簡介
新能源汽車電池可以分為兩大類,即蓄電池和燃料電池。蓄電池適用於純新能源汽車,可以歸類為鉛酸蓄電池、鎳基電池(鎳一氫及鎳一金屬氫化物電池、鎳一福及鎳一鋅電池)、鈉ß電池(鈉一硫電池和鈉一氯化鎳電池)、二次鋰電池、空氣電池等類型。而燃料電池專用於燃料電池新能源汽車,可以分為鹼性燃料電池(AFC)、磷酸燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、固體氧化物燃料電池(SOFC)、質子交換膜燃料電池(PEMFC)、直接甲醇燃料電池(DMFC)等類型。
作用
隨著新能源汽車的種類不同而略有差異。在僅裝備蓄電池的純新能源汽車中,蓄電池的作用是汽車驅動系統的惟一動力源。而在裝備傳統發動機(或燃料電池)與蓄電池的混合動力汽車中,蓄電池既可扮演汽車驅動系統主要動力源的角色,也可充當輔助動力源的角色。可見在低速和啟動時,蓄電池扮演的是汽車驅動系統主要動力源的角色;在全負荷加速時,充當的是輔助動力源的角色;在正常行駛或減速、制動時充當的是儲存能量的角色。
組成
燃料電池由陽極、陰極、電解質和隔膜構成。燃料在陽極氧化,氧化劑在陰極還原。如果在陽極(即外電路的負極,也可稱燃料極)上連續供給氣態燃料(氫氣),而在陰極(即外電路的正極,也可稱空氣極)上連續供給氧氣(或空氣),就可以在電極上連續發生電化學反應,並產生電流。由此可見,燃料電池與常規電池不同,它的燃料和氧化劑不是儲存在電池內,而是儲存在電池外部的儲罐中。當它工作(輸出電流並做功)時,需要不間斷地向電池內輸人燃料和氧化劑並同時排出反應產物。因此,從工作方式上看,它類似於常規的汽油或柴油發電機。由於燃料電池工作時要連續不斷地向電池內送入燃料和氧化劑,所以燃料電池使用的燃料和氧化劑均為流體(氣體或液體)。最常用的燃料為純氫、各種富含氫的氣體(如重整氣)和某些液體(如甲醇水溶液),常用的氧化劑為純氧、淨化空氣等氣體和某些液體(如過氧化氫和硝酸的水溶液等)。燃料電池陽極的作用是為燃料和電解液提供公共界面,並對燃料的氧化產生催化作用,同時把反應中產生的電子傳輸到外電路或者先傳輸到集流板後再向外電路傳輸。陰極(氧電極)的作用是為氧和電解液提供公共界面,對氧的還原產生催化作用,從外電路向氧電極的反應部位傳輸電子。由於電極上發生的反應大多為多相界面反應,為提高反應速率,電極一般採用多孔材料並塗有電催化劑。
電解質的作用是輸送燃料電極和氧電極在電極反應中所產生的離子,並能阻止電極間直接傳遞電子。
隔膜的作用是傳導離子、阻止電子在電極間直接傳遞和分隔氧化劑與還原劑。因此隔膜必須是抗電解質腐蝕和絕緣的物質,並具有良好耐潤濕性。
電池組
新能源汽車電池組由多個電池串聯疊置組成。一個典型的電池組大約有96個電池,充電到4.2V的鋰離子電池而言,這樣的電池組可產生超過400V的總電壓。儘管汽車電源系統將電池組看作單個高壓電池,每次都對整個電池組進行充電和放電,但電池控制系統必須獨立考慮每個電池的情況。如果電池組中的一個電池容量稍微低於其他電池,那么經過多個充電/放電周期後,其充電狀態將逐漸偏離其它電池。如果這個電池的充電狀態沒有周期性地與其它電池平衡,那么它最終將進入深度放電狀態,從而導致損壞,並最終形成電池組故障。為防止這種情況發生,每個電池的電壓都必須監視,以確定充電狀態。此外,必須有一個裝置讓電池單獨充電或放電,以平衡這些電池的充電狀態。
