電動汽車用動力電池國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及發(fā)展趨勢ppt課件

1、電動汽車用動力電池 國內(nèi)外開展情況及開展趨勢.引言 能源短缺和環(huán)境污染是目前汽車工業(yè)開展面臨的兩大挑戰(zhàn)，隨著世界汽車保有量的急劇增長，傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車排放對環(huán)境的影響越來越嚴(yán)重。在這樣的情勢下，電動汽車作為新能源開發(fā)的突出代表曾經(jīng)成為取代傳統(tǒng)動力汽車，引領(lǐng)汽車行業(yè)的新時代的開展方向。而電動汽車電池既是開展電動汽車的中心，更是電力工業(yè)與汽車行業(yè)的關(guān)鍵結(jié)合點。電動汽車以電力驅(qū)動，行駛無排放(或低排放)，噪音低，能量轉(zhuǎn)化效率比內(nèi)燃機汽車高很多，同時電動汽車還具有構(gòu)造簡單、運轉(zhuǎn)費用低等優(yōu)點，平安性也優(yōu)于內(nèi)燃機汽車。但電動汽車目前還存在價錢較高、續(xù)駛里程較短、動力性能較差等問題，而這些問題都是和蓄電池技術(shù)

2、親密相關(guān)的，電動汽車適用化的難點依然在于電池技術(shù)，特別是化學(xué)電池技術(shù)。目前制約電動汽車開展的關(guān)鍵要素是動力蓄電池不理想，所以，電動汽車運用的關(guān)鍵在于對蓄電池的研討。.要點:一.電動汽車電池種類，優(yōu)缺陷及運用車型二.電池性能目的分析三.當(dāng)前電動汽車蓄電池的技術(shù)難題四.國內(nèi)外的主要研討及開展動向.一電動汽車電池種類，優(yōu)缺陷及運用車型1.磷酸鐵鋰電池： 磷酸鐵鋰電池指用磷酸鐵鋰作為正極資料的鋰離子電池。 鋰離子電池的正極資料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元資料、磷酸鐵鋰等。其中鈷酸鋰是目前絕大多數(shù)鋰離子電池運用的正極資料。優(yōu)點：平安性能高、壽命長、高溫性能好、大容量、無記憶效應(yīng)、分量輕、環(huán)保。缺陷

3、：振實密度與壓實密度很低，導(dǎo)致鋰離子電池的能量密度較低；資料的制備本錢與電池的制造本錢較高，電池廢品率低，一致性差。運用車型：比亞迪唐、騰勢電動車、東風(fēng)風(fēng)神E30、江淮和悅iEV4、通用賽歐Springo、長閑適動純電動、榮威550Plug-in等。.比亞迪唐 比亞迪秦的純電動行駛里程為70km，磷酸鐵鋰電池組容量為13kWh。比亞迪唐的電池容量一定會大于13kWh。比亞迪唐的電池采用的是比亞迪擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的磷酸鐵鋰電池。與秦把電池組布置在尾箱不同，唐的電池組布置在車身地板下方，這是得益于SUV較高的車身。.騰勢電動車 騰勢充分自創(chuàng)了比亞迪多年在電動車領(lǐng)域的閱歷，運用了多項創(chuàng)新技術(shù)，以滿足

4、消費者的日常需 求。該車搭載容量為47.5千瓦時的磷酸鋰鐵LFP電池，續(xù)航里程為300公里。. 東風(fēng)風(fēng)神E30 EV 風(fēng)神E30的動力系統(tǒng)由一臺25kW的永磁直 流電動機和18kWh的磷酸鐵鋰電池組成，最大扭矩80Nm，最高時速為每小時80公里。單次充電續(xù)航里程為160公里?？梢栽?小時內(nèi)充溢電，快速充電只需半小時。.2.鋰電池： 鋰電池是一類由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極資料、運用非水電解質(zhì)溶液的電池。最早出現(xiàn)的鋰電池來自于偉大的發(fā)明家愛迪生，運用以下反響：Li+MnO2=LiMnO2，該反響為氧化復(fù)原反響，放電。優(yōu)點：能量密度高、運用壽命長、分量輕、高低溫順應(yīng)性強、綠色環(huán)保、額定電壓高、具備高功率

