电动汽车电池的分类及性能参数

1、电动汽车电池的分类及性能参？发布时间：2010年8JJ 5日來源：中国有色网_、概述电动汽车并不是一个新概念。1873年戴维逊研制成功电动汽车，开创了电动汽车的先河。严 格意义的电动汽车是与燃油汽车相对应的，包括电动货车、客车、轿车等，但不包括用于工厂、 货站、码头传送物件的电瓶车。能源危机和环境污染是当今全球性两大突出问题。世界石油储量日益减少，而燃油汽车是右 油消耗的大户。为了确保必须使用石油作原料的化工部门的石油供应，寻找替代能源是汽车工业 发展的方向。与此同时，城市交通噪声和汽车排放污染也日益严重。据统计，全球汽车保有疑已 愈六亿，其中，绝大部分是燃油汽车，汽车排放污染占人类向大气排放污染的42%,因此，研制 低（无）排放的新型交通工具势在必行。进入21世纪后，电动汽车的研制已在全世界范国兴起。我国在80年代初就开始研制电动汽车。进入21世纪后，研制的步伐明显加快。最近，国家 发改委又投入大量资金组织研究开发。目前，具有代表性的电动汽车有：（1）比亚迪开发的双模混合动力汽车、纯电动轿车；东风汽车公司开发的以盘式永磁无刷电机为动力、以IGBT调速系统为控制、以动力蓄电 池为能源的

2、电动轿车：北京重工研制的以22kW异步交流电动机为动力、以IGBT调速系统为控制、以482厂动 力蓄电池为能源的电动客车；淸华大学研制的以22kW无刷电机为动力、以动力蓄电池为能源的16座电动面包车：郑州华联电动车辆研究所研制的以10kW同步电动机为动力、以IGBT调速系统为控制、以 蓄电池为能源的、过载能力4倍的电动轿车：华南理工大学研制的EV6630、EV6600及EV6620电动轻型客车，其中，EV6630电动客车 已在深圳投入试运行1万公里。此外，一汽、上汽、广汽、长安等国内汽车企业也研制了自己的电动汽车。二、电动汽车电池的分类（1）电池的分类电动汽车用电池为化学电源，它的分类方法很多。按电解液分为：a. 碱性电池。即电解液为碱性水溶液的电池；b. 酸性电池。即电解液为酸性水溶液的电池：c. 中性电池。即电解液为中性水溶液的电池；d. 有机电解质溶液电池。即电解液为有机电解质溶液的电池。按活性物质的存在方式分为：8.活性物质保存在电极上。可分为一次电池（非再生式，原电池）和二次电池（再生式，蓄电 池）：b. 活性物质连续供给电极。可分为非再生燃料电池和再生燃料电池。按电池的某些

3、特点分为：a. 高容量电池；b. 免维护电池：c. 密封电池：d. 燃结式电池：e. 防爆电池：f. 扣式电池、矩形电池、圆柱形电池等。尽管由于化学电源品种繁多，用途广泛，外形差别大，使上述分类方法难以统一，但习惯上 按其工作性质及存贮方式不同，一般分为四类：a. 一次电池一次电池，又称原电池，即放电后不能用充电的方法使它复原的电池。换言之，这种电池只 能使用一次，放电后电池只能被遗弃了。这类电池不能再充电的原因，或是电池反应本身不可 逆，或是条件限制使可逆反应很难进行。如：锌镭干电池 Zn| NH4CI*ZnCI2| MnO2（C）锌汞电池 Zn | KOH | HgO银锌电池 Zn | KOH | Ag2Ob. 二次电池二次电池，又称蓄电池，即放电后又可用充电的方法使活性物质复原而能再次放电，且可 反复多次循环使用的一类电池。这类电池实际上是一个化学能量贮存装苣，用直流电将电池充 足，这时电能以化学能的形式贮存在电池中，放电时，化学能再转换为电能。如：铅酸电池 Pb|H2SO4|PbO2银镉电池 Cd | KOH | NiOOH線氢电池 H21 KOH | NiOOH锂离子电池 L

