混合動(dòng)力汽車車用鎳氫動(dòng)力電池

　隨著人類環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，石油資源逐年減少，油價(jià)逐步攀升，降低汽車污染和節(jié)約能源已成為世界各國政府面臨的嚴(yán)峻問題。蓄電池技術(shù)和氫氣的制取、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、成本等嚴(yán)重制約了電動(dòng)汽車和燃料電池汽車的發(fā)展，因而混合動(dòng)力汽車應(yīng)運(yùn)而生。在混合動(dòng)力汽車中，由于采用了高功率的能源儲(chǔ)存裝置（蓄電池、超級(jí)電容等）能向汽車提供瞬時(shí)的能量而可減小發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸，提高效率，降低排放和燃油消耗，且可在進(jìn)行制動(dòng)和減速時(shí)回收能量。鉛酸電池質(zhì)量重，不能快充深放，循環(huán)壽命短；鋰離子電池具有大電流性能差，價(jià)格高和安全性問題，目前還不適于混合動(dòng)力汽車的發(fā)展。鎳氫電池具有高比功率、電流充放電大、無污染、安全性能好等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在混合動(dòng)力汽車上。

　　一、混合動(dòng)力汽車對(duì)動(dòng)力電池的要求及其主要指標(biāo)

　　1.對(duì)動(dòng)力電池的要求
　　動(dòng)力電池一般指具有較高的容量和輸出功率能力，可用作電動(dòng)車、輛驅(qū)動(dòng)電源的兩次電池。一般情況下，混合動(dòng)力汽車車用動(dòng)力電池進(jìn)行的是頻繁、淺度的充放電循環(huán)。在充放電過程中，電壓、電流可能有較大的變化。針對(duì)這種使用特點(diǎn)，混合動(dòng)力系統(tǒng)對(duì)電池有以下、特別要求：
　?。?）大功率充放電能力：質(zhì)量比功率和體積比功率是衡量蓄電池快速充放電能力的指標(biāo)，相對(duì)、于比能量要求，混合動(dòng)力汽車對(duì)比功率要求更高。
　　（2）充放電效率：動(dòng)力電池中能量的循環(huán)必須經(jīng)過充電-放電-充電的循環(huán)，高的充放電效率對(duì)保證整車效率具有至關(guān)重要的作用。
　?。?）相對(duì)穩(wěn)定性：動(dòng)力電池應(yīng)當(dāng)在快速充放電和充放電過程變工況的條件下保持性能的相對(duì)穩(wěn)定，使其在動(dòng)力系統(tǒng)使用條件下能達(dá)到足夠的充放電循環(huán)次數(shù)。
　　2.車用動(dòng)力電池的主要指標(biāo)
　　評(píng)價(jià)混合動(dòng)力汽車車用動(dòng)力電池技術(shù)的指標(biāo)主要有以下幾點(diǎn)：

　　（1）質(zhì)量比功率（W/kg）：電池的質(zhì)量比功率代表每千克質(zhì)量的電池能提供的功率。它的大小決定電池所能輸出的最大功率，標(biāo)志著汽車的加速性能和最高車速，對(duì)電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能等有直接影響。在混合動(dòng)力汽車中，電池的比功率是最關(guān)鍵的因素，因?yàn)殡姵氐碾姾谋M后可以在內(nèi)燃機(jī)工況下重新進(jìn)行充電。

　?。?）質(zhì)量比能量（Wh/kg）：標(biāo)志著純電動(dòng)模式下的續(xù)駛能力。

　?。?）循環(huán)次數(shù)：動(dòng)力電池的工作是一個(gè)不斷充電-放電-充電-放電的循環(huán)過程，每充電和放電一次，動(dòng)力電池中的化學(xué)物質(zhì)就要發(fā)生一次可逆性的化學(xué)反應(yīng)。隨著充電和放電次數(shù)的增加，動(dòng)力電池中的化學(xué)活性物質(zhì)會(huì)發(fā)生老化，逐漸削弱其化學(xué)功能，降低動(dòng)力電池的充電和放電的效率，最后部分或完全喪失其充電和放電功能。動(dòng)力電池的工作循環(huán)次數(shù)是衡量動(dòng)力電池壽命的重要指標(biāo)，對(duì)動(dòng)力電池的使用有直接影響。

　　（4）成本：電池的成本與電池的新技術(shù)含量、材料、制作方法和生產(chǎn)規(guī)模有關(guān)，目前新開發(fā)的高比功率的動(dòng)力電池成本較高。

　　二、鎳氫動(dòng)力電池的特點(diǎn)
　　目前，世界上已開發(fā)的主要?jiǎng)恿π铍姵匦阅苋绫?所示。
　　鎳氫電池的正極采用金屬氫氧化鎳，負(fù)極使用錫氫合金。鎳氫動(dòng)力電池具有無污染、高比能、大功率、快速充放電、耐用性等許多優(yōu)異特性。與鉛酸電池相比，鎳氫電池具有比能量高、重量輕、體積小、循環(huán)壽命長的特點(diǎn)；與鎳鎬電池相比，其比能量是鎳鎘電池的兩倍。另一大優(yōu)點(diǎn)就是鎳氫電池不含有鎘、鉛這類有毒金屬，其中一些金屬還有較高的回收價(jià)值，可稱為綠色能源。

