锂离子电池国内外研发现状11.docx

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锂离子电池国内外研发现状11

纯电动车及锂离子

电池国内外研发现状

一、纯电动车相关技术开展趋势

〔一〕纯电动汽车的开展历程及地区简况

纯电动汽车以车载电源〔充电蓄电池〕作为储能方式、用电动机为动力来驱动车轮行驶，不仅具有节能、环保的特性，还有动能来源广泛的优点，可以利用水力、风力、核能等发电或利用电力系统低谷期给蓄电池充电，从而进步电网效能。

1、历史沿革

纯电动汽车在电动汽车中开展时间最长。

自19世纪90年代美国人制造出世界上第一辆纯电动汽车以来，20世纪初第一次到达消费顶峰，占领了40%的汽车市场。

后来由于电子启动器的创造以及纯电动汽车动力性差的原因，在30年代中期完毕了早期的纯电动汽车消费而进入燃油汽车的黄金时期；1974年-1975年和1979年-1982年欧美两次能源危机推动纯电动汽车的研制重新进入顶峰。

这一阶段汽车电力电子学尚未建立，既没有完善的科学理论做指导，更缺乏高科技含量的汽车电力电子装置可供采用。

特别是，当时仅有铅酸蓄电池可供使用，而铅酸蓄电池体积大、质量重，能量密度小、功率密度低，充电时间长，每次充足电后续驶里程较短，再加上电力传动系统的制造本钱过高等因素困扰，1997年以后绝大多数公司对纯电动汽车的研发根本处于停滞状态。

第二代纯电动汽车的出现，是以汽车电力电子学的最新开展为根底的，其技术亮点包括高能量密度锂离子蓄电池、锂离子电容器等的创造，以及乘用车电动轮技术的开发和实用化等。

虽然，纯电动汽车离真正商业化还有一定的间隔，但与第一代纯电动汽车相比，它已经在充电时间、续驶里程、动力性、快速充放电才能等方面获得了可喜的进展。

与传统内燃机汽车及混合动力汽车、氢燃料汽车相比，第二代纯电动汽车也显示出了一定的“比较优势〞：

控制准确度高于混合动力车，风阻系数可降至0.19，整车质量大大低于燃料电池车，CO2排放量低于同级别汽油车，使用过程的能消耗用低于汽油车。

当然还存在技术瓶颈和假设干问题。

2、地区开展

在新能源汽车的开展战略中，各个国家、地区和世界各大汽车公司都根据自己的评估作了不同的选择，对纯电动汽车的研究采用了不同的策略。

从当前整体情况看，重视混合动力汽车和燃料电池汽车技术的国家与企业较多，选择重点研发与产业化纯电动汽车的较少。

〔1〕、美国

1991年，美国通用汽车公司、福特汽车公司和克莱斯勒汽车公司共同协议，成立了“先进电池结合体〞〔USABC〕，共同研究开发新一代电动汽车所需要的高能电池，并且与美国能源部签订协议在1991～1995年间投资2.26亿美元来资助电动汽车用高能电池的研究。

20世纪90年代中期，美国克林顿政府曾制订了开展电动车的“新一代汽车伙伴（PNGV）方案〞，集中研究电池驱动的纯电动汽车。

但鉴于当时蓄电池技术还未能获得关键性打破，纯电动汽车一次充电后的续驶里程短，充电时间长，降低电池造价困难，在技术上也难以解决处理废旧电池二次污染、回收困难的问题，而且电池价格昂贵，商业化进展缓慢。

美国加州经过13年在环保及环保车辆的探究理论，表示不再积极鼓励开展纯电动汽车，而转向了燃料电池。

EV1、ChryslerEPIC等相继停产，通用曾经也宣布不再继续加大对纯电动汽车研究的投入，只是对已经在路上使用的电动汽车进展维护。

不过美国国家实验室还在继续进展纯电动汽车先进驱动系统、先进电池及其管理系统等的深化研究。

2002年，美国能源部批准经费l500万美元，用于“工业研究、开发和演示使用电池的电动汽车〞的费用共担工程，包括使用效率和动力储存、供电质量等。

小型、低速、特种用途的纯电动汽车不断开展。

〔2〕、欧洲

与美国相比，欧洲更崇尚追求完美零污染的纯电动汽车。

成立于1990年的欧洲“城市电动车〞协会至今在欧共体组织内已有60座城市参与，帮助各城市进展电动汽车可行性的研究和安装必要的设备，并指导城市的电动汽车运营。

其中最为成功和著名的就是电动标致106车型，这种以镍镉电池为动力的电动汽车已经在欧洲各国，尤其是在政府部门当中拥有大量的用户。

这与法国政府给予纯电动汽车高度重视和支持，出台了许多鼓励研发和消费产业化的优惠、支持、补贴和扶持政策亲密相关。

法国政府、法国电力公司、标致-雪铁龙汽车公司和雷诺汽车公司签属协议，共同承担开发和推广电动汽车，共同合资组建了电动汽车的电池公司——萨夫特〔SAFT〕公司承担电动汽车的高能电池的研究和开发，以及电池的租赁和维修等工作。

