新能源汽车论文

题目：新能源汽车动力电池简介及发展趋势姓名：孟礼学号：3110401167班级：车辆（卓越）1101摘要随着我国汽车工业的不断建设和发展以及人民消费能力的提高，我国汽车保有量逐渐递增，截至2014年6月，我国机动车保有量为2.64亿辆，其中汽车（含三轮汽车和低速载货汽车）占有量已达1.54亿辆。在我国汽车行业不断繁荣发展的进程中，能源生产及供应危机、石油对外依存度偏高和环境污染问题凸显，成为了限制我国汽车行业实现更高发展水平的最大瓶颈。目前各国已普遍认同，用更为清洁干净的可再生资源来代替传统的石油资源的使用，发展新能源汽车已成汽车工业发展的必然趋势和必由之路，而动力电池的研究更是摆在首要位置。关键词：汽车工业、新能源汽车、动力电池1、新能源汽车动力电池的发展背景中国新能源汽车产业始于21世纪初。2001年，新能源汽车研究项目被列入国家“十五”期间的“863”重大科技课题，并规划了以汽油车为起点，向氢动力车目标挺进的战略。“十一五”以来，我国提出“节能和新能源汽车”战略，政府高度关注新能源汽车的研发和产业化。新能源汽车是指采用非常规车用燃料作为动力来源（或使用常规车用燃料、采用新型车载动力装置），综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。其类别主要包括混合动力汽车、纯电动汽车（包括太阳能汽车）、燃料电池电动汽车、氢发动机汽车和其他新能源（如高效储能器、二甲醚）汽车等。发展动力电池的主要原因有：第一、电池是目前新能源汽车技术和成本上最大的瓶颈，同时也是新能源汽车产业链中利润最丰厚的一环，而且丰厚利润将长期维持；第二、动力电池行业从无到有，市场容量从目前的几十亿到2018年的约325亿，未来几年是十几倍的增长，巨大的增长空间将使整个产业链受益。第三、电动汽车将带动与产业配套的相关设备产业飞速发展，如充电站，充电适配器，大功率充电设备连接器等。电池作为电力汽车的动力源，是能量的存贮装置，也是一直制约电动汽车发展的关键因素，要是电动汽车能与燃油汽车相竞争，关键是开发比能量高、比功率大、使用寿命长、成本低的电池。2、新能源汽车动力电池目前的发展水平动力电池结构主要有电池盖、正极、隔膜、负极、有机电解液、电池壳组成。总体来说，电池电动汽车对动力电池的主要要求有（1）比能量高；（2）比功率大；（3）充放电效率高；（4）相对稳定性好；（5）使用成本低；（6）安全性好。1、动力电池的分类主要有铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池、燃料电池、太阳能蓄电池、超容量电容器、飞轮电池等。2、动力电池的性能分析（1）铅酸蓄电池铅酸蓄电池是最早的一种蓄电池，自1859年发明以来，其使用和发展已有100多年的历史，广泛用作内燃机汽车的启动动力源。电动汽车用铅酸蓄电池要用于给电动汽车提供动力，它的主要发展方向是提高比能量和增大循环寿命。根据铅酸蓄电池结构和用途的差异，粗略将电池分为四大类：启动用铅酸蓄电池、动力用铅酸蓄电池、固定型阀控密封式铅酸蓄电池、包括小型阀控密封式铅酸蓄电池和矿灯用铅酸蓄电池在内的其他类。其充电特性曲线如图1—1：Uc=E+IcRn图1—1其放电特性曲线如图1—2：Uf=E-IfRn图1—2铅酸蓄电池的优缺点评价：铅酸蓄电池作为纯电动汽车动力源在比能量、深放电循环寿命、快速充电等方面均比镍氢电池、锂离子电池差，不适合电动轿车，但由于其价格低廉，国内外加他的应用定位在速度不高、线路固定、充电站设立容易规划的车辆。⑴优点：①除锂离子电池外，铅酸蓄电池电压最高，为2.0v；②高低温性能好，可在-40~60℃条件下工作；③可制成小至1Ah大至几千Ah的各种结构蓄电池；④高倍率放电性能好，可用于引擎启动；⑤易于浮充使用，没有记忆效应；⑥电能效率高达60%；⑦易于识别荷电状态；⑧价格低廉；⑵缺点：①比能量低，在电动汽车中所占的质量和体积较大，一次充电行驶里程短②使用寿命短，使用成本高；③铅是重金属，存在污染；④充电时间长；铅酸蓄电池的发展动态：国内研制开发的电动汽车用水平极板铅酸蓄电池已经达到了以下的性能指标：3h率比能量45Wh/kg，10min持续比功率80W/kg，快速充电性能4~4h100%充电，15~20min70%充电，80%DOD寿命600次。