4、iCoO2|有机溶剂16C锌空气电池 Zn | KOH | 02（空气）c. 贮备电池贮备电池，又称激活电池，是正、负极活性物质和电解液不直接接触，使用前临时注入电解 液或用其他方法使电池激活的一类电池。这类电池的正、负极活性物质的化学变质或自放电，因 与电解液的隔离而基本上被排除，从而使电池能长时间贮存。如：镁银电池 Mg | MgCI21 AgCI钙热电池 Ca | LiCI-KCI | CaCrO4（Ni）铅奇氯酸电池Pb| HdO41 PbO2d. 燃料电池燃料电池，又称连续电池，即只要活性物质连续地注入电池，就能长期不断地进行放电的一 类电池。它的特点是电池自身只是一个载体，可以把燃料电池看成一种需要电能时将反应物从外 部送入电池的一种电池。如：氢燃料电池H2|KOH|O2腓空燃料电池N2H4| KOH | 02（空气）必须指出，上述分类方法并不意味着某一种电池体系只能分属一次电池、二次电池、贮备电 池或燃料电池。恰相反，某一种电池体系可以根据需要设计成不同类型的电池。如锌银电池，可 以设计成一次电池，也可以设计成二次电池，或贮备电池。三、电动汽车电池的性能参数化学电池品种繁

5、多，性能各异。常用以表征其性能的指标有：电性能、机械性能、贮存性能 等，有时还包括使用性能和经济成本。我们主要介绍英电性能和贮存性能。电性能包括：电动 势、额左电压、开路电压、工作电压、终止电压、充电电压、内阻、容量、比能量和比功率、贮 存性能和自放电、寿命等。贮存性能主要取决于电池的自放电大小。（1）电动势电池的电动势，又称电池标准电压或理论电压，为电池断路时正负两极间的电位差。电池的 电动势可以从电池体系热力学函数自由能的变化计算而得。（2）额定电压额左电压（或公称电圧），系指该电化学体系的电池工作时公认的标准电压。例如，锌钮干电池 为1.5V,棵镉电池为1.2V,铅酸蓄电池为2V,锂离子电池为3.6V。（3）开路电压电池的开路电压是无负荷情况下的电池电压。开路电压不等于电池的电动势。必须指出，电 池的电动势是从热力学函数计算而得到的，而电池的开路电压则是实际测量出来的。工作电压系指电池在某负载下实际的放电电压，通常是指一个电压范用。例如，铅酸蓄电池的工作电 压在2V1.8V：银氢电池的工作电压在1.5V1.1V；锂离子电池的工作电压在3.6V2.75V。（5）终止电压系指放电终I

6、上时的电压值，视负载和使用要求不同而异。以铅酸蓄电池为例：电动势为 2.IV,额泄电压为2V,开路电压接近2.15V,工作电压为2V1.8V,放电终止电压为1.8V 1.5V（放电终止电压根据放电率的不同，其终止电压也不同）。（6）充电电压系指外电路宜流电压对电池充电的电压。一般的充电电压要大于电池的开路电压，通常在一 立的范用内。例如，線镉电池的充电压在1.45V1.5V：锂离子电池的充电压在4.1V4.2V：铅 酸蓄电池的充电压在2.25V2.5V内阻蓄电池的内阻包括：正负极板的电阻，电解液的电阻，隔板的电阻和连接体的电阻等。a. 正负极板电阻目前普遍使用的铅酸蓄电池正、负极板为涂膏式，由铅钏合金或铅钙合金板栅架和活性物质 两部分构成。因此，极板电阻也由板栅电阻和活性物质电阻组成。板栅在活性物质内层，充放电 时，不会发生化学变化，所以它的电阻是板栅的固有电阻。活性物质的电阻是随着电池充放电状 态的不同而变化的。当电池放电时，极板的活性物质转变为硫酸铅(PbS04),硫酸铅含量越大，英电阻越大。而电 池充电时将硫酸铅还原为铅(Pb),硫酸铅含虽越小，其电阻越小。b. 电解液电阻电解液

