新能源純電動車電池系統發展現狀及技術瓶頸

目前，我國新能源純電動車經過十多年的研究和發展，已經取得了一系列的沖破，也開始逐步投放進市場，但依然存在諸多的問題。其中，電動車的續航能力及動力性能是這諸多問題的焦點，在此，本文擬針對電動車的電池系統的發展現狀進行一定的解析。

目前，純電動車上使用的動力鋰離子電池緊要有鉛酸蓄電池、鎳氫電池和鋰電池。其電池的反應原理圖如下圖(a)(b)(c)所示，其基本性能如下所述。

圖(a)鉛酸蓄電池的工作原理圖

圖(a)為鉛酸蓄電池的工作原理圖。其緊要通過化學反應來實現化學能與電能之間的轉換，從而實現儲能和放電。目前鉛酸蓄電池工藝成熟、過放性能良好、安全性能好、價格低廉，在電動自行車、電動摩托車以及低速純電動車上有廣泛的使用，但是由于其比能量和比功率較低，不能滿足純電動車續駛里程要求，在純電動車上未能廣泛使用。

圖(b)鎳氫電池的工作原理圖

圖(b)為鎳氫電池的工作原理圖。其緊要也是通過化學反應來實現化學能與電能之間的轉換，從而實現儲能和放電。但是鎳氫電池與鉛酸蓄電池相比具有環境友好、大電流放電、能量密度比鉛酸蓄電池高以及無記憶效應等優勢，缺點是電壓平臺低(1.2V)，用于純電動車上，要大量地串并聯組合，使得電池包一致性變差，電池管理系統復雜，制約其在純電動車上使用。

圖(c)為鋰電池的工作原理圖。

圖(c)為鋰電池的工作原理圖。其緊要通過離子的遷移來實現化學能與電能之間的轉換，從而實現儲能和放電。鋰電池的單體電壓為鎳氫電池的3倍，并且具有比能量密度相對較大、無記憶效應、充放電效率高、自放電率低、循環壽命長和無污染性等優勢，因此，鋰電池成為了目前在純電動車上使用最廣泛的動力鋰離子電池。其中，以磷酸鐵鋰三元材料為代表的鋰電池，因其能量密度可達到130Wh/kg-140Wh/kg，且充放電平臺穩定、安全性能良好、低溫性能和循環壽命較好2015年十月十一日，在合肥我國新能源汽車動力鋰離子電池材料高峰論壇上，華中科技大學材料學材料與工程學院院長黃云輝也表示，磷酸鐵鋰電池通過納米技術和富鋰技術等手段而使用，其實際能量密度將會大幅度提升，并且磷酸鐵鋰電池實現2元/瓦時以下的成本沒有問題。因此，以磷酸鋰鐵為代表的三元材料電池，今朝是目前純電動車緊要的動力電源。

雖然鋰電池經過發展能量密度及其他性能都得到了很大的提高，但是按照今朝車輛油箱的位置大小，且電池重量符合車輛承載能力和軸荷分配要求，動力鋰離子電池比能量應達到500-700Wh/kg。而目前的鋰電池的能量密度遠遠低于該值。因此目前提高動力鋰離子電池能量密度是制約鋰電池發展的一個瓶頸問題。

目前，為了沖破能量密度低這個電池的瓶頸問題，國內外學者緊要做了以下幾個方面的研究。

在材料方面，而以硅基和錫基合金作為鋰電池的負極材料。通過這種材料的改進的鋰電池其理論的容量可分別高達4200Wh/kg和990Wh/kg，完全能滿足純動力汽車動力鋰離子電池能量的要求，但是硅基鋰電池由于充放電過程出現巨大材料體積膨脹效應，以及鋰在硅膜中擴散系數相對較小、電化學性能顯著惡化;錫基合金負極材料電池理需處理首次不可逆容量高，充放電循環性能差的問題，目前未能在純電動車動力鋰離子電池范疇得到產業化。

另外一方面，緊要是從制備技術和成組技術上進行沖破。從電池的制備技術綜合考慮，采用納米技術制備來提高電池的性能，開發新型的納米材料。從成組技術上考慮，可合理設計動力鋰離子電池系統模塊化結構，減少由電池單體組成的電池包出現的性能衰減，減小電池包中電池單體一致性的影響;并且通過對實車上電池系統進行能量管理，實現能量的進一步合理分配利用。目前緊要聚集在對電池包的能量管理、充放電均衡、以及SOC估算等方面。在電池包能量管理研究方面，針對混合動力電動車能量分配，國內外學者對電池包能量管理分配策略做了大量的研究，總結出了功率跟隨控制策略、幵關式控制策略、固定因子功率分配控制策略、模糊控制策略等一系列能量管理控制策略。

綜合以上分解，目前純電動車動力鋰離子電池，緊要采用的是鋰電池。其提高性能的緊要的技術瓶頸在于進一步提高純電動車單體電池的性能水平，以及提升純電動車動力鋰離子電池系統的管理等方面。

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