電池組監視系統的一個重要考慮因素是通信接口。就PC板內的通信而言,常用的選項包括串列外設接口(SPI)匯流排、I2C匯流排,每種匯流排的通信開銷都很低,適用於低干擾環境。另一個選項是控制器區域網路(CAN)匯流排,這種匯流排在汽車套用中被廣泛使用。CAN匯流排非常魯棒,具有誤差檢測和故障容限特性,但是它的通信開銷很大,材料成本也很高。儘管從電池系統到汽車主CAN匯流排的連線是值得要的,但在電池組內採用SPI或I2C通信是有優勢的。
電池快充壽命衰減驚人盲目建站風險大
私人購買新能源汽車補貼標準出台後,部分試點城市的“再補貼”政策也隨即出台,新能源汽車消費正逐步啟動。面對廣闊的市場前景,國家電網、南方電網、中海油、中石化等巨頭紛紛跑馬圈地,各地掀起一股興建充電站的風潮。
截至目前,上海漕溪、深圳龍崗、成都石羊、唐山南湖、延安、鄭州、南寧等地已經建成、在建或近期將開建大量的充電站,其中上海計畫在三年內達到5000個充電樁的規模;長春計畫三年內建成15個充電站和5000個充電樁……電池尺寸、充電接口是否統一?電池質量能否過關?快速充電對電池的損害究竟有多大?等一系列問題開始暴露出來。
充電步驟
當組合儀表上的相應指示圖示(黃色)點亮或當儀表剩餘點亮小於等於25%時,則此時該純新能源汽車必須進行充電。(注意:充電溫度要求0℃—55℃,放電溫度要求零下20℃—60℃)
具體操作步驟如下:
1、車輛應該停放在遠離易燃易爆物品的室內,換擋手柄置與“P”擋,拉起手剎,點火開關打到“OFF”.
2、檢查冷卻液,確認液位是否正常。檢查充電樁插座,確保全全可靠。
3、充電時,先插上“交流充電線”的供電端;之後,向上提拉駕駛員座椅左側的開鎖開關,打開充電口蓋,插入“交流充電線”車輛端。
4、當組合儀表上圖示相應圖示(紅色)點亮時,表示充電連結裝置已經正常連線。當組合儀表上相應圖示(黃色)點亮時,表示新能源汽車電池已開始充電。
5、組合儀表相應圖示(黃色)熄滅後,表示動力電池已被充滿,請先拔去“交流充電線”車輛端,後拔去“交流充電線”供電段,關好充電口,整理好交流充電線。
相關注意事項:
1、在車載自動啟動的溫度空盒子相關功能正常的情況下,為縮短充電時間,在車輛充電過程中,不建議使用車載用電設備。
2、低溫情況下的充電,空調會給電池加熱的情況屬於正常。
3、如果在新能源汽車電池充電過程中遇到故障,請尋求專業人員進行處理,不要私自嘗試維修。
故障檢測
一、將新能源汽車電池充滿電後,按照下圖把電池、電流表、電阻絲連線好。1)用萬用表測量每一塊電池的電壓,並將其數值記下,同時記下放電的時間,調整電
阻絲使電流表指針指在5A上。
2)在放電過程中應保持電流表始終在5A上,並每隔20分鐘測量一次電池電壓,同時記下測量值,單只電池電壓下降到10.5V時,放電時間不得低於84分鐘。
二、新能源汽車電池內部斷路
有的電池內部斷路,表現為電池有電壓無電流,整車有電、電機不轉,如更換一組新電池後,整車正常,則是電池的問題。
三、充電器綠燈不轉換
充電時充電器綠燈不轉換,空載時充電器綠燈亮,則一般情況是電池內部缺水或缺稀硫酸所致,將電池上蓋打開後,鏇下單向閥或安全閥,向電池內注入適量專用補充液(5ml~8ml),充電6-10小時即可轉換。