7、的电阻视其浓度不同而异。在规左的浓度范围内一旦选立某一浓度后，电解液电阻将 随充放电程度而变。电池充电时，在极板活性物质还原的同时电解液浓度增加，其电阻下降；电 池放电时，在极板活性物质硫酸化的同时电解液浓度下降，其电阻增加。c. 隔板电阻隔板的电阻视其孔率而异，新电池的隔板电阻是趋于一个固左值，但随电池运行时间的延 长，其电阻有所增加。因为，电池在运行过程中有些铅渣和其他沉积物在隔板上，使得隔板孔率 有所下降而增加了电阻。d. 连接体电阻连接体包括单体电池串联时连接条等金属的固有电阻，电池极板间的连接电阻，以及正、负 极板组成极群的连接体的金属电阻，若焊接和连接接触良好，连接体电阻可视为一固左电阻。每只电池所呈现的内阻就是上述物体电阻的总和，电池内阻R与电动势、端电压及放电电流 的关系：Rs=(E-Uf)4-If电池的内阻在放电过程中会逐渐增加，而在充电过程中则逐渐减小。所以，电池在充放电过 程中，端电压也会因其内阻的变化而变动。故端电压在放电时低于电池的电动势，充电时又髙于 电池的电动势。(8) 容量电池的容量单位为库仑(C)或安时(Ah)。表征电池容量特性的专用术语有三个：a.

8、理论容量。系指根据参加电化学反应的活性物质电化学当量数汁算得到的电量。通常，理 论上1电化当量物质将放岀1法拉第电量，即96500C或26.8Ah(l电化当量物质的量，等于活性 物质的原子量或分子量除以反应的电子数)。b. 额左容量。系指在设讣和生产电池时，规左或保证在指左放电条件下电池应该放出的最低 限度的电量。c. 实际容量。系指在一泄的放电条件下，即在一泄的放电电流和温度下，电池在终止电压前 所能放出的电量。电池的实际容量通常比额定容量大10%20%。电池容量的大小，与正、负极上活性物质的数量和活性有关，也与电池的结构和制造工艺与 电池的放电条件(电流、温度)有关。影响电池容疑因素的综合指标是活性物质的利用率。换言之，活性物质利用得越充分，电池 给岀的容量也就越高。活性物质的利用率可以定义为：利用率=(电池实际容量/电池理论容量)x100%或，利用率=(活性物质理论用虽:/活性物质实际用虽：)xl00%。(9) 比能量和比功率电池的输出能量是指在一泄的放电条件下，电池所能作出的电功，它等于电池的放电容疑和 电池平均工作电压的乘积，其单位常用瓦时(Wh)表示。电池的比能疑有两种。一

9、种叫重量比能量，用瓦时/千克(Wh/kg)表示：另一种叫体积比能 量，用瓦时/升(Wh/L)表示。比能量的物理意义是电池为单位重量或单位体积时所具有的有效电能 量。它的比较电池性能优劣的重要指标。必须指出，单体电池和电池组的比能量是不一样的。由于电池组合时总要有连接条、外部容 器和内包装层等，故电池组的比能量总是小于单体电池的比能量。电池的功率是指在一左的放电条件下，电池在单位时间内所能输岀的能虽:。单位是瓦(W),或 千瓦(kW).电池的单位重量或单位体积的功率称为电池的比功率，它的单位是瓦/千克(W/kg)或瓦 /升(W/L)。如果一个电池的比功率较大，则表明在单位时间内，单位重疑或单位体积中给岀的能量 较多，即表示此电池能用较大的电流放电。因此，电池的比功率也是评价电池性能优劣的重要指 标之一。(10) 贮存性能和自放电电池经过干贮存(不带电解液)或湿贮存(带电解液)一左时间后，苴容量会自行降低，这个现象 称自放电。所谓贮存性能是指电池开路时，在一泄的条件下(如温度、湿度)贮存一左时间后自放 电的大小。电池在贮存期间，虽然没有放出电能量，但是在电池内部总是存在着自放电现象。即使是干 贮存，也会由于密封不严，进入水份、空气及二氧化碳等物质，使处于热力学不稳左状态的部分 正极和负极活性物质构成微电池腐蚀机理，自行发生氧化还原反应而白白消耗掉。如果是湿贮 存，更是如此。长期处在电解液中的活性物质也是不稳左的。负极活性物质大多是活泼金属，都 会发生阳极自溶。酸性溶液中，负极金属是不稳左的，在碱性溶液及中性溶液中也非十分稳定。电池自放电的大小，一般用单位时间内容疑减少的百分比表示，即：自放电=(Co-Ct/Cot)xlOO%式中：Co贮存前电池容量，Ah：Ct

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