美国BPC公司和Trojon公司开发的双极性密封铅酸蓄电池正负极位于同一片导体的两侧面，用吸液式纤维隔板贮存电解液组成密封电池。其额定电压为180v，容量为60Ah，比能量≥50Wh/kg，峰值比功率700W/kg，循环寿命≥1000次，预计使用寿命10年。日本GS公司生产的SER60电池比能量为34Wh/kg，能量密度为91Wh/L，比功率为300W/kg（50%DOD）；日本松下公司生产的动力型铅酸蓄电池循环寿命已突破1000次80%DOD。⑵镍氢电池镍氢电池是90年代发展起来的一种新型电池。它的正极活性物质主要由镍制成，是一种碱性蓄电池，具有高比能量、高功率、适合大电流放电、可循环充放电、无污染，被誉为“绿色电源”。镍氢电池的分类有方形镍氢电池、圆形镍氢电池。其充放电特性曲线如图2：图2—电池常温5C充电曲线曲线1为5C充电8.4Ah；曲线2为常温0.5C放电至1.0V镍氢蓄电池的优缺点评价：在发展新能源汽车上，镍氢电池的技术最成熟，短期内仍将是新能源汽车的主流，之后镍氢电池将被锂离子电池、燃料电池取代。⑴优点：①比功率高；②循环次数多；③无污染；④耐过充过放；⑤无记忆效应；⑥使用温度范围宽；⑦安全可靠；⑵缺点：①比容量、能量密度较低；②自放电较严重；③相对于铅酸蓄电池来说成本较高；镍氢蓄电池的发展动态：我国有很多单位一直从事混合动力汽车用镍氢电池的研究。中科院上海微系统与信息技术研究所长期从事镍氢电池及相关材料的研究和开发，北京有色总院、中山电池公司、鞍山三普等单位均从不同角度做过大量积极有益的工作，取得了很大的进展。美国的Cobasys公司开发了容量为12～60Ah的一系列高功率镍氢电池。质量比功率达到550~600W/kg，体积比功率达到1200～1400W/l，峰值比功率可达1000W/kg，比能量在50~70Wh/kg，使用温度在60℃时能量效率仍保持在80~90%，充电功率也超过500W/kg。德国Varta公司开发的超高功率镍氢电池（HEV-10UHPcells）功率密度已达到1000W/kg，但其比能量仅为40Wh/kg。法国Saft公司的4/5SF型（Φ41mm×93mm）高功率镍氢电池容量为14Ah，比能量为47Wh/kg，80%充电态对应的比功率为900W/kg，体积比功率达2500W/l。三洋电机株式会社生产的圆柱型5.5Ah的镍氢电池组，质量比功率1000W/kg。2001年为Escape配备，后来为本田Accord采用。⑶动力锂离子电池锂离子电池是1990年由日本索尼公司首先推向市场的新型高能蓄电池，是目前世界最新一代的充电电池。三洋电机2008年5月28日宣布，向德国大众集团供应混合动力汽车用锂离子充电电池系统。锂离子电池的分类，按照锂离子电池外形形状：①方形锂离子电池；②圆柱形锂离子电池。按照锂离子电池正极的材料不同：①锰酸锂离子电池；②磷酸铁锂离子电池；③镍钴锂离子电池或镍钴锰三元锂离子电池。充电时：Li+从正极材料的晶格中脱出，通过电解质溶液和隔膜，嵌入到负极；放电时：Li+从负极脱出，通过电解质和隔膜嵌入到正极材料晶格中，Li+往返于正负极之间。锂离子电池的优缺点评价：⑴优点：①工作电压高；②比能量高；③循环寿命长；④自放电率低；⑤无记忆性；⑥对环境无污染；⑦能够制造成任意形状；⑵缺点：①使用成本高；②工作环境恶劣，安全性要求高；③电池的管理系统要求高；锂离子电池的发展动态：就目前的发展来看，镍氢电池在新能源汽车用力电池的主导地位越来越弱，锂离子电池取代镍氢电池的趋势越来越明显！