四、新能源汽車續行里程短
1)檢測電池是否有問題,如無問題則檢測下一項。
2)檢測整車空載電流和運行電流是否過大,空載電流不應超過1.2安培,運行電流在載重500kg,時速40km/h,平坦水泥或柏油路面行駛時不應大於7.5安培,如出現上述情況則更換控制器或電機再次進行測試。
3)如以上都沒有問題,則需要進行路試。
電池保養
嚴禁存放時虧電
蓄電池在存放時嚴禁處於虧電狀態。虧電壯態是指電池使用後沒有及時充電。在虧電狀態存放電池,很容易出現硫酸鹽化,硫酸鉛結晶物附著在極板上,堵塞了電離子通道,造成充電不足,電池容量下降。虧電狀態閒置時間越長,電池損壞越嚴重。因此電池閒置不用時,應每月補充電一次,這樣能較好地保持新能源汽車電池保養健康狀態。
定期檢驗
在使用過程中,如果電動車的續行里程在短時間內突然下降很厲害,則很有可能是電池組中最少有一塊電池出現斷格、極板軟化、極板活性物質脫落等短路現象。因此,應及時到專業電池修復機構進行檢查、修復或配組。這樣能相對延長電池組的壽命,最大程度地節省開支。
避免大電流放電
新能源汽車在使用過程中,儘量避免瞬間大電流放電。大電流放電容易導致產生硫酸鉛結晶,從而損害電池極板的物理性能。[1]
正確掌握充電時間
在使用過程中,應根據實際情況準確把握充電時間,參考平時使用頻率及行駛里程情況,也要注意電池廠家提供的容量大小說明,以及配套充電器的性能、充電電流的大小等參數把握充電頻次。一般情況蓄電池都在夜間進行充電,平均充電時間在8小時左右。若是淺放電﹙充電後行駛里程很短﹚,新能源汽車蓄電池很快就會充滿,繼續充電就會出現過充現象,導致電池失水、發熱,降低電池壽命。所以,蓄電池以放電深度為60%~70%時充一次電最佳,實際使用時可折算成騎行里程,根據實際情況進行必要充電,避免傷害性充電。
防止曝曬
新能源汽車嚴禁在陽光下曝曬。溫度過高的環境會使蓄電池內部壓力增加而使電池限壓閥被迫自動開啟,直接後果就是增加電池的失水量,而電池過度失水必然引發電池活性下降,加速極板軟化,充電時殼體發熱,殼體起鼓、變形等致命損傷。
避免充電時插頭髮熱
充電器輸出插頭鬆動、接觸面氧化等現象都會寺導致充電插頭髮熱,發熱時間過長會導致充電插頭短路,直接損害充電器,帶來不必要的損失。所以發現上述情況時,應及時清除氧化物或更換接外掛程式。
發展前景
有分析稱,在未來幾年的時間裡,在新能源汽車領域的智慧財產權競爭中,日本將走在美國、歐洲和其他國家的前列。但由於新能源汽車產業正處於快速成長期,許多關鍵技術尚未出現成熟的解決方案,美國和歐洲依託其強大的基礎研究優勢,極有可能在某些關鍵技術上率先取得突破性進展,重新獲得競爭優勢。加之韓國和中國等汽車產業的後起之秀不斷加大新能源汽車的研發投入,可以預料未來新能源汽車的競爭格局將更加複雜。
目前,日本純新能源汽車用蓄電池的研究主要集中在鋰電池,其次為鉛酸電池、鎳氫電池和鈉電池等。從世界範圍內的專利申請的總量來看,日本擁有的純新能源汽車用蓄電池及其管理系統相關專利申請數量最多。從日本國內的專利申請量來看,超過90%的專利申請也來自日本申請人。無論是從世界專利申請的擁有量角度,還是從日本專利申請中日本申請人所占的份額角度,日本在純新能源汽車用蓄電池及其管理系統領域都是實力最強者,掌控著絕大部分專利技術。