5、接受力、自放電率很低、消費根本不耗費水等特點，如今已成為了電動汽車的主流車用電池。缺陷：平安性差、不能大電流放電、價錢昂貴、消費要求條件高、本錢高、運用條件有限制、高低溫運用危險大。運用車型：福特?？怂笶V、福特C-MAX Energi、豐田普銳斯、三菱iMiEV、日產(chǎn)聆風(fēng)、特斯拉Model S等。.豐田全新普銳斯 豐田全新普銳斯將增配體積更小容量更大的鋰離子，此外，未來在高配車型上或?qū)⑴鋫渌妮嗱?qū)動系統(tǒng)。據(jù)悉，新一代豐田普銳斯入門級車型將采用鎳氫電池，高端車型將采用鋰離子電池，續(xù)航里程更長，高配車型還有望搭載四輪驅(qū)動系統(tǒng)。.鈷酸鋰電池：TESLA的專屬電池 TESLA電動車的電池采用了松下提供

6、的NCA系列鎳鈷鋁體系18650鈷酸鋰電池，單顆電池容量為3100毫安時。TESLA采用了電池組的戰(zhàn)略，85kWh的MODEL S的電池單元一共運用了8142個18650鋰電池，將這些電池以磚、片逐一平均分配最終組成一整個電池包，電池包位于車身底板。 鈷酸鋰電池具有構(gòu)造穩(wěn)定、容量比高、綜合性能突出、但是其平安性差而且本錢非常高，主要用于中小型號電芯，標(biāo)稱電壓3.7V。TESLA把這樣的電池組合到一同，平安性就成了一個很需求關(guān)注的問題，TESLA的工程師在電池包內(nèi)的保險安裝分布到每一節(jié)18650鈷酸鋰電池，每一節(jié)18650鈷酸鋰電池兩端均設(shè)有保險絲，當(dāng)電池出現(xiàn)過熱或電流過大時，保險絲會切斷，以此

7、防止因某個電池出現(xiàn)異常情況過熱或電流過大時影響到整個電池包。 那么，就此來看，鈷酸鋰電池雖然本身存在著缺陷，但是在TESLA的工程師的包裝上平安性根本上可以忽略。顯然，這樣的處理方案還是很適宜在純電動汽車上開展。. 從上面的表格里可以更加直觀的比較幾種用在電動車上的電池。鈷酸鋰電池組相對于其他的電池來說續(xù)航里程、電池總?cè)萘恳蚕鄬τ谄渌碾姵匾撸僭O(shè)鈷酸鋰電池的平安性再提高一點，那么其在電動汽車上的推行便可以不僅在特斯拉上。電池技術(shù)目前仍在不斷地進展著革新，目前三元鋰電池的時代在漸漸到來磷酸鐵錳鋰電池便是三元鋰電池的一種。.3.鐵電池： 目前國內(nèi)外研討的鐵電池有高鐵和鋰鐵兩種，目前還沒有廠家聲

8、稱其產(chǎn)品可以大規(guī)模適用化。 高鐵電池是以合成穩(wěn)定的高鐵酸鹽K2FeO4、BaFeO4等，可作為高鐵電池的正極資料來制造能量密度大、體積小、分量輕、壽命長、無污染的新型化學(xué)電池鐵電池。特點：體積小、分量輕、壽命長、無污染缺陷：鐵電池消費過程中對工藝要求非常高，假設(shè)把握不好，電池一定會出現(xiàn)很多小問題。并且鐵電池的價錢也不菲，國內(nèi)消費的40Ah容量磷酸鐵鋰電池組本錢在3萬元到4萬元之間，假設(shè)是120Ah的磷酸鐵鋰電池組，市場價大約要12萬元。運用車型：比亞迪e6、比亞迪F3DM.比亞迪e6 比亞迪e6動力電池和啟動電池均采用比亞迪自主研發(fā)消費的ET-POWER鐵電池，不會對環(huán)境呵斥任何危害，其含有的

9、一切化學(xué)物質(zhì)均可在自然界中被環(huán)境以無害的方式分解吸收，可以很好地處理二次回收等環(huán)保問題，是綠色環(huán)保的電池。 鐵電池經(jīng)過高溫、高壓、撞擊等實驗測試，平安性能非常好，短路爆炸時機不高。在能量補充方面，e6可運用220V民用電源慢充，快充為3C充電，15分鐘左右可充溢電池80%。.4.燃料電池： 燃料電池(Fuel Cell)是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電安裝。燃料和空氣分別送進燃料電池，電就被奇妙地消費出來。它從外表上看有正負(fù)極和電解質(zhì)等，像一個蓄電池，但本質(zhì)上它不能儲電而是一個發(fā)電廠。優(yōu)點：能量轉(zhuǎn)化效率高；安裝地點靈敏；負(fù)荷呼應(yīng)快，運轉(zhuǎn)質(zhì)量高；具有很強的過負(fù)載才干等。缺