2006年1月，江森自控在全球开始研发和制造用于混合动力和电动汽车的锂离子电池；三洋电机2008年5月28日宣布，向德国大众集团供应混合动力汽车用锂离子充电电池系统；我国在锂离子电池方面的研究水平，有多项指标超过了USABC（美国先进电池联盟）提出的长期目标所规定的指标，目前已经把锂离子电池作为电动汽车用动力电池的重要发展方向。⑷燃料电池燃料电池:是一种将氢和氧的化学能通过电极反应直接转换成电能的装置。与传统能源相比，燃料电池最大的特点是在反应过程中不涉及燃烧，因而能量转换效率不受卡诺循环的限制，其能量转换率高达60%－80%，具有高效，清洁的显著特点，被认为是21世纪首选的洁净高效发电技术。燃料电池将是电动汽车电池的终极解决方案！基本原理为：燃料电池使用的燃料和氧化剂均为流体。最常用的燃料:为纯氢、各种富含氢的气体（如重整气）和某些液体（如甲醇水溶液）。常用的氧化剂:为纯氧、净化空气等气体和某些液体（如过氧化氢和硝酸的水溶液等）。燃料电池的分类：碱性燃料电池（AFC）：采用氢氧化钾溶液作为电解液磷酸型燃料电池（PAFC）：采用200℃高温下的磷酸作为其电解质质子交换膜燃料电池（PEMFC）：采用极薄的塑料薄膜作为其电解质熔融碳酸盐型燃料电池（MCFC）：采用熔融态碳酸盐作为其电解质固体氧化物型燃料电池（SOFC）：采用固态电解质燃料电池的优缺点评价：⑴优点：①高效、洁净、转换效率高。燃料电池在额定功率下的效率可以达到60%，而在部分功率输出条件下运转效率可以达到70%，在过载功率输出条件下运转效率可以达到50%。②噪音低、无振动、寿命长这主要与它的工作过程有关，它是通过燃料和氧化剂分别在两个电极上发生反应，将反应中的化学能直接转化为电能。所以在整个工作过程中，没有噪声和机械振动的产生，从而减少机械器件的磨损，延长了使用寿命。③.结构简单、运行平稳。燃料电池的能量转换是在静态下完成的，结构比较简单。构件的加工精度要求低。特别是质子交换膜燃料电池能量转换效率高，能够在-80C的低较平稳。④比功率大和输出功率可随时调整高效率随功率变化的范围很宽，在低功率下运转效率高，特别适合于汽车动力性能的要求。.⑤启动迅速燃料电池短时间的过载能力，可以达到额定功率的200%，非常适合汽车在加速和爬坡时动力性能的特征。⑵缺点：①价格昂贵目前，固体高分子交换膜燃料电池还须用贵金属铂作为催化剂。铂俗称白金，不仅价格昂贵，而且产量小。因此，必须研究出铂的代用材料，固体高分子交换膜燃料电池方有可能被大量推广使用。②氢源问题氢源问题包括氢的制备、储存与运输。氢通常通过电解水获取。但是从长远考虑，氢必须通过可再生能源获得，如生物能、水电能、太阳能、风能或地热能。对于燃料电池汽车来说，固态氢是用金属及合金的氢化物吸附氢，储氢效率高，安全性好，是目前最理想的储氢方式。③加氢站网络问题若用纯氢，需要投巨资建立加氢站网络。若采用其他燃料，也需要建立相应的加注网络。锂离子电池的发展动态：美国UTC公司车用燃料电池运行7000h；日本丰田贵金属Pt的用量降低至原来的30%，质子交换膜的成本也有明显的下降。虽然距燃料电池技术的成熟、推广应用还有很长的路，还有许多难关需要克服，但是有理由相信，燃料电池技术将会给我们的社会和经济生活带来翻天覆地的变化。3、新能源汽车动力电池遇到的问题尽管蓄电池技术得到了长远的发展，但与内燃机汽车相比，电动汽车的续航里程还有很大的差距，难以满足要求；但由于动力电池的发展决定着新能源汽车的发展，因此，大力研究动力电池，具有很重要的意义!目前遇到的主要问题有动力电池再利用和回收、缩短电池的充电时间、提高电池的使用寿命，提高车辆的运行效率、降低使用成本。4、新能源汽车动力电池的解决方法⑴标准化是产业化的基础：由整车牵头，向下整合的项目组织模式，形成的若干个相互隔离的纵向课题组，形成了相互隔离的局面。成为标准化工淮化研究难以遇越的障碍。推动标准化工作，首先必须突破这种相互隔离的格局。⑵电池规模化和资源回收：除了电池体系改善和使用寿命提升带来成本降低外，当前主要的降成本方案是规模化和回收资源化。未来随着新能源汽车的普及动力电池的规模化生产，电池成本会进