作為世界上最大的汽車生產和消費國,美國純新能源汽車用蓄電池的研究主要集中在鋰電池,鋰電池相關專利數量占動力電池專利數量的70%以上,其次為鉛酸電池、鎳氫電池、空氣電池和鈉電池等。從世界範圍內的專利申請的總量來看,截至2010年6月,美國的純新能源汽車用蓄電池及其管理系統相關專利申請數量位於日本之後,排名第二。從美國國內的專利申請量來看,在和純新能源汽車用蓄電池及其管理系統有關的專利申請中,來自日本申請人的專利最多,接近總量的60%,而來自美國申請人的專利申請數量次於日本。
德國純新能源汽車用蓄電池的研究主要集中在鋰電池,其次為鉛酸電池、鎳氫電池、鈉電池和空氣電池等。從世界範圍內的專利申請的總量來看,截至2010年6月,德國的純新能源汽車用蓄電池及其管理系統相關專利申請數量居世界排名第6位,與排名首位的日本專利數量相差很大,僅占日本申請量的11%。從德國國內的專利申請量來看,德國申請人持有的專利約占總量的43%,高於排名第二的日本。在全球範圍來看,德國在純新能源汽車用蓄電池及其管理系統領域的技術實力遠不及日本,但是在本國範圍內,德國擁有較強的技術優勢,專利擁有量高於日本。
新能源汽車鋰電池介紹
二十世紀九十年代以來,鋰離子電池的研究和生產都取得了重大的進展,在各個領域的套用也越來越廣泛,近年來,鋰離子電池也被研究人員用在電動車車上用作動力能源,成為電動車發展的一個新趨勢。下面首先介紹和電池有關的基本概念,然後介紹其鋰離子電池的特點和在電動車上的套用。
充放電相關的基本概念
單體電池、單個電池和電池組:單體電池(Cell)是指電動勢為2V(鉛酸)或1.2V(鎳氫)或3.6V(鋰電池)左右的蓄電池,是組成單個電池的基本單元;幾個單體電池封裝組成單個電池,簡稱電池(Battery);電池組(BatteryPack)由若干個電池串聯而成。
電池的容量:指一定的放電條件下可以從電池中獲得的電量,一個電池有理論容量、實際容量、額定或公稱容量和額定儲備容量之分。用Ah(安時)數、mAh(毫安時)表示。
理論容量:理論容量是指假設活性物質全部參加電池的成流反應所給出的電量。它是根據活性物質的質量按照法拉弟定律計算得到的。為了比較不同系列的電池常用比容量的概念,即單位體積或單位質量電池所能給出的理論電量,常以Ah/Kg或Ah/L表示。
實際容量:實際容量是指在一定的放電條件下電池實際放出的容量,等於放電電流與放電時間的乘積。其值小於理論容量。計算方法是:
計算方法
式中,C為實際容量,U為放電電壓,I為放電電流,R為放電電阻,T為放電至終止電壓的時間。
額定容量:額定容量是指設計和製造電池時,按國家或有關部門頒布標準規定或保證電池在一定放電條件下應該放出的最低限度的電量。如電動車規定為C/3放電率下放出的容量。
額定儲備容量:國際電工學會(IEC)標準中規定汽車型蓄電池的容量用額定容量和儲備容量表示均可。我國採用額定容量。指不分電池規格大小,一律以25A電流放電,到終止電壓1.75V時的放電時間以分鐘計。對規格不同的電池,規定不同的放電時間。
電池的能量是指在一定放電條件下,電池所能給出的電能,通常用Wh表示。
電池的功率是指電池在一定放電條件下,於單位時間內所給出能量的大小,單位為W(瓦)或KW。單位重量電池所能給出的功率稱為比功率,單位W/kg或KW/kg.