10、陷：燃料電池造價偏高、碳?xì)淙剂蠠o法直接利用、氫氣儲存技術(shù)受限、氫燃料根底建立缺乏等。運用車型：豐田FCV.豐田FCV 豐田從22年前就開場研發(fā)燃料電池汽車，直到2002年才把第一臺SUV型的FCV銷售出去，對象還是日本、美國的政府及教育機構(gòu)。豐田FCV氫燃料電池車有望提早在今年年底前正式開場量產(chǎn)。借助氫燃料動力這款車型將有著最高達(dá)300英里(約482公里)的續(xù)航里程。.5.液態(tài)電池： 液體電池由一將電化學(xué)活性電極浸泡在裝滿電解液的玻璃容器組成的電池。大多數(shù)電池，包括筆記本電腦和電視機遙控器上運用的電池，都運用固體資料如鋅或鈷鋰充任陰極，石墨充任陽極，液體鹽溶液充任電解質(zhì)膜。而此液體電池那么不同

11、，其陰陽和膜都是液體的，且都是熾熱的熔化的像稀泥似的液體。優(yōu)點：能量密度高、穩(wěn)定耐用、充電速度更快、更加環(huán)保、可以維持超越14000次循環(huán)。缺陷：本錢高。運用車型：Quant.e-Sportlimousine概念超跑.Quant.e-Sportlimousine概念超跑由列支敦士登能源公司NanoFlowcell AG開發(fā)的Quant.e-Sportlimousine概念超跑動力系統(tǒng)非常強勁，最大功率680kW，最高350km/h。并且只需求2.8s就可以從0加速到100km/h，性能遠(yuǎn)超特斯拉堪比McLaren P1。Quant e-Sportlimousine運用NanoFlowcell-

12、AG公司開發(fā)的一種新型液態(tài)電解質(zhì)電池。這種電池采用鹽水作為存儲能量的介質(zhì)。鹽水會經(jīng)過兩個水箱之間的隔膜構(gòu)成電荷，電力被儲存和分配給超級電容器。它的能量密度比特斯拉的鋰電池大5倍。而且它更穩(wěn)定耐用，充電速度更快、同時也更加環(huán)保。.6.鎳鎘電池： 運用廣泛程度僅次于鉛酸蓄電池；比能量可達(dá)55Whkg，比功率超越190Wkg；可快速充電；循環(huán)運用壽命較長，是鉛酸蓄電池的兩倍多，可到達(dá)2000多次，但價錢為鉛酸蓄電池的45倍。 初期購置本錢雖高，但由于其在能量和運用壽命方面的優(yōu)勢，因此其長期的實踐運用本錢并不高。運用中要留意做好回收任務(wù)，以免重金屬鎘呵斥環(huán)境污染。.7.鎳氫電池： 鎳氫蓄電池不含鎘、銅

13、，不存在重金屬污染問題。 目前消費電動汽車鎳氫蓄電池的公司主要是Ovine公司，它現(xiàn)有80Ah和130Ah兩種單元電池，并由此構(gòu)成30kwh和50kwh兩種規(guī)格的電池。其比能量達(dá)75-80Wh/kg，比功率達(dá)160230Wkg，循環(huán)運用壽命超越600次。這種蓄電池曾裝在幾種電動汽車上試用，其中一類車一次充電可行駛345km，有一輛車一年中行駛了8萬多公里。 由于價錢較高，目前尚未大批量消費。估計隨著鎳氫蓄電池技術(shù)的開展，其比能量可超越80whkg，循環(huán)運用壽命可超越2000次，遠(yuǎn)景價錢可降至150美圓/Kwh。通用汽車公司已把它作為今后幾年電動汽車優(yōu)先思索蓄電池。.8.鈉硫電池： 鈉硫電池，是

14、一種以金屬鈉為負(fù)極、硫為正極、陶瓷管為電解質(zhì)隔膜的二次電池。在一定的任務(wù)度下，鈉離子透過電解質(zhì)隔膜與硫之間發(fā)生的可逆反響，構(gòu)成能量的釋放和儲存。優(yōu)點：一個是比能量(即電池單位質(zhì)量或單位體積所具有的有效電能量)高，另一個是可大電流、高功率放電。缺陷：其任務(wù)溫度在300-350，所以，電池任務(wù)時需求一定的加熱保溫。.二.電池性能目的分析 電池是電動汽車的動力源泉，也是不斷制約電動汽車開展的關(guān)鍵要素。電動汽車用電池的主要性能目的是比能量、能量密度、比功率、循環(huán)壽命和本錢等。要使電動汽車具有競爭力，就要開發(fā)出比能量高、比功率大、運用壽命長的高效電池。.各類電池目的比較：電池種類比能量/(Wh/kg)比

