簡介
電動汽車電池可以分為兩大類，即蓄電池和燃料電池。蓄電池適用於純電動汽車，可以歸類為鉛酸蓄電池、鎳基電池（鎳一氫及鎳一金屬
電動汽車電池作用
隨著電動汽車的種類不同而略有差異。在僅裝備蓄電池的純電動汽車中，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。
電池組系統
電動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。
基本分類
簡介
電動汽車用電池為化學電源，它的分類方法很多。按電解液分為：a.鹼性電池。即電解液為鹼性水溶液的電池；
b.酸性電池。即電解液為酸性水溶液的電池；
c.中性電池。即電解液為中性水溶液的電池；
d.有機電解質溶液電池。即電解液為有機電解質溶液的電池。
按活性物質的存在方式分為：
a.活性物質保存在電極上。可分為一次電池(非再生式，原電池)和二次電池(再生式，蓄電池)；
b.活性物質連續供給電極。可分為非再生燃料電池和再生燃料電池。
按電池的某些特點分為：
a.高容量電池；
b.免維護電池；
c.密封電池；
d.燃結式電池；
e.防爆電池；
f.扣式電池、矩形電池、圓柱形電池等。
儘管由於化學電源品種繁多，用途廣泛，外形差別大，使上述分類方法難以統一，但習慣上按其工作性質及存貯方式不同，一般分為四類：
一次電池
一次電池，又稱“原電池”，即放電後不能用充電的方法使它復原的電池。換言之，這種電池只能使用一次，放電後電池只能被遺棄了。這類電池不能再充電的原因，或是電池反應本身不可逆，或是條件限制使可逆反應很難進行。如：鋅錳乾電池Zn│NH4Cl·ZnCl2│MnO2(C)
鋅汞電池Zn│KOH│HgO
銀鋅電池Zn│KOH│Ag2O
二次電池
二次電池，又稱“蓄電池”，即放電後又可用充電的方法使活性物質復原而能再次放電，且可反覆多次循環使用的一類電池。這類電池實際上是一個化學能量貯存裝置，用直流電將電池充足，這時電能以化學能的形式貯存在電池中，放電時，化學能再轉換為電能。如：鉛酸電池Pb│H2SO4│PbO2
鎳鎘電池Cd│KOH│NiOOH
鎳氫電池H2│KOH│NiOOH
鋰離子電池LiCoO2│有機溶劑│6C
鋅空氣電池Zn│KOH│O2(空氣)
貯備電池
貯備電池，又稱“激活電池”，是正、負極活性物質和電解液不直接接觸，使用前臨時注入電解液或用其他方法使電池激活的一類電池。這類電池的正、負極活性物質的化學變質或自放電，因與電解液的隔離而基本上被排除，從而使電池能長時間貯存。如：鎂銀電池Mg│MgCl2│AgCl
鈣熱電池Ca│LiCl-KCl│CaCrO4(Ni)
鉛高氯酸電池Pb│HclO4│PbO2
燃料電池
燃料電池，又稱“連續電池”，即只要活性物質連續地注入電池，就能長期不斷地進行放電的一類電池。它的特點是電池自身只是一個載體，可以把燃料電池看成一種需要電能時將反應物從外部送入電池的一種電池。如：氫燃料電池H2│KOH│O2
肼空燃料電池N2H4│KOH│O2(空氣)
必須指出，上述分類方法並不意味著某一種電池體系只能分屬一次電池、二次電池、貯備電池或燃料電池。恰相反，某一種電池體系可以根據需要設計成不同類型的電池。如鋅銀電池，可以設計成一次電池，也可以設計成二次電池，或貯備電池。
⑴電池的分類
性能參數
化學電池品種繁多，性能各異。常用以表征其性能的指標有：電性能、機械性能、貯存性能等，有時還包括使用性能和經濟成本。我們主要介紹其電性能和貯存性能。電性能包括：電動勢、額定電壓、開路電壓、工作電壓、終止電壓、充電電壓、內阻、容量、比能量和比功率、貯存性能和自放電、壽命等。貯存性能主要取決於電池的自放電大小。電動勢
電池的電動勢，又稱電池標準電壓或理論電壓，為電池斷路時正負兩極間的電位差。額定電壓
額定電壓(或公稱電壓)，系指該電化學體系的電池工作時公認的標準電壓。開路電壓
電池的開路電壓是無負荷情況下的電池電壓。開路電壓不等於電池的電動勢。必須指出，電池的電動勢是從熱力學函式計算而得到的，而電池的開路電壓則是實際測量出來的。工作電壓
系指電池在某負載下實際的放電電壓，通常是指一個電壓範圍。⑸終止電壓
系指放電終止時的電壓值，視負載和使用要求不同而異。
充電電壓
系指外電路直流電壓對電池充電的電壓。一般的充電電壓要大於電池的開路電壓，通常在一定的範圍內內阻
蓄電池的內阻包括：正負極板的電阻，電解液的電阻，隔板的電阻和連線體的電阻等。正負極板電阻