充電狀態SOC(StateOfCharge):是描述電池荷電狀態的一個重要參數,通常把在一定溫度下電池充電到不能再吸收能量的狀態理解為充電狀態(SOC)為100%,而將電池再不能放出能量的狀態理解為充電狀態(SOC)0%.
SOC
式中Cr是剩餘電量,CT為電池標稱容量,即在規定電流和溫度下處於理想狀態時的所能放出的容量。Qe已用電量。ωi為不同放電電流和溫度下的電量加權係數;
放電深度DOD(DepthOfDischarge):DOD=Qe/CT,DOD=1-SOC。
充電深度DOC(DepthOfCharge):電池可能放出的電量與實際電池容量的比。
DOC=(Ct-Qe)/Ct
式中Ct為實際電池容量,與放電電流和溫度有關。DOC的值不僅與當前狀態(SOC,溫度,電流等)有關而且與將來電池的放電情況有關,因此DOC比SOC更能反映電池的實際情況。
充電接受能力(chargeacceptance):在蓄電池充電時,用於進行充電反應的電流與總的充電電流之比。
即:a=IA/I
a——充電接受能力
IA——用於進行充電反應的那部分電流
I——總的充電電流
電池放電的電壓拐點:通過電池的放電實驗發現當電池的電壓降到某點時,繼續放電其電壓會急劇下降,dv/dt數值很大,該點稱為拐點。該點標示了電池電量已告罄,在拐點之下工作會造成對電池壽命的損害。如圖1.1所示。電池的實際容量就是電壓下降到拐點前所能釋放的電量。
放電率:指用放電時間來表示的電池放電速率,用公式表示如下:放電電流電池容量
放電率(h)=電視容量/放電電流
老化:電池在開始使用初期的一段時間內,電池容量增加大約5%——15%。接下來的一段時間,電池容量基本不變。然後就開始逐漸減少。當電池容量衰減到額定容量80%時,就可以認為電池的壽命結束了。
充放電周期
充放電周期(Cycle):電池從充電開始到放電,再到下一次充電開始前稱為一個充放電周期。
循環壽命(Cycle_Life):蓄電池在其實際容量降低至某一規定值之前所經歷的充放電周期數。通常用來定義蓄電池的使用壽命。一般來講,放電深度不同,電池壽命也不同。
恢復效應:電池在非連續放電的條件下,放電一段時間後,空載開路或從大電流變為小電流放電,電池內部的電荷將進行重新分布而至平衡,這時電池的端電壓回升,在小電流放電下仍能放出一定電量。
自放電現象(Self-Discharge):電池在不工作時由於內部的電化學反應造成的電池容量下降的現象。通常與時間和環境溫度有關,環境溫度越高自放電現象越明顯,所以在一段時間不用電池要定期對電池進行補充電,並在適宜的溫度和濕度下進行保存。
歷史檔案:電池自出廠以來的關鍵數據,如電池出廠日期、標稱容量、使用總安時數和過充過放記錄等信息。
電池運行狀態SOR(StateOfRunning):為了評價電池在充放電過程中所表現出的性能,而給出電池的運行表現評估值。SOR分為1到10十級,SOR為10表示電池運行性能很好,為1表示電池的運行性能非常差,急需更換。
電池健康程度DOH(DegreeOfHealth):為了評價綜合電池性能而給出一個健康程度評估值。DOH分為1到10十級,DOH為(7-10)表示電池性能正常,為(4-6)表示電池需要維護,為(1-3)表示的電池性能很差應更換。
鋰離子電池的特點