15、功率/(W/kg)循環(huán)壽命/次能量密度/(Wh/L)價格/(元/kWh)鋰電池75140300400150017025033804060鎳氫電池50701802501500200013515020302700鎳鎘電池5060160200100080110880鋅空氣電池1801501006801010鋁空氣電池2001005002506801010鉛酸電池35501001505008006590 540超級電容器5300050萬100萬.充電時間： 充電技術(shù)影響充電站開展的關(guān)鍵。普通而言給車用動力蓄電池進展普通充電需求2h以上，目前的快速充電技術(shù)可以將充電時間縮短到20min以內(nèi)即在短時間內(nèi)給

16、電池充60%以上的電量，充電方式影響分析見表。充電模式充電時間快充1020min電池受損會比較嚴(yán)重，對電網(wǎng)的穩(wěn)定性形成一定的威脅慢充68h用戶時間成本會邊際上升，造成擁擠，消費者離開市場.三當(dāng)前電動汽車蓄電池的技術(shù)難題 (1)電池平安性得不到保證。目前中小容量鋰離子電池的產(chǎn)業(yè)化曾經(jīng)非常勝利，但大容量、高功率鋰離子動力電池的平安性問題得不到有效處理。而電池容量愈大，其一旦失控所呵斥的危害就愈大。. (2)電池容量有限，未能實現(xiàn)突破。目前市場上運用的電動汽車一次充電后的續(xù)駛里程普通為100km300km，并且這還需求堅持適當(dāng)?shù)男旭偹俣燃熬哂辛己玫碾姵卣{(diào)理系統(tǒng)才干得到保證，而絕大多數(shù)電動汽車普通行駛

17、環(huán)境下續(xù)駛里程只需50km100km。. (3)電池循環(huán)壽命短。普通蓄電池充放電次數(shù)僅為300400次，即使性能良好的蓄電池充放電次數(shù)也不過700900次，按每年充放電200次計算，一個蓄電池的壽命最多為4年，與燃油汽車的壽命相比太短。. (4)電池質(zhì)量和尺寸制約。現(xiàn)有電動汽車電池的外體積普通要到達(dá)550L。當(dāng)把這么大體積的電池用于家庭轎車上時，就必然要擠占轎車的行李廂空間。現(xiàn)有電動汽車所運用的電池都不能在儲存足夠能量的前提下堅持合理的尺寸和質(zhì)量。. (5)電池價錢昂貴。電動汽車蓄電池的價錢約為100美圓/kwh，有的甚至高達(dá)350美圓/kwh，本錢太高，用戶難以接受。. (6)對環(huán)境的污染嚴(yán)

18、重。目前運用的動力電池主要為鉛酸動力電池、鎳氫電池、鎳鎘電池。原料從開采到消費，再到廢棄后的處置，都會對環(huán)境呵斥污染。.四國內(nèi)外的主要研討及開展動向1.開展重點及目的：(1)近期：以改良型鉛酸和Cd-Ni電池為主 鉛酸電池廉價，并在叉車、觀光車或者短途公共汽車上作為動力源運用，但新一代鉛酸電池的比能量和循環(huán)次數(shù)仍存在嚴(yán)重的限制。未來運用鉛酸電池來驅(qū)動在高速公路上行駛的電動汽車是不實踐的，但價錢優(yōu)勢使其在輕度混合或者短途行駛的電動汽車中仍占一席之地。 然而，有文獻指出近期美國的“下一代電池和電動車中有一種超級電池是超級電容器與鉛酸電池的并聯(lián)運用。這種電池具有雙電層電容器的高比功率、長壽命以及鉛酸