目前普遍使用的鉛酸蓄電池正、負極板為塗膏式，由鉛銻合金或鉛鈣合金板柵架和活性物質兩部分構成。因此，極板電阻也由板柵電阻和活性物質電阻組成。板柵在活性物質內層，充放電時，不會發生化學變化，所以它的電阻是板柵的固有電阻。活性物質的電阻是隨著電池充放電狀態的不同而變化的。當電池放電時，極板的活性物質轉變為硫酸鉛(PbSO4)，硫酸鉛含量越大，其電阻越大。而電池充電時將硫酸鉛還原為鉛(Pb)，硫酸鉛含量越小，其電阻越小。
電解液電阻
電解液的電阻視其濃度不同而異。在規定的濃度範圍內一旦選定某一濃度後，電解液電阻將隨充放電程度而變。電池充電時，在極板活性物質還原的同時電解液濃度增加，其電阻下降；電池放電時，在極板活性物質硫酸化的同時電解液濃度下降，其電阻增加。隔板電阻
隔板的電阻視其孔率而異，新電池的隔板電阻是趨於一個固定值，但隨電池運行時間的延長，其電阻有所增加。因為，電池在運行過程中有些鉛渣和其他沉積物在隔板上，使得隔板孔率有所下降而增加了電阻。連線體電阻
連線體包括單體電池串聯時連線條等金屬的固有電阻，電池極板間的連線電阻，以及正、負極板組成極群的連線體的金屬電阻，若焊接和連線接觸良好，連線體電阻可視為一固定電阻。每隻電池所呈現的內阻就是上述物體電阻的總和，電池內阻R與電動勢、端電壓及放電電流的關係：Rs=(E-Uf)÷If
電池的內阻在放電過程中會逐漸增加，而在充電過程中則逐漸減小。所以，電池在充放電過程中，端電壓也會因其內阻的變化而變動。故端電壓在放電時低於電池的電動勢，充電時又高於電池的電動勢。
容量
電池的容量單位為庫侖(C)或安時(Ah)。表征電池容量特性的專用術語有三個：a.理論容量。系指根據參加電化學反應的活性物質電化學當量數計算得到的電量。通常，理論上1電化當量物質將放出1法拉第電量，即96500C或26.8Ah(1電化當量物質的量，等於活性物質的原子量或分子量除以反應的電子數)。
b.額定容量。系指在設計和生產電池時，規定或保證在指定放電條件下電池應該放出的最低限度的電量。
c.實際容量。系指在一定的放電條件下，即在一定的放電電流和溫度下，電池在終止電壓前所能放出的電量。
電池的實際容量通常比額定容量大10%～20%。
電池容量的大小，與正、負極上活性物質的數量和活性有關，也與電池的結構和製造工藝與電池的放電條件(電流、溫度)有關。
影響電池容量因素的綜合指標是活性物質的利用率。換言之，活性物質利用得越充分，電池給出的容量也就越高。
活性物質的利用率可以定義為：
利用率=(電池實際容量/電池理論容量)×100%
或，利用率=(活性物質理論用量/活性物質實際用量)×100%。
比能量和比功率
電池的輸出能量是指在一定的放電條件下，電池所能作出的電功，它等於電池的放電容量和電池平均工作電壓的乘積，其單位常用瓦時(Wh)表示。電池的比能量有兩種。一種叫重量比能量，用瓦時/千克(Wh/kg)表示；另一種叫體積比能量，用瓦時/升(Wh/L)表示。比能量的物理意義是電池為單位重量或單位體積時所具有的有效電能量。它的比較電池性能優劣的重要指標。
必須指出，單體電池和電池組的比能量是不一樣的。由於電池組合時總要有連線條、外部容器和內包裝層等，故電池組的比能量總是小於單體電池的比能量。
電池的功率是指在一定的放電條件下，電池在單位時間內所能輸出的能量。單位是瓦(W)，或千瓦(kW)。電池的單位重量或單位體積的功率稱為電池的比功率，它的單位是瓦/千克(W/kg)或瓦/升(W/L)。如果一個電池的比功率較大，則表明在單位時間內，單位重量或單位體積中給出的能量較多，即表示此電池能用較大的電流放電。因此，電池的比功率也是評價電池性能優劣的重要指標之一。
貯存性能和自放電
電池經過乾貯存(不帶電解液)或濕貯存(帶電解液)一定時間後，其容量會自行降低，這個現象稱自放電。所謂“貯存性能”是指電池開路時，在一定的條件下(如溫度、濕度)貯存一定時間後自放電的大小。電池在貯存期間，雖然沒有放出電能量，但是在電池內部總是存在著自放電現象。即使是乾貯存，也會由於密封不嚴，進入水份、空氣及二氧化碳等物質，使處於熱力學不穩定狀態的部分正極和負極活性物質構成微電池腐蝕機理，自行發生氧化還原反應而白白消耗掉。如果是濕貯存，更是如此。長期處在電解液中的活性物質也是不穩定的。負極活性物質大多是活潑金屬，都會發生陽極自溶。酸性溶液中，負極金屬是不穩定的，在鹼性溶液及中性溶液中也非十分穩定。
