三种动力电池的特性分析对比

　　节能和环保是目前汽车技术研究的主要方向，动力电池则是电动汽车技术的关键，动力电池特性的研究对于电动车电池有着重要的意义。

　　铅酸动力电池成本低廉，技术成熟，支持大电流放电，安全性高，在非动力应用场合中可不配置电池管理系统，但其较低的比能量无法满足电动汽车续驶里程的需要。

　　氢镍电池和锂离子电池是目前电动汽车动力电池领域的主要选择。现有的氢镍电池也存在不足，如单体电压低（1.2V）、自放电损耗大、对环境温度敏感等。对氢镍电池的改进主要集中在高低温状态下性能和安全性的提高、充放电性能的优化 、自放电牢的降低。与其他电池相比，锂离子电池应用于电动汽车，在能量功率性能方面具较大优势，在比能量、放电功率、循环寿命及密封性等方面，均可满足美国先进电池联合会（USABC）的电动汽车用动力电池中期目标。

　　1  特性对比

　　本文研究的动力电池种类包括铅酸电池、氢镍电池和锂电池。

　　1.1 容量特性

　　容量特性是动力电池首先需要考察的技术指标，主要内容是可用容量与放电倍率的关系、在不同温度下的可用容量变化。由于电池额定容量不同，因此在图1、图2中均采用可用容量比率：

图1 可用容量比率与电流的关系

　　其中可用容量为电池放电至最低截止电压时的放出电量。

　　从图2可知氢镍80 Ah动力电池因为在自然风冷条件下放电，电池温度升至38℃截止，致使可用容量降低。同样对于VRLA65 Ah电池在400 A恒流放电时，由于温度过高使得放电过程终止。相反锂离子电池的容量特性比较理想，可用容量的衰减趋势不显着，可用容量变化不大；在较低倍率电流放电情况下，磷酸铁锂离子电池要比锰酸锂离子电池高。图2为不同温度时动力电池的可用容量比率，可以看出：

　　（1）铅酸电池、氢镍电池和磷酸铁锂离子电池的可用容量受温度影响较为显着；

　　（2）电池都存在最佳温度区域；

　　（3）锂离子电池的可用容量受温度影响比较平稳，但磷酸铁锂离子电池的可用容量对低温温度较为敏感。

图2 可用容量比率与温度的关系

　　1.2 效率特性

　　效率是电池的重要参数，是电池剩余电量估计过程中的关键参数之一。库仑效率的测量和计算以《USABC电池测试手册》为准，图3和图4分别为VRLA电池和锂离子电池在不同温度下的库仑效率。由图3、图4可以看出，铅酸电池和氢镍电池、锂离子电池的库仑效率形态大体上是一致的，差别在于：

　　（1）铅酸电池和锂离子电池的高温库仑效率与氢镍电池相比较高；

　　（2）锂离子电池的库仑效率与温度的相关度要弱一点。

图3 VRLA电池在不同温度的库仑效率

图4 三种锰酸锂离子电池在不同温度的库仑效率