19、電池價錢廉價的優(yōu)勢，將具有市場競爭力。.(2)中期：以MH-Ni電池和Na-S電池為主 鎳氫電池雖然具有較高的比能量和比功率等優(yōu)點；目前，大量地運用于混合動力車，隨著鋰離子電池的大規(guī)模消費和本錢的降低，鎳氫電池終將退出。鎳氫電池是電動汽車過渡階段運用的電池，但在近期和中期依然是非常關(guān)鍵的動力電池之一。 鋰硫電池為二次鋰電池，由單質(zhì)硫、金屬鋰和有機電解液組成，具有比能量高、本錢低、環(huán)境友好的特點。 .(3)遠(yuǎn)期：以Li離子電池和燃料電池為主 目前，越來越多的研討人員選用鋰離子電池作為電動汽車的動力電池，由于鋰離子動力電池有以下優(yōu)點：任務(wù)電壓高是鎳鎘電池氫-鎳電池的3倍；比能量大可達(dá)165WH/，

20、是氫鎳電池的3倍；體積?。毁|(zhì)量輕；循環(huán)壽命長；自放電率低；無記憶效應(yīng)；無污染等。假設(shè)采用鋰離子電池，電動汽車本錢難以降低。 據(jù)有關(guān)資料顯示，全球汽車鋰電池的消費企業(yè)主要有二十多家，而日本那么走在全球前列，有美國的A123、江森自控(Johnson Controls)；中國的比亞迪、韓國的LG化學(xué)，而僅僅日本就有東芝、日立制造所、日本電氣(NEC)、GS Yuasa、豐田汽車和松下電器產(chǎn)業(yè)的合并公司Panasonic EV Energy等十來家相關(guān)企業(yè)。 中投顧問產(chǎn)業(yè)研討中心數(shù)據(jù)顯示，據(jù)目前在混合電動汽車上所運用的鎳氫電池幾乎大部分是由日本企業(yè)制造的，日本的豐田公司與本田公司主導(dǎo)著與混合電力汽車

21、相關(guān)的技術(shù)，兩家公司在世界市場上的占有率超越85%。 以現(xiàn)代汽車公司與LG化學(xué)公司為主力的韓國企業(yè)從2004年開場的5年以來，作為第二代電池生長動力產(chǎn)業(yè)的一環(huán)，在混合電動汽車用高輸出動力的鋰電池開發(fā)方面曾經(jīng)投入了160億韓元的預(yù)算。另外，去年韓國知識經(jīng)濟部決議在5年內(nèi)，對內(nèi)置型混合電力汽車用的挪動電池與相關(guān)系統(tǒng)的開發(fā)方面援助400億韓元，并在2021年開場大規(guī)模消費。.2.我國電池企業(yè)研發(fā)現(xiàn)狀： 動力電池研發(fā)產(chǎn)品的主要性能居國際先進程度，電池產(chǎn)業(yè)根底雄厚，但需求處理一些薄弱環(huán)節(jié)。我國動力電池關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵資料和產(chǎn)品研發(fā)獲得艱苦進展，與日本、美國、德國等國際先進程度比較，總體程度相當(dāng)，比亞迪、力

22、神、雷天等企業(yè)開發(fā)出的鎳氫和鋰離子兩種類型、多個系列的車用動力電池，能量密度、功率密度(能量密度、功率密度是指單位分量的能量和功率，前者決議了電動汽車的續(xù)航里程和分量，后者決議了汽車的動力性)等主要性能目的居國際先進程度。電催化劑、復(fù)合膜、雙極板等關(guān)鍵資料也獲得重要進展。.主要國產(chǎn)電動汽車的電池供應(yīng)商.NO. 1惠州比亞迪 主要產(chǎn)品是方形磷酸鐵鋰動力電池， 主要供應(yīng)比亞迪旗下的秦、E6、K9等新能源汽車。NO.2CATL 主要從事動力鋰電池、儲能鋰電池等高新技術(shù)產(chǎn)品的研發(fā)、制造和銷售。 CATL動力電池的主要協(xié)作客戶是宇通、寶馬、一汽等。NO. 3力神 公司動力電池的主要協(xié)作客戶是天津公交集團、宇通、東風(fēng)揚子江、一汽客車、康迪、江淮汽車等。NO. 4國軒 主要產(chǎn)品是磷酸鐵鋰動力電池。 公司動力電池的主要協(xié)作客戶是安凱、江淮、金龍、申沃、新大洋等。.NO. 5沃特瑪 國內(nèi)最早勝利研發(fā)磷酸鐵鋰新能源汽車動力電池，并率先實現(xiàn)規(guī)?；M和批量運用的磷酸鐵鋰電池企業(yè)之一。 公司動力電池的主要協(xié)作客戶是五洲龍、金龍、揚州亞星、鄭州海馬、中聯(lián)重科等。NO