混合動力汽車車用鎳氫動力電池

　隨著人類環(huán)保意識的不斷增強，石油資源逐年減少，油價逐步攀升，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峻問題。蓄電池技術和氫氣的制取、運輸、儲存、成本等嚴重制約了電動汽車和燃料電池汽車的發(fā)展，因而混合動力汽車應運而生。在混合動力汽車中，由于采用了高功率的能源儲存裝置（蓄電池、超級電容等）能向汽車提供瞬時的能量而可減小發(fā)動機尺寸，提高效率，降低排放和燃油消耗，且可在進行制動和減速時回收能量。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，價格高和安全性問題，目前還不適于混合動力汽車的發(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，廣泛應用在混合動力汽車上。

　　一、混合動力汽車對動力電池的要求及其主要指標

　　1.對動力電池的要求
　　動力電池一般指具有較高的容量和輸出功率能力，可用作電動車、輛驅(qū)動電源的兩次電池。一般情況下，混合動力汽車車用動力電池進行的是頻繁、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。針對這種使用特點，混合動力系統(tǒng)對電池有以下、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，相對、于比能量要求，混合動力汽車對比功率要求更高。
　　（2）充放電效率：動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)，高的充放電效率對保證整車效率具有至關重要的作用。
　?。?）相對穩(wěn)定性：動力電池應當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穩(wěn)定，使其在動力系統(tǒng)使用條件下能達到足夠的充放電循環(huán)次數(shù)。
　　2.車用動力電池的主要指標
　　評價混合動力汽車車用動力電池技術的指標主要有以下幾點：

　?。?）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，標志著汽車的加速性能和最高車速，對電動汽車的動力性能等有直接影響。在混合動力汽車中，電池的比功率是最關鍵的因素，因為電池的電耗盡后可以在內(nèi)燃機工況下重新進行充電。

　　（2）質(zhì)量比能量（Wh/kg）：標志著純電動模式下的續(xù)駛能力。

　?。?）循環(huán)次數(shù)：動力電池的工作是一個不斷充電-放電-充電-放電的循環(huán)過程，每充電和放電一次，動力電池中的化學物質(zhì)就要發(fā)生一次可逆性的化學反應。隨著充電和放電次數(shù)的增加，動力電池中的化學活性物質(zhì)會發(fā)生老化，逐漸削弱其化學功能，降低動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。動力電池的工作循環(huán)次數(shù)是衡量動力電池壽命的重要指標，對動力電池的使用有直接影響。

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

　　二、鎳氫動力電池的特點
　　目前，世界上已開發(fā)的主要動力蓄電池性能如表1所示。
　　鎳氫電池的正極采用金屬氫氧化鎳，負極使用錫氫合金。鎳氫動力電池具有無污染、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；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值，可稱為綠色能源。

　　鎳氫電池的主要特點：
　?。?）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。
　?。?）循環(huán)次數(shù)多：目前應用在電動車上的鎳氫動力電池，80%放電深度（DOD）循環(huán)可以達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。在混合動力汽車中可使用5年以上。
　?。?）無污染：不含鉛、鎘等對人體有害的金屬，為21世紀“綠色環(huán)保電源”。
　?。?）耐過充過放。
　?。?）無記憶效應。
　?。?）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、耐振動等安全性、可靠性試驗無爆炸、燃燒現(xiàn)象。

　　三、國外主要的鎳氫動力電池生產(chǎn)企業(yè)及國內(nèi)現(xiàn)狀
　　1.國外主要鎳氫動力電池生產(chǎn)企業(yè)
　　（1）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，其技術特征：
　　·比功率達到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％。

　?。?）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不僅只是技術的研發(fā)，而且把研發(fā)的技術推廣到產(chǎn)業(yè)化的水平。Cobasys專門為混合動力汽車開發(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)鎳氫動力電池研發(fā)現(xiàn)狀

　　國內(nèi)鎳氫動力電池的主要生產(chǎn)廠家有：春蘭（集團）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，技術進步才良決，單體電池的技術指標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，特別是集成后各項指標相差較大。國內(nèi)動力電池研發(fā)機構(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)；汽車整車廠對動力電池的要求很高，但需求量不大，兩者相互制約。

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