鋰電池是一種以金屬鋰或含有鋰物質為負極的化學電源的總稱。它是近十幾年來獲得發展的新型高比能量電池體系。以鋰、鈉等活潑金屬作為電池的負極的構想最早是美國加州大學的一位研究生於1958年提出的。到了七十年代,日本松下電氣公司的福田雅太郎首先發明了鋰氟化碳電池並獲得套用,從此,鋰電池逐漸從實驗的研究,走向了實用化和商品化。由於鋰電池出色的性能,各國都競相開發出各種新型的鋰電池以滿足軍事和消費方面的需要,如鋰碘電池(1972)、鋰鉻酸電池(1973)、鋰二氧化硫電池(1974)、鋰亞酸醯氯電池(1974)、鋰氧化銅電池(1975)、鋰二氧化錳電池(1976)、鋰二硫化鉬蓄電池(1989)、鋰離子蓄電池(1991)和鋰二氧化錳蓄電池(1994)等。尤其是90年代初,日本索尼能源技術公司發明和推出的高比能量、長壽命的鋰離子蓄電池,極大的促進了鋰電池工業的發展。
鋰離子電池有許多優越特性,比如高能量,較高的安全性,工作溫度範圍寬,工作電壓平穩、貯存壽命長(相對其他的蓄電池)。從安全性來講,鋰離子電池要比其他蓄電池安全的多。特別是採取了控制措施後,鋰離子電池的安全性有了很大的保證,電池經過過充、短路、穿刺、衝擊(壓)等濫用實驗(ABUSETEST),均無危險發生。鋰離子電池與Cd-Ni,MH-Ni電池一樣,可以快速充電,且無記憶效應,遠比Cd-Ni電池優越;它的自放電率遠比MH-Ni電池低。從環境保護的角度看,世界環境保護組織早已把鎘(Cd)、汞(Hg)、鉛(Pb)三種元素列為有害物質。因此含有這三種元素的電池的使用受到了限制,特別是在歐洲,有些政府大幅度提高了某些電池的環境稅,與之相比,鋰離子電池則不存這些問題。
當然,鋰離子電池也有一些缺點,比如低溫放電率不高,電池的價格也比較高等。
鋰離子電池套用
為了推動和支持電動車的研究試製工作,美國早在90年代初就成立了“先進電池協會(USABC)”負責為電動車提供電池。該機構為扶持電動車用電池(主要是鋰離子電池)的研製,先後投資2.6億美元,其中向美國SAFT公司投資1180萬美元,用以開發鋰離子電池,向加拿大魁北克公司投入8500萬美元,用以開發鋰離子電池和鋰聚合物電池;另外,還向Duracell及其合作夥伴德國Varta公司投入了1450萬美元,開發鋰離子電池,其技術指標要求如下表:日本政府也投資了1億美元,並制定了一項叫做LIBES的計畫,開發用於電動車的鋰離子電池。
在各國政府的支持下,不同性能的電動車先後亮相。首先是日本索尼公司於1995年推出了以鋰離子電池為動力的電動車。該車重1.7T,載4個人,每次充電可以行駛200km.最大時速可達120km,從零啟動加速到80km/h只需要12s;該車的動力電源是由96隻尺寸為67*410mm以LiCoO2為正極的的鋰離子電池組成的,每隻電池的容量為100Ah,整個電源系統的比能量達到了110Wh/kg,能量密度達到250Wh/l.繼索尼公司之後,日本三菱公司於1996年推出了電動車,該車以LiMn2O4為正極的的鋰離子電池為電源,一次行駛可達250km.之後又有三菱重工、本田、尼桑等均有電動車亮相,並於1997年初正式銷售以鋰離子電池為動力的電動車。繼日本之後,美國和歐洲的一些公司也相繼推出了自己研製的以鋰離子電池為動力的電動車。
電動車作為一種未來的交通工具,在進入市場方面,必然要同傳統的交通工具-燃油汽車進行競爭,這就對電動車在價格和性能方面提出了一定的要求,就車的性能來講,電動車的續駛里程,加速性能,爬坡能力等比較為大家關注,這些方面都很大程度上取決於作為動力的電池的性能。對電池性能的要求一般集中在,能量密度,功率密度,循環壽命等方面,業界一般都以USABC的規劃作為參考,具體指標如下:
