中心議題：

• 鉛酸電池及其充電技術
• 鋰離子電池及其充電技術

摘要：電動汽車動力電池由鉛酸電池、氫鎳電池、燃料電池，發展到鋰離子電池。縮短動力電池的充電時間，增加動力電池的充電容量是充電的關鍵技術。

動力電池是電動汽車的關鍵技術之一。1881年特魯夫(Gustave Trouve)製zhi造zao出chu世shi界jie上shang第di一yi輛liang電dian動dong三san輪lun車che時shi

，使shi用yong的de是shi鉛qian酸suan電dian池chi。目mu前qian
，仍reng有you不bu少shao混hun合he動dong力li汽qi車che和he純chun電dian動dong汽qi車che采cai用yong新xin一yi代dai鉛qian酸suan電dian池chi。近jin十shi多duo年nian來lai，鋰li離li子zi動dong力li電dian池chi在zai電dian動dong汽qi車che生sheng產chan中zhong得de到dao應ying用yong，越yue來lai越yue顯xian示shi出chu其qi優you越yue性xing。

美國學者麥斯J.A.Mas通過大量實驗提出電池充電可接受的電流定理：1)對於任何給定的放電電流，電池的充電接受電流與放出容量的平方根成正比；2)對於任何放電深度，一個電池的充電接受比與放電電流的對數成正比
，可以通過提高放電電流來增大充電接受比；3)yigedianchijingjizhongfangdianlvfangdian，qijieshoudianliushigefangdianlvjieshoudianliuzhizonghe。yejiushishuo，keyitongguofangdianlaitigaoxudianchidechongdiankejieshoudianliu。zaixudianchichongdianjieshounenglixiajiangshi，keyizaichongdiandeguochengzhongjiarufangdianlaitigaojieshounengli。

汽車動力電池的性能和壽命與很多因素有關

，除了其自身的參數，如電池的極板質量
、電解質的濃度等外

； 還有外部因素，如電池的充放電參數
，包括充電方式、充電結束電壓、充放電的電流
、放電深度等等 。這給電池管理係統BMS估計蓄電池的實際容量和SOC帶來很多困難，需要考慮到很多的變量。WG6120HD混合動力電動汽車的電池管理係統是建立在SOC數值的管理上。SOC (state of charge)指的是電池內部參加反應的電荷參數的變化狀態，反映蓄電池的剩餘容量狀況．這在國內外都已經形成統一認識.

1  鉛酸電池
鉛酸蓄電池是一個很複雜的化學反應係統。充放電電流的大小和它工作溫度等外部因素都會影響蓄電池的性能。計算電池的SOC值，並根據汽車的運行狀態以及其它的參數來確定汽車的運行模式
，是電動汽車的一項關鍵技術。

鉛酸蓄電池的應用曆史最長，也是最成熟、chengbenshoujiazuidiliandexudianchi，yishixiandapiliangshengchan。dantabinengliangdi

，zifangdianlvgao

，xunhuanshoumingdi。dangqiancunzaidezhuyaowentishiqiyicichongdiandexingchengduan。jinqikaifadedisandaiyuanzhuxingmifengqiansuanxudianchihedisidaiTMF(箔式卷狀電極)密封鉛酸蓄電池已經應用於EV和HEV電動汽車上。尤其是第三代VRLA蓄電池的低阻抗優點可以控製快速充電過程中的歐姆熱
，延長電池的壽命。

脈衝分階段恒流快速充電方法能很好地適應混合動力汽車鉛酸蓄電池在變電流放電狀態下，充電時間短
，使蓄電池荷電狀態 SOC 始終保持在 50％-80％範圍內的要求。試驗表明，隻需要 196 秒，就可以使蓄電池電量從 50％C 充到 80％C。這種充電方法基本滿足了蓄電池的接受曲線，蓄電池的溫升較小，產生氣體少
，壓力效應不大，而且充電時間短。

最zui優you的de充chong電dian方fang式shi是shi充chong電dian電dian流liu始shi終zhong遵zun循xun固gu有you充chong電dian接jie受shou曲qu線xian
，在zai充chong電dian過guo程cheng中zhong，充chong電dian接jie受shou率lv保bao持chi不bu變bian，隨sui著zhe時shi間jian的de增zeng加jia，充chong電dian電dian流liu按an固gu有you充chong電dian接jie受shou曲qu線xian遞di減jian(指數曲線遞減)
，這樣充電時間最短。脈衝去極化充電方法能實現快速
、高效率充電，但設備昂貴

，對某些蓄電池不適用。

日本公司開發的電動汽車用新型VRLA蓄電池，其電壓規格有單體2V和4V，采用貧液式和極板水平設計．飯板間的間距很小，不會出現電解液分層


，脫落物質向下移動有極板擋住
，電池底部無脫落物堆積。

Ectreosorce公司的12V l12A·h電動汽車用水平蓄電池，其用3小時率放電質量比能量為50W·11／kg
，80％Ⅸ)D(放電深度)的循環壽命大於900次。

德國陽光公司的電動汽車用鉛酸蓄電池采用膠體電解質設計，經檢測其6V、160A·h電池的預期壽命可達到4年
，具有熱容量大、溫升小等優點.

