锂电在电动汽车中的应用

摘 要：锂离子电池的应用是电动汽车的发展趋势，具有无污染、绿色环保、性能好等优势。为更好的研究锂电池在电动汽车中的应用性能，文章以磷酸铁锂电池电动汽车为研究对象，具体分析电动汽车锂电池的充电和放电性能，为锂电池在电动汽车中的应用提供参考。

关键词：锂离子电池；电动汽车；性能；应用

我国科技部制定的《电动汽车科技发展“十二五”专项规划》表明，中国汽车未来发展的主要方向是小型化和汽车电气化，电动汽车产业链将得到快速发展[1]。传统汽车将汽油和柴油作为燃料，电动汽车则采用环保型电池作为动力，尤其是锂离子电池，具有无污染、绿色环保的性能。电动汽车锂电池技术目前是各国能源、环境、交通等部门研究的重点领域，锂电子在电动汽车中的应用性能得到充分开发，有利于推动电动汽车产业的健康发展。

1 锂离子电池

1.1 锂离子电池的发展

电动车最早出现于1881年，是由法国人斯塔夫・土维制造的，并在汽车市场上掀起一阵潮流，发展至今已经占据汽车制造业较大的市场份额。电动汽车发展之初，由于内燃机技术完善且石化能源廉价，因此电动汽车并没有显示出发展优势，直至19世纪70年代，电动汽车经历三次发展变革，期间电动汽车电池技术得到显著进步。第一发展阶段为19世纪70年代，铅酸电池技术发展完善；19世纪90年代起，电动汽车镍氢电池技术发展完善；2009年后锂离子电池脱颖而出。

1.2 锂离子电池的优点

化学能通过电池直接转化为电能，因此电池成为电动汽车的主要动力装置，电池简单分为原电池和蓄电池，其中原电池包括锌锰电池、碱锰电池等，这类电池不可充电、不可循环使用；蓄电池包括铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池，这类电池可循环使用、可充电。电池性能的高低直接影响电动汽车的应用效果，电动汽车需要配备高质量、高性能、高比功率的电池，同时充电速度要快，具备深度放电功能，生产成本不能太高，能够多次使用有效延长使用寿命。目前，我国电池技术的研究和发展还不完善，这是阻碍电动汽车发展的重要因素，因此电动汽车的电池性能至关重要。电动汽车使用的电池为蓄电池，其中铅酸电池由于生产成本低，得到广泛应用，但在比功率和能量密度上存在缺陷，还会引起污染；镍氢电池的性能比铅酸电池要高，但价格较高，不利于批量生产。而锂离子电池的应用范围较为广泛，例如笔记本电脑、小功率通信设备等，也是风电、光伏电的储能电池，是电动汽车理想的动力电池。锂离子电池在电动汽车中的应用优势主要表现在以下几个方面[2]：（1）工作电压高，单体电池的工作电压保持在3.6～3.9V之间，相当于氢镍电池、镍镉电池的3倍；（2）比能量大，单位质量或体积的锂电池具有较高的存储能力或功率，均显著高于其他电池，最高可达165Wh/kg，实际比能量最高为100～125Wh/kg和240～300Wh/kg，相当于氢镍电池的3倍；（3）锂电池体积小、质量轻，且能够使用2000次以上，具有较长的循环寿命，电池内部不含铅、镉、汞等有毒金属元素，具有绿色环保、无污染的特点；（4）自放电率低，常温下充满电放置1个月自放电率

2 电动汽车锂电池性能分析

以洛阳天空生产的规格型号为SE180AHA磷酸铁锂电池的电动车辆为研究对象，主要对磷酸铁锂电池在电动汽车中充放电特性进行研究，以期为锂电池在电动汽车中的应用提供参考。

2.1 锂电池充电性能

锂离子电池组是由多个单体电池串联和并联组成的，其中每个单体电池在制作工艺方面基本一致，仅在性能上存在较小的差异。单个电池参数与电池组相关参数存在一定的联系，每个单体电池都与电池组的应用息息相关。文章分析的锂电池容量为300AH，共9箱168组，均为实际应用的电动汽车锂电池，观察并分析锂电池的整个充电过程，得出充电时单体电压随SOC的变化规律。电池组充电时的总电压最大值为380V，最小值为362V，平均值为373.9V，电压最大值与最小值之间的差异小，不存在显著的电压波动，表明锂离子电池在充电中的电压具有稳定性。充电时电流基本保持不变，恒定值为72.8A，电池SOC为30%～100%。电动汽车单体电池的最大电压为3.6V，根据电压变化观察电池的性能。从季节角度来看，冬季、春季最大单体电压的变化趋势与最小单体电压的变化趋势具有一致性。

通过分析充电中模块温度随SOC的变化情况可知，电池组充电中模块温度变化与SOC变化相关，最高温与最低温都随SOC的增大而增加，模块温度最高可增长4℃，而最低可降低3℃。在同一时刻，单体最大电压值与单体最小电压的最大差值为0.21V，这表明电动汽车应用锂电池的性能高，具有稳定性和一致性。除此以外，电动汽车锂电池充电2.5h，就能实现电量从50%增加至100%，充电速度快，而温度变化始终保持在4℃之内。这表明锂电池的应用参数具有较高的稳定性。

2.2 锂电池放电性能

通过实时监控电动汽车锂电池电压、温度、电路等一般数据资料，可以总结出，电动汽车锂电池在放电过程中，总电压保持在346.8～364.2V之间，不存在特定的变化规律，但呈现出较强稳定性。总电流保持在2.2A～256A，呈现出显著变化，这与电动汽车的车速相关，电动汽车在实际运行的过程中，并不是保持同一个速度运行。锂电池放电过程中，电池模板最高温度差和最低温度差都是1℃。单体电池电压的最大值与最小值基本保持在3.11V～3.32V之间，变化幅度不大，电压变化具有一致性。锂电池放电过程中各项参数变化的稳定性虽然不及充电过程，但其波动是在固定的范围内，并不存在显著的参数变化，表明锂电池后放电过程中仍表现出较好的稳定性和一致性。

根据电动汽车的实际运行实验，如果将磷酸铁锂电池应用于混合动力公交汽车的储能装置中，能够将制动、下坡产生的能量回收，并保存至蓄电池中，并再次利用，有效实现零排量，有利于节约原来汽车的燃油消耗，这也是锂电池应用的重要方向。

3 结束语

随着节能减排意识在世界各国受到广泛关注，锂离子电池技术的研究日益加深，有效开发并完善锂离子电池在电动汽车中的应用性能。同时，锂离子电池在电动汽车中的应用也是我国汽车产业发展的必由之路，要不断完善锂电池的加工制作工艺，充分发挥其良好性能。

参考文献

[1]贾永丽，李海英，张丹，等.动力锂电池在电动汽车中的应用[J].节能，2014（12）：4-7.

[2]周西峰，贾星远，郭前岗.电动汽车锂电池组主动均衡的研究[J].微型机与应用，2015（19）：77-79.