電池自放電的大小，一般用單位時間內容量減少的百分比表示，即：
自放電=(Co-Ct/Cot)×100%
式中：Co──貯存前電池容量，Ah；
Ct──貯存後電池容量，Ah；
t──貯存時間，用天、周、月或年表示。
自放電的大小，也能用電池貯存至某規定容量時的天數表示，稱為貯存壽命。貯存壽命有兩種，即乾貯存壽命和濕貯存壽命。對於在使用時才加入電解液的電池貯存壽命，習慣上也稱為乾貯存壽命。乾貯存壽命可以很長。對於出廠前已加入電解液的電池貯存壽命，習慣上稱為濕貯存壽命(或濕荷電壽命)。濕貯存時自放電嚴重，壽命較短。如銀鋅電池的乾貯存壽命可達5～8年，但它的濕貯存壽命通常只有幾個月。
降低電池中自放電的措施，一般是採用純度較高的原材料，或將原材料預先處理，除去有害雜質。也可在負極金屬板柵中加入氫過電位較高的金屬，如Ag、Cd等，還有的在溶液中加入緩蝕劑，目的都是抑制氫的析出，減少自放電反應的發生。
壽命
電池的壽命有“乾貯存壽命”和“濕貯存壽命”兩個概念。必須指出，這兩個概念僅是針對電池自放電大小而言的，並非電池的實際使用期限。電池的真正壽命是指電池實際使用的時間長短。對一次電池而言，電池的壽命是表征給出額定容量的工作時間(與放電倍率大小有關)。
對二次電池而言，電池的壽命分充放電循環壽命和濕擱置使用壽命兩種。
充放電循環壽命，是衡量二次電池性能的一個重要參數。經受一次充電和放電，稱為一次循環(或一個周期)。在一定的充放電制度下，電池容量降至某一規定值之前，電池能耐受的充放電次數，稱為二次電池的充放電循環壽命。充放電循環壽命越長，電池的性能越好。在目前常用的二次電池中，鎘鎳電池的充放電循環壽命500～800次，鉛酸電池200～500次，鋰離子電池600～1000次，鋅銀電池很短，約100次左右。
二次電池的充放電循環壽命與放電深度、溫度、充放電制式等條件有關。所謂“放電深度”是指電池放出的容量占額定容量的百分數。減少放電深度(即“淺放電”)，二次電池的充放電循環壽命可以大大延長。
濕擱置使用壽命，也是衡量二次電池性能的重要參數之一。它是指電池加入了電解液後開始進行充放電循環直至充放電循環壽命終止的時間(包括充放電循環過程中電池處於放電態濕擱置的時間)。濕擱置使用壽命越長，電池性能越好。在目前常用的電池中，鎘鎳電池濕擱置使用壽命2～3年，鉛酸電池3～5年，鋰離子電池5～8年，鋅銀電池最短，只有1年左右。
另外，電池的性能還有：低溫性能、耐過充電能力、安全性能等。
存在問題
當前我國電動汽車電池技術發展很快，但存在兩個明顯缺點。電動汽車電池的第一個缺點就是缺乏深層次技術，比如電池的化學問題、物理問題、溫度問題、結構問題等，在這些方面我們研發還不夠，沒有能夠建立數學模型把這些問題搞清楚。另一個缺點是缺乏評價體系，雖然現在我國部分電動車運行很好，但缺乏好的評價系統。比如電池的安全性怎么樣，在高溫、低溫環境下能不能正常工作，這些都沒有一個好的評價。
在中國這樣一個人口稠密的國家，電動汽車市場潛力巨大，與電動汽車已開發國家相比，還有不小差距。所以我們必須追上已開發國家電動汽車研發的步伐，從電源、積體電路、電源板塊等方面進行認真研發，齊心協力把電池產業做大做強。
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，則此時該純電動汽車必須進行充電。（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，表示電動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、如果在電動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、將電動汽車電池充滿電後，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、電動汽車電池內部斷路
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、電動汽車續行里程短
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
技巧一：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，這樣能較好地保持電動汽車電池保養健康狀態。技巧二：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。技巧三：避免大電流放電