美國Arias公司於1994年nian推tui出chu雙shuang極ji性xing電dian動dong車che用yong鉛qian酸suan蓄xu電dian池chi，其qi結jie構gou技ji術shu獨du特te。這zhe種zhong電dian池chi的de工gong作zuo電dian流liu隻zhi垂chui直zhi於yu電dian極ji平ping麵mian而er通tong過guo薄bo的de雙shuang電dian極ji，所suo以yi具ju有you極ji小xiao的de歐ou姆mu電dian阻zu。美mei國guoBPC公司開發的雙極性電動車用鉛酸蓄電池技術參數為：組合電壓為180V
，電池容量為60A·h，放電率比能量為50W·h／kg，循環壽命可達到1000次。

瑞典OPTLMA公司推出的卷式電動車用鉛酸蓄電池，產品容量為56A·h，啟動功率可達到95kW

，比普通的195A·h的VRLA蓄電池啟動功率還要大
，而體積小四分之一。

2  鋰離子電池
鋰離子電池的特性和價格都與它的正極材料密切相關，一般而言
，正極材料應滿足：⑴在所要求的充放電電位範圍內
，具有與電解質溶液的電化學相容性；⑵溫和的電極過程動力學
；⑶高度可逆性；⑷全鋰狀態下在空氣中穩定性能好。隨著鋰離子電池的發展，高性能、低成本的正極材料研究工作在不斷地進行。目前
，研究主要集中於鋰鈷氧化物、鋰鎳氧化物和鋰錳氧化物等鋰的過渡金屬氧化物鋰鈷氧化物(LiCoO2)屬於 -NaFeO2 型結構，具有二維層狀結構，適宜鋰離子的脫嵌.其製備工藝較為簡便、性能穩定
、比容量高、循環性能好，其合成方法主要有高溫固相合成法和低溫固相合成法
，還有草酸沉澱法、溶膠凝膠法、冷熱法、有機混合法等軟化學方法。鋰錳氧化物是傳統正極材料的改性物，目前應用較多的是尖晶石型 LixMn2O4

，它具有三維隧道結構
，更適宜鋰離子的脫嵌。鋰錳氧化物原料豐富、成本低廉、無汙染、耐過充性及熱安全性更好

，對電池的安全保護裝置要求相對較低，被認為是最具有發展潛力的鋰離子電池正極材料。

20 世紀 90 年nian代dai
，日ri本ben索suo尼ni公gong司si首shou先xian研yan製zhi成cheng功gong電dian動dong汽qi車che用yong鋰li電dian池chi，當dang時shi使shi用yong的de是shi鈷gu酸suan鋰li材cai料liao，存cun在zai著zhe易yi燃ran易yi爆bao的de缺que點dian。目mu前qian中zhong國guo信xin國guo安an盟meng固gu利li電dian源yuan等deng公gong司si研yan製zhi出chu以yi錳meng酸suan鋰li為wei正zheng極ji材cai料liao的de 100Ah  動力鋰電池，解決了鈷酸鋰電池的不足。

截至 2006 年 10 月為止，全球已有 20 餘家汽車公司進行鋰離子電池研發。如富士重工與 NEC 合作開發廉價的單體(Cell)錳係鋰離子電池(即錳酸鋰電池)
，在車載環境下的壽命高達 12 年、10 萬公裏，與純電動汽車的整車壽命相當。東芝開發的可快速充電鋰離子電池組


，除了小型、大容量的特點之外，采用了能使納米級微粒均一化固定技術，可使鋰離子均勻地吸附在蓄電池負極上，能在一分鍾之內充電至其容量的 80%
，再經 6 分鍾便可充滿電。美國的主要電池廠 Johnson Controls 針對電動汽車需求特性的鋰離子電池於 2005 年 9 月在威斯康星州 Milwaukee 設立研發地點，2006 年 1 月另出資 50%與法國電池廠 Saft 共同成立 Johnson Controls－Saft Advanced Power Solution (JCS)。JCS  於 2006 年 8 月承接了美國能源部(DOE)所主導 2 年 USABC(United States Advanced Battery Consortium)純電動車鋰離子電池研發計劃合約，提供高功率鋰離子電池。我國在鋰離子電池方麵的研究水平，有多項指標超過了USABC提出的2010年長期指標所規定的目標。從 1997 年開始產業化試驗的蘇州星恒作為國家鋰離子動力電池產業化示範工程項目基地
，其研發的動力電池組已通過美國 UL 和歐盟獨立組織 Extra Energy 的測試認證
，並在蘇州建成第一條動力鋰離子電池的生產線並順利試產