但它终究还是没有能成功地解决一次充电后的续驶里程短的问题，因此也没有进展更大规模的扩张，而是更多地转向清洁柴油车的产业化。

目前，还有一些机构继续在做纯电动汽车的研究开发，例如表达法国政府意向的法国重要的国营企业，法国电力公司与达索集团签约了纯电动汽车的合作开发工程。

追随法国进展理论研究和产品开发的是比利时，主要集中在高等院校之中，例如布鲁塞尔和列日〔Liege〕大学。

但是比利时没有自己的汽车工业，没有很多的企业投资，只有有限的政府资助，缺乏实际运用效果。

此外还有意大利着重两轮纯电动车的研发和运营，瑞士那么侧重研究超级电容器，尤其是电动城市轻轨方面的研究。

〔3〕、日本

日本从70年代开始开发纯电动车，许多汽车企业都陆续进展了一些产品发布与销售运行，但坚持下来进展研发和销售的只有大发和铃木两家。

到了90年代之后，由于环境等问题，一些大汽车企业重新开始研发第二代纯电动车，丰田、本田、日产等陆续进展了一些产品发布与销售运行。

然而由于技术与价格等方面的原因，在新能源汽车研发战略中，更多的日本汽车企业选择了混合动力汽车作为重点开展方向，坚持纯电动汽车蓄电池技术研发的重点落在三菱重工、富士重工等动力装备类企业。

纯电动汽车的产品开发向小型化开展，单人和2人车型成为主力车型，车辆技术、零部件技术、充电设施技术都已相对成熟。

截止到2002年，日本纯电动汽车的保有量为2696台。

目前，日本电动车辆协会、汽车协会、汽车电子协会等部门已经初步建立了一些纯电动汽车共同利用系统，进展实用化试运行和试运营。

〔4〕、中国

我国纯电动汽车的研究开始于20世纪60年代，到了90年代掀起了一股电动汽车热，部分高校、汽车研究所以及消费企业结合开发充电电池和纯电动汽车，并获得了一些成果。

2001年，我国确立“十五〞国家高新技术研究开展方案〔863方案〕电动汽车重大专项工程，明确了我国的电动汽车战略开展根本原那么，即燃料电池汽车开展居首位、第二为混合动力电动汽车、纯电动汽车兼顾一下，提出“三横三纵〞研发布局，并招标确定纯电动轿车由上汽奇瑞、天津汽车来牵头研制。

2006年开始施行的国家中长期科技规划对电动汽车研发战略也大体一样。

按照工程规定进程，纯动力电动汽车功能样车已经实现，纯电动轿车和纯电动客车在国家质检中心的型式认证试验中各项指标均满足有关国家标准和企业标准的规定，关键零部件高功率镍氢电池、锂离子电池性能有了较大进步。

因此，虽然在传统汽车的开发上，我国与世界先进程度相比有30年以上的差距，但在纯电动汽车技术开发上的差距并不大，几乎站在同一起跑线上，而且关键零部件技术平台一样，有专家认为研发程度最大差距不超过5年。

甚至在某些领域，如锌-空气电池和锂电池研究方面，已经到达世界领先程度。

〔二〕、纯电动车相关技术开展趋势

纯电动汽车的关键技术为动力蓄电池、驱动电机和电子控制技术。

在锂离子电池技术、超级电容技术相结合的根底上，许多企业进展技术改造与集成，研发了双电源电动汽车、多能源电动汽车等，或者进展换电站系统建立试验，开发超快充电技术，其目的都是为了抑制纯电动车补充电能困难与续行里程短的缺陷。

1、锂离子电池技术

在蓄电池技术领域，具有重量轻、储能大、功率大、无污染〔也无二次污染〕、寿命长、自放电系数小、温度适应范围广泛等优点的锂离子电池技术逐渐取代铅和镍氢电池，成为纯电动汽车中的核心技术之一。