具體指標經過10多年的研究和發展,鋰離子蓄電池的生產技術逐漸成熟,在功率強度和循環壽命方面已經接近或達到了USABC的中期目標,與傳統的鉛酸和鎳氫蓄電池相比較,鋰離子蓄電池的功率強度有比較大的優勢,見圖1.2:
與傳統的鉛酸和鎳氫蓄電池相比較
鋰離子動力電池代表了電池發展的方向。在電動車用電源中,將是最具潛力的動力電池。我國對鋰離子電池的套用開發也十分重視。早在80年代初期,就開始了鋰離子蓄電池的開發研製工作,在國內各個單位的努力下,取得了豐碩的成果。目前,雷天綠色電動源(深圳)有限公司已經首家實現產業化生產,其生產的10多種型號的大功率鉻氟鋰動力電池性能優良、價格合理,已經投放市場。
2002年,世界上首輛採用雷天鋰動力電池的電動公車在北京阜成門外大街投入試運營,標誌著我國電動車時代的到來。本論文所涉及的國家“863”課題就是使用雷天公司提供的100AH,384V鋰電池組。
鋰離子電池充放電問題
蓄電池的充電過程是一個複雜的電化學變化過程,其複雜性表現為:
(1)多變數影響充電的因素很多,諸如極板、電介質的濃度、極板活性物的狀態、充電環境溫度等等,都對蓄電池所能承受的最大充電電流有直接的影響。
(2)非線性一般而言,充電電流在充電過程中隨充電時間呈指數規律下降,不可能只用簡單恆流或恆壓控制充電全過程。
(3)複雜的電化學性即使是同一類型同一容量的電池,隨著各自使用時放電的歷史狀態不一樣,剩餘電量的不一樣,充電接受能力也有很大的不同。
作為給電動車提供動力的電池組,由於使用環境的複雜性,其充放電過程也更為複雜,尤其是過充電和過放電會對電池的結構造成不可恢復的破壞,極大的影響其健康程度和性能。鋰電池技術與傳統的電池技術相比有很大的性能優勢,但對監測系統也有更高的要求。如果控制不當的話,不僅對電池的結構會造成破壞,還會發生危險。
負極過充電時,會產生金屬鋰沉澱:Li++e->Li(s),這種情況容易發生在正極活性物質相對於負極活性物質過量的情況下,但是,在高充電率的情況下,即使正負極活性物質的比例正常,也可能發生金屬鋰的沉積,金屬鋰的形成會從以下幾個方面造成電池容量的下降:
(1)可循環鋰量減少;
(2)沉積的金屬鋰與溶劑或支持電解質反應形成Li2CO3,LiF或其他產生物;
(3)金屬鋰往往在負極與隔膜間形成,可能阻塞隔膜的的空隙,造成電池內阻的增大。當正極活性物質相對於負極活性物質比例過低時,容易發生正極過充電。正極過充電主要是會形成惰性物質,造成氧損失,從而導致電池容量的衰減。而過放電更是會造成極板晶格的破壞,如果過充電導致“反極”,會發生危險。
為了能給電動車的電機提供比較高的電壓,一般都採用了幾十個單體電池(cell)串聯的方式來提供電力(本文所涉及的實驗樣車上裝有108節工作電壓為3.8V的單體鋰離子電池)。串聯使用的複雜性,和電池之間的不一致性,都對管理系統提出了更高的要求。
鋰動力電池放電電流同其他電池相比,放電率偏小,比功率較小。好的長期可1C放電,脈衝2C,需要考慮增大電池的容量來滿足電動車的要求。
發展趨勢
在發展新能源汽車上,鎳氫電池技術最成熟,未來3年內仍將是新能源車的主流,之後鎳氫電池技術將和磷酸鐵鋰、氫燃料電池三分天下,5年後將逐漸被鋰電池及燃料電池所取代。