，目前已實現批量生產。

2008 年北京奧運會期間，有 50 輛長 12 米mi的de鋰li離li子zi電dian動dong客ke車che在zai奧ao運yun中zhong心xin區qu服fu務wu，這zhe是shi國guo際ji上shang第di一yi次ci大da規gui模mo使shi用yong鋰li離li子zi電dian池chi電dian動dong客ke車che。電dian動dong大da客ke車che充chong電dian時shi間jian長chang
，是shi這zhe樣yang保bao證zheng電dian動dong汽qi車che運yun行xing不bu脫tuo節jie的de：電dian動dong汽qi車che駛shi入ru充chong電dian站zhan
，兩liang隻zhi機ji械xie手shou將jiang汽qi車che底di盤pan裏li的de電dian池chi組zu取qu出chu
，放fang入ru待dai充chong通tong道dao
，隨sui即ji從cong已yi充chong通tong道dao取qu下xia充chong滿man電dian的de電dian池chi組zu，將jiang其qi換huan入ru電dian動dong汽qi車che的de底di盤pan中zhong，整zheng個ge過guo程cheng隻zhi需xu要yao 8 分鍾左右。

法國雪鐵龍

、雷諾
、標致汽車公司采用鋰離子動力電池的電動商用車已完成用戶測試運行。波爾多是法國電動汽車示範應用城市之一
，有各類電動汽車 500  輛，主要應用於市政用車和電動小巴
，並建有 20 個擁有電動汽車配套充電設施的停車場，其中有 16 個配置了快速充電裝置.鋰電池的充電過程與鉛酸蓄電池不同。鋰聚合物(Lipo)充電器的集成塊，外部元件極少，由於集成塊本身極小(2mm×3mm)，因此整個充電器也非常小。Lipo電池的充電過程是：當電池電壓非常低(0．5V)  時，用小電流充電，此電流的典型值小於0．1C (此處C是標稱電池容量)，若電壓已足夠高，但低於4．2V，就用恒定電流對電池充電，多數廠家會指定在這一過程中1C的電流，電池上的電壓不會超過4．2V
，在恒定電壓期間
，經過電池的電流會緩慢下降，而電池的充電繼續進行。電池電壓達到4．2V
，充電電流降到0．1C時
，電池約充到80~90%，再轉變成對電池涓流充電。有兩個參數在充電器中可以調整
，即正常的充電電流和涓流充電電流(當電池充"滿"時)。要注意的是選擇充電電流要謹慎，應保持充電電流低於廠家推薦的最大值。

faguodiandongqichedonglidianchimuqiandeshiyongyiqiansuanxudianchiweizhu，dierdaililizidiandongqicheyijingtouruceshiyunxing。qidiandongqichechongdianzhuangzhicaiyongchuandaochongdianfangshi。chuandaoshichongdianfangshibaokuochangguichongdianzhuangzhihekuaisuchongdianzhuangzhiliangdalei。changguichongdianyouchongdiansheshitigongbiaozhundeminyongjiaoliudianyuanjiekou，youjiandandeloudianbaohugongneng
，weijuyouchezaichongdianqidediandongqichechongdian
，yao 6∼7  小時完成充電，應用較多。快速充電由充電機提供直流輸出為電動汽車進行快速充電，一
輛殘餘電量 25%的電動小汽車

，25 分鍾可完成充電，快速充電應用較少，主要用於行業用戶和街頭應急。

chongdiansheshijuyoutongyidechongdianjiekou

，biaozhundejiaoliudianyuanjiekoushizhongyaojishufangxiangzhiyi。caiyongputongjiayongchazuojiashangyigendaizhuanyongchatoudechongdianzhuanyongdianlan
，jiukeweipeiyouchezaichongdianjidediandongqichetigongjiaoliudianyuan。

鋰離子動力電池技術還有待進一步發展。(1)目前各企業所公布的大部分純電動汽車鋰離子電池是實驗室測試數據，如加速性能、充電時間
、持續裏程數等，還須在複雜的外部環境實際運行下，進一步驗證其可靠性
，以及生產批量化質量控製。(2)鋰離子電池所需隔膜材料未能有實質性的突破
，且價格昂貴，占 到動力電池成本的 30%以上。如果在這一材料上實現規模化生產技術，即可大幅度降低成本。