電動汽車在使用過程中，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。技巧四：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﹚，電動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。技巧五：防止曝曬
電動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。技巧六：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，在電動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。但由於電動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電動汽車的研發投入，可以預料未來電動汽車的競爭格局將更加複雜。目前，日本純電動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，日本擁有的純電動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，日本在純電動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，美國純電動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，美國的純電動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，在和純電動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。
德國純電動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，德國的純電動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，德國在純電動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。
電池介紹
簡介
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。1.1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%.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。
1.2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。
1.3鋰電池在電動車上的套用
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
電動汽車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
電動汽車電池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。
1.4鋰電動車充放電問題
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。
產業現狀
我國汽車用動力電池已開始由研發進入到產業化階段，並出現了加快發展的勢頭。電動汽車動力電池研發產品的主要性能已居國際先進水
電動汽車電池全球動力電池產業目前面臨技術制約和成本制約，只有當動力電池性能得到改善、成本大幅降低、規模化套用之後，才能帶動其他較為成熟的環節的大力發展。因此動力電池是電動汽車產業鏈中最具投資價值的環節，最有可能獲得超額收益，其他如電機和電控系統環節有較為成熟技術和市場基礎，競爭者眾多，可能只能獲得平均收益。
中投顧問發布的《電動汽車電池市場調研報告2010》從產業基礎、成本優勢、技術研發、市場需求、產業化進程、細分市場等多方面多角度闡述了電動汽車電池的市場狀況，並在此基礎上對電動汽車電池市場的未來走勢和發展前景進行客觀分析和預測。
