电动汽车动力电池及其充电技术(1)

中心议题： 铅酸电池及其充电技术 锂离子电池及其充电技术

摘要：电动汽车动力电池由铅酸电池、氢镍电池、燃料电池，发展到锂离子电池。缩短动力电池的充电时间，增加动力电池的充电容量是充电的关键技术。

动力电池是电动汽车的关键技术之一。1881年特鲁夫(Gustave Trouve)制造出世界上第一辆电动三轮车时，使用的是铅酸电池。目前，仍有不少混合动力汽车和纯电动汽车采用新一代铅酸电池。近十多年来，锂离子动力 电池在电动汽车生产中得到应用，越来越显示出其优越性。

美国学者麦斯J.A.Mas通过大量实验提出电池充电可接受的电流定理：1)对于任何给定的放电电流，电池的充电接受电流与放出容量的平方根成正 比;2)对于任何放电深度，一个电池的充电接受比与放电电流的对数成正比，可以通过提高放电电流来增大充电接受比;3)一个电池经几种放电率放电，其接受 电流是各放电率接受电流之总和。也就是说，可以通过放电来提高蓄电池的充电可接受电流。在蓄电池充电接受能力下降时，可以在充电的过程中加入放电来提高接 受能力。

汽车动力电池的性能和寿命与很多因素有关，除了其自身的参数，如电池的极板质量、电解质的浓度等外; 还有外部因素，如电池的充放电参数，包括充电方式、充电结束电压、充放电的电流、放电深度等等 。这给电池管理系统BMS估计蓄电池的实际容量和SOC带来很多困难，需要考虑到很多的变量。WG6120HD混合动力电动汽车的电池管理系统是建立在 SOC数值的管理上。SOC (state of charge)指的是电池内部参加反应的电荷参数的变化状态，反映蓄电池的剩余容量状况.这在国内外都已经形成统一认识.

1 铅酸电池

铅酸蓄电池是一个很复杂的化学反应系统。充放电电流的大小和它工作温度等外部因素都会影响蓄电池的性能。计算电池的SOC值，并根据汽车的运行状态以及其它的参数来确定汽车的运行模式，是电动汽车的一项关键技术。

铅酸蓄电池的应用历史最长，也是最成熟、成本售价最低廉的蓄电池，已实现大批量生产。但它比能量低，自放电率高，循环寿命低。当前存在的主要问题是 其一次充电的行程短。近期开发的第三代圆柱型密封铅酸蓄电池和第四代TMF(箔式卷状电极)密封铅酸蓄电池已经应用于EV和HEV电动汽车上。尤其是第三 代VRLA蓄电池的低阻抗优点可以控制快速充电过程中的欧姆热，延长电池的寿命。

脉冲分阶段恒流快速充电方法能很好地适应混合动力汽车铅酸蓄电池在变电流放电状态下，充电时间短，使蓄电池荷电状态 SOC 始终保持在 50%-80%范围内的要求。试验表明，只需要 196 秒，就可以使蓄电池电量从 50%C 充到 80%C。这种充电方法基本满足了蓄电池的接受曲线，蓄电池的温升较小，产生气体少，压力效应不大，而且充电时间短。

最优的充电方式是充电电流始终遵循固有充电接受曲线，在充电过程中，充电接受率保持不变，随着时间的增加，充电电流按固有充电接受曲线递减(指数曲线递减)，这样充电时间最短。脉冲去极化充电方法能实现快速、高效率充电，但设备昂贵，对某些蓄电池不适用。

日本公司开发的电动汽车用新型VRLA蓄电池，其电压规格有单体2V和4V，采用贫液式和极板水平设计.饭板间的间距很小，不会出现电解液分层，脱落物质向下移动有极板挡住，电池底部无脱落物堆积。

Ectreosorce公司的12V l12A·h电动汽车用水平蓄电池，其用3小时率放电质量比能量为50W·11/kg，80%Ⅸ)D(放电深度)的循环寿命大于900次。

德国阳光公司的电动汽车用铅酸蓄电池采用胶体电解质设计，经检测其6V、160A·h电池的预期寿命可达到4年，具有热容量大、温升小等优点.

美国Arias公司于1994年推出双极性电动车用铅酸蓄电池，其结构技术独特。这种电池的工作电流只垂直于电极平面而通过薄的双电极，所以具有极 小的欧姆电阻。美国BPC公司开发的双极性电动车用铅酸蓄电池技术参数为：组合电压为180V，电池容量为60A·h，放电率比能量为50W·h/kg， 循环寿命可达到1000次。