁，共二十一頁。3、鋰離子蓄電池主要優(yōu)缺點(diǎn):鋰離子電池基本上解決了蓄電池的兩個(gè)技術(shù)難題,即安全性差和充放電壽命短的問題。同時(shí)鋰離子電池具有高的電池單體電壓、高的比能量和能量密度,可以說是當(dāng)前比能量最高的電池,工作穩(wěn)定。它的性能指標(biāo)都可以滿足USABC制定的電動(dòng)車中期目標(biāo)。缺點(diǎn)是自放電率高,初始成本較高,生產(chǎn)技術(shù)上還有待于進(jìn)一步發(fā)展。發(fā)展前景:良好的性能指標(biāo)注定鋰離子電池會(huì)有廣闊的發(fā)展前景,發(fā)展?jié)摿薮?預(yù)計(jì)到2010年前后,將成為鋰離子電池的時(shí)代。第十一頁，共二十一頁。電池類型比能量a

(Wh/kg)能量密度a

(Wh/L)比功率b

(W/kg)循環(huán)壽命b預(yù)計(jì)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/NiCl2861491501000230~350Li-Polymer155220315600NALi-Ion

90~130140~200250~450800~1200>200USABC2003004001000<1004、各種電池的比較第十二頁，共二十一頁。4、各種電池的比較電池類型主要優(yōu)缺點(diǎn)發(fā)展?jié)摿RLA技術(shù)成熟、成本低廉、可實(shí)現(xiàn)快速充電、比功率高近期目標(biāo)比能量低潛力巨大Ni-Cd技術(shù)成熟、可實(shí)現(xiàn)快速充電、比功率高近期目標(biāo)成本高、比能量低潛力大Ni-Zn比能量高、比功率高、成本低中期目標(biāo)循環(huán)壽命短潛力大Ni-MH比能量高、比功率高、可實(shí)現(xiàn)快速充電近期目標(biāo)成本高潛力巨大Zn/Air機(jī)械式充電、成本低廉、非常高的比能量中期目標(biāo)比功率低、不能接受再生制動(dòng)能量潛力巨大Al/Air機(jī)械式充電、成本低、豐常高的比能量中期目標(biāo)非常低的比功率、不能接受再生制動(dòng)能量潛力低第十三頁，共二十一頁。4、各種電池的比較電池類型主要優(yōu)缺點(diǎn)發(fā)展?jié)摿a/S比能量高、比功率高中期目標(biāo)成本高、安全問題、需要熱管理系統(tǒng)潛力一般Na/NiCl2比能量高中期目標(biāo)成本高、需要熱管理系統(tǒng)潛力大Li-Polymer非常高的比能量、高的比功率中期目標(biāo)低溫性能差潛力大Li-Ion非常高的比能量、非常高的比功率中期目標(biāo)成本高潛力巨大第十四頁，共二十一頁。

4、結(jié)論1)鉛酸動(dòng)力電池最安全,成本最低,當(dāng)然是電動(dòng)汽車的可選動(dòng)力電源,但比能量、比功率都較低。(2)鎳氫動(dòng)力電池和鋰離子動(dòng)力電池在比功率和比能量方面都比鉛酸動(dòng)力電池有所提高,但是成本高,還存在安全問題,為提高安全性需要使用電池管理系統(tǒng)。第十五頁，共二十一頁。

二、電池管理系統(tǒng)（舉例）(1)采集7個(gè)單體電池電壓，精度為0．05V；(2)電池組環(huán)境溫度檢測(cè)，精度要求：0．5℃；(3)充放電檢測(cè)控制，電流檢測(cè)精度：0．01A：(4)體積不超過130rnrnx120mmx20mm；(5)系統(tǒng)響應(yīng)速度不超過ls：(6)系統(tǒng)工作溫度范圍：-30℃～+70℃；(7)單體電壓過高(>4．25V)、單體電壓過低(<3．0V)、電池環(huán)境溫度過高(>55℃)以及充電完畢時(shí)，開啟聲光報(bào)警信號(hào)。鋰離子電池組連接方式第十六頁，共二十一頁。二、電池管理系統(tǒng)（舉例）顯示界面可以清楚地顯示每一節(jié)電池的電壓值、電池箱中的溫度值、電池的SOC值及故障代碼等信息，在運(yùn)行過程中，如果發(fā)生過充、過放等故障，可以通過顯示界面清楚地看到，管理系統(tǒng)也會(huì)做出相應(yīng)的動(dòng)作，管理系統(tǒng)還具有數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)功能，可以利用電腦存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，有利于在試驗(yàn)階段進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。目前，該系統(tǒng)已獲得應(yīng)用，運(yùn)行良好，可靠性、抗干擾能力等都達(dá)到了較高的要求。電池管理系統(tǒng)原理第十七頁，共二十一頁。三、配套設(shè)施1、是政府應(yīng)該先建立配套的充電站等設(shè)施，還是企業(yè)應(yīng)該先量產(chǎn)電動(dòng)汽車？新能源汽車示范推廣政策有助于打破這一僵局。通過政府財(cái)政補(bǔ)貼的形式，讓企業(yè)首先量產(chǎn)新能源汽車。2、配套設(shè)施建設(shè)還面臨一些問題，設(shè)施建設(shè)太少，難以滿足使用者的需求；建設(shè)過多，又需要大量資金。目前該項(xiàng)目仍然進(jìn)展緩慢。第十八頁，共二十一頁。三、配套設(shè)施1、企業(yè)提升自身實(shí)力政府大力扶持電動(dòng)汽車要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，首先要解決電池這一技術(shù)瓶頸應(yīng)適當(dāng)放低對(duì)生產(chǎn)商進(jìn)入的要求，同時(shí)出臺(tái)一些優(yōu)惠政策2、營造良好氛圍改變消費(fèi)觀念政府加大宣傳，提高人民的環(huán)保節(jié)能意識(shí)宣傳電動(dòng)車的相關(guān)知識(shí)第十九頁，共二十一頁。三、配套設(shè)施3、加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提高電池維修保養(yǎng)措施充電站給汽車充電一般分為三種方式：普通充電、快速充電、電池更換。普通充電多為交流充電，可以使用220V或380V的電壓?？焖俪潆姸酁橹绷鞒潆?。充電站主要設(shè)備包括充電機(jī)、充電樁、有源濾波裝臵、電能監(jiān)控系統(tǒng)。第二十頁，共二十一頁。內(nèi)容總結(jié)苑衍靈。高的比能量和能量密度?？傮w上說，鉛酸電池具有可靠性好、原材料易得、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，比功率也基本上能滿足電動(dòng)汽車的動(dòng)力性要求。一是比能量低，所占的質(zhì)量和體積太大，且一次充電行駛里程較短。另一個(gè)是