截至2006年10月为止，全球主要国家已有20余家车厂进展锂离子电池研发，如富士重工、NEC、东芝、JohnsonControls、DegussaAG/Enax、Sanyo电机、PanasonicEVEnergy等。

我国在锂离子电池方面的研究程度，有多项指标超过了USABC提出的2021年长期指标所规定的目的。

目前，专家认为锂离子电池技术还需进一步开展。

一方面，各企业所公布的大部分纯电动汽车蓄电池实验室测试数据，如加速性能、充电时间、持续里程数等，还须在复杂的外部环境实际运行下，进一步验证其可靠性，以及消费批量化质量控制。

另一方面，我国锂离子电池所需隔膜材料依赖进口，本钱尚待降低。

此外，有专家认为，蓄电池使用寿命还不长，造成高额使用本钱，成为其商业化的一大瓶颈。

2、超快充电技术

采用传统的慢速充电法，纯电动汽车充满一次电要好几个小时。

这虽然可以保证相对较长的续驶里程，但由于要安装许多电池，增加了车辆的重量和本钱，对电池一致性的要求也较高。

如今，快速充电电池技术出现，具有寿命长〔可充电2000次以上〕、没有记忆性、可以大容量充电及放电等特点，在几分钟内就可充70%～80%的电。

前面所述的东芝可急速充电锂离子技术，即是快速充电技术的其中之一，这为纯电动汽车的商业化提供了技术支持。

但是也有学者对于蓄电池的快速充电提出疑问，认为快速充电时的过充电和过放电有可能会恶化各电池在电池组内协同工作的环境，造成电池组整体的瓦解崩溃。

如今许多企业在这方面积极进展研发，也有所进展。

2005年?

参考消息?

报导内华达州有企业研制出纳米电池，只需6分钟就能充满电，每次充电后的使用时间能到达目前充电电池的10倍，使电池充电次数量高到达2万次，所提供的电流强度最大能到如今的3倍。

这也成为目前纯电动汽车电池技术的开展动向之一。

3、电池与电容相结合技术

超级电容具有充电快、无记忆充放电、充放电循环次数高、无二次污染等优异特性，但有放电快的缺点；锂离子电池具有储电量大、储存时间长的优点，但充电时间比较长。

取两者之长，结合起来使用在电动汽车上，除了可以具有传统纯电动汽车的“电代油〞和“零排放〞主要优点外，还具有一次充电行驶间隔长〔可达300公里〕、速度快〔可达100公里/小时〕、行使过程中能量回收效率高等优点，代表了纯电动汽车的最新开展方向之一。

目前已有富士重工和NEC结合开发“锂离子电容器〞，能量密度达30瓦时/千克，为先前电容器的4倍，到达了用于电动汽车的实用程度。

中国有上海瑞华集团研制环保型混合电能超级电容电动汽车，还有国家电网公司在这方面已经完成了3种电池-电容混合型电力工程车辆的改装和性能测试，并将开展示范应用。

4、CTC电车蓄电池和360°聚光太阳能电池车载充电技术

CTC电车蓄电池和360°聚光太阳能充电技术通过在换电站快速更换大容量蓄电池的技术手段获取足够的电能，并通过360°聚光太阳能电池车载充电技术进展能源补充。

这种技术手段简单实用，抑制了纯电动车补充电能困难与续行里程短的缺陷，可使续行里程进步至400KM，并能延长蓄电池的使用寿命。

不过这种技术尚在试验过程之中。

5、电动轮技术

电动轮亦称轮内电动机〔In-WheelMotor〕。

目前大部分重型矿用自卸汽车所采用的电动轮是直流电动机，而第二代纯电动汽车所采用的是交流传动系统。

其工作原理如下：

交流传动系统中的永磁式三一样步伺服交流电动机紧凑地收藏于车轮内，电动机的转子通过转子托架与车轮轮毂相联，而轮毂支撑于转向节上，轮胎伴随电动机的转子一同旋转；而电动机的定子那么通过定子托板、轮毂、转向节连接于车身上。

该电动机的转子为永久磁铁，当向电动机的定子线圈中通以交流电流时，定子便会产生旋转磁场，使永磁式转子连同轮胎一起旋转，即整个车轮旋转起来。

目前已有三菱公司与东洋公司合作开发了用于蓝瑟〔Lancer〕四轮驱动纯电动轿车的电动轮。

每个电动轮的最大功率为50千瓦，最大扭矩为518牛·米，最高转速为1500转/分，一次充电的行驶里程可达250公里，最高车速可到达150公里/小时。

〔三〕纯电动车市场前景

国内纯电动汽车使用的主要是铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池。

据理解，电动汽车从电