　　鎳氫電池的主要特點(diǎn)：
　　（1）質(zhì)量比功率高：目前商業(yè)化的鎳氫功率型電池能做到1350Wh/kg。
　　（2）循環(huán)次數(shù)多：目前應(yīng)用在電動(dòng)車上的鎳氫動(dòng)力電池，80%放電深度（DOD）循環(huán)可以達(dá)1000次以上，為鉛酸電池的3倍以上。100% DOD循環(huán)壽命也在500次以上。在混合動(dòng)力汽車中可使用5年以上。
　　（3）無污染：不含鉛、鎘等對(duì)人體有害的金屬，為21世紀(jì)“綠色環(huán)保電源”。
　　（4）耐過充過放。
　?。?）無記憶效應(yīng)。
　?。?）使用溫度范圍寬：正常使用溫度范圍了-30～55℃；貯存溫度范圍-40～70℃。
　　（7）安全、可靠：短路、擠壓、針刺、安全閥工作能力、跌落、加熱、耐振動(dòng)等安全性、可靠性試驗(yàn)無爆炸、燃燒現(xiàn)象。

　　三、國外主要的鎳氫動(dòng)力電池生產(chǎn)企業(yè)及國內(nèi)現(xiàn)狀
　　1.國外主要鎳氫動(dòng)力電池生產(chǎn)企業(yè)
　?。?）松下電能有限公司（PEVE ）
　　PEVE（Panasonic EV Energy Co.，Ltd）是松下和豐田的合資公司。目前采用松下電池的商業(yè)化混合動(dòng)力汽車有豐田的Prius, Alphard, Estima,本田的Civic, Insight等。
　　松下最新的方形電池采用新的電極材料，降低了內(nèi)阻和內(nèi)壓，使可靠性和壽命得到提高，其主要參數(shù)如表2所示，其技術(shù)特征：
　　·比功率達(dá)到1350W/kg；
　　·采用新的電極材料使內(nèi)阻顯著降低；
　　·采用新的電池聯(lián)接結(jié)構(gòu)；
　　·壽命有顯著的提高；
　　·電池箱尺寸減少15％，重量減少25％。

　　（2）Cobasys
　　Cobasys是Chevron Texaco TechnologyVenture（美國第二大能源公司）和ECD（EnergyConversion Devices）的合資公司。ECD全資控股Ovonic, Ovonic擁有很多關(guān)于鎳氫電池方面的專利，全世界生產(chǎn)鎳氫電池的企業(yè)須得到它的許可才能生產(chǎn)銷售oCobasys不僅只是技術(shù)的研發(fā)，而且把研發(fā)的技術(shù)推廣到產(chǎn)業(yè)化的水平。Cobasys專門為混合動(dòng)力汽車開發(fā)8. 8Ah的Series 1000電池模塊。其基本參數(shù)見表3。

　?。?）Varta
　　Varta是美國江森自控（JCI, Johnson Controls Inc.）控股的企業(yè)，江森自控是世界上最大的汽車電池制造商之一， Varta總部在德國漢諾威。該公司為混合動(dòng)力車用鎳氫電池開發(fā)的主要產(chǎn)品有圓形模塊5. 5Ah，8Ah,12Ah；方形模塊7Ah,25Aho其中方形模塊優(yōu)于市場(chǎng)上同類產(chǎn)品：內(nèi)阻低、質(zhì)量比功率高（1300W/kg）、質(zhì)量比能量高、低溫性能好。

　　2.國內(nèi)鎳氫動(dòng)力電池研發(fā)現(xiàn)狀

　　國內(nèi)鎳氫動(dòng)力電池的主要生產(chǎn)廠家有：春蘭（集團(tuán)）公司、天津和平海灣、中山中炬森萊、神舟、科技、沈陽三普。它們經(jīng)過“863”的積累，技術(shù)進(jìn)步才良決，單體電池的技術(shù)指標(biāo)雖然與國外的相差不是很大，但一致性和循環(huán)壽命比國外差，特別是集成后各項(xiàng)指標(biāo)相差較大。國內(nèi)動(dòng)力電池研發(fā)機(jī)構(gòu)及生產(chǎn)企業(yè)還存在資金不足的問題，其原因主要是動(dòng)力電池還沒形成產(chǎn)業(yè)，其生產(chǎn)工藝大部分還是手工作業(yè)；汽車整車廠對(duì)動(dòng)力電池的要求很高，但需求量不大，兩者相互制約。

　　四、結(jié)語
　　本文闡述了混合動(dòng)力汽車對(duì)動(dòng)力電池的要求，動(dòng)力電池的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)，分析了鎳氫動(dòng)力電池的技術(shù)特點(diǎn)、性能并介紹了國內(nèi)外鎳氫動(dòng)力電池主要生產(chǎn)企業(yè)的情況。在目前階段開發(fā)混合動(dòng)力汽車，動(dòng)力電池選鎳氫電池是比較理想的。隨著混合動(dòng)力汽車市場(chǎng)的逐漸成熟，鎳氫電池的價(jià)格也會(huì)隨之下降，鎳氫動(dòng)力電池前景可期。