三種動(dòng)力電池的特性分析對(duì)比

圖8為磷酸鐵鋰離子電池單體的放電直流內(nèi)阻變化規(guī)律，充電直流內(nèi)阻變化規(guī)律與其相似。對(duì)磷酸鐵鋰離子電池來(lái)說(shuō)，無(wú)論是充電內(nèi)阻還是放電內(nèi)阻，都隨著SOC增大而減小，隨著電流增大，不同SOC下的直流內(nèi)阻逐漸趨于一致。

圖8 磷酸鐵鋰離子電池單體放電直流內(nèi)阻與不同電流的關(guān)系

1.4.2 不同溫度下的直流內(nèi)阻

圖9為溫度對(duì)氫鎳電池直流內(nèi)阻的影響規(guī)律。圖10、圖11為不同正極材料(錳酸鋰和磷酸鐵鋰)鋰離子電池直流內(nèi)阻與溫度的關(guān)系。由圖可以得出如下結(jié)論：

圖9 溫度對(duì)氫鎳電池模塊內(nèi)阻的影響

(1)不論對(duì)于氫鎳電池還是鋰電池，電池直流內(nèi)阻都隨著溫度的降低而增大，影響規(guī)律大體一致;

(2)與氫鎳電池相比，鋰離子電池在低溫下的內(nèi)阻會(huì)劇烈增加，這是其低溫性能下降的主要原因。

圖10 錳酸鋰100 Ah鋰離子電池的直流內(nèi)阻與溫度的關(guān)系

圖11 磷酸鐵鋰150 Ah鋰離子電池直流內(nèi)阻與溫度的關(guān)系

1.5 電池?zé)崽匦?p>鉛酸、氫鎳、鋰離子三類動(dòng)力電池的電化學(xué)工作原理截然不同，熱特性、可以容忍的高溫和最佳運(yùn)行溫度范圍也不同。

磷酸鐵鋰離子電池的截止溫度為75℃ ，鉛酸電池為60℃ ，錳酸鋰離子電池截止溫度一般在55～60℃之間，氫鎳電池正常使用溫度范圍為一30～55℃。溫度過(guò)高會(huì)使電池加速老化，壽命縮短，影響電池的基本特性和使用性能，如可用容量、充電接收能力、充放電效率和能量功率性能、安全問(wèn)題。

本節(jié)僅依據(jù)電池壁溫度對(duì)電池?zé)崽匦赃M(jìn)行初步探討。

鋰離子電池在放電過(guò)程中電化學(xué)反應(yīng)生熱和歐姆生熱二者共同作用，使得鋰離子放電時(shí)的溫升更快。圖12為動(dòng)力電池在放電過(guò)程中電池壁溫度變化曲線。

圖12 動(dòng)力電池放電過(guò)程中的溫度曲線

從圖12中可以看出：

(1)VRLA 65 Ah鉛酸動(dòng)力電池的高倍率放電表現(xiàn)比較優(yōu)秀，溫度變化曲線與100 Ah鋰離子電池400 A放電相當(dāng)接近;

(2)氫鎳電池的放電溫度變化相對(duì)比較和緩;

(3)產(chǎn)品體系的錳酸鋰離子電池lO0 Ah和60Ah分別 300 A和240 A放電時(shí)，溫度變化曲線相同，溫度相對(duì)SOC的變化牢接近一致;

(4)磷酸鐵鋰離子電池在以大電流450 A、3 C放電時(shí)的溫度上升速度相對(duì)較低。

1.6 自放電特性

自放電特性的衡量指標(biāo)為荷電保持。 圖13為兩種鋰離子電池和氫鎳電池的倚電保持率曲線。初始SOC的不同會(huì)影響荷電保持率，鋰離子電池的荷電保持率很高，其中液態(tài)鋰離子100 Ah電池(初始SOC100% )存開(kāi)路擱置146 d后，荷電保持率為96.4%，而氧鎳電池在開(kāi)路擱昔28 d后，已降至8O.42%。南此看 荷電保持率是氫鎳電池需要改進(jìn)完善的方面。

圖13 氫鎳電池和鋰離子電池的荷電保持率

2 性能對(duì)比

能量功率性能是對(duì)電動(dòng)汽車(chē)用動(dòng)力電池使用方面需要考核的主要性能指標(biāo)，與汽車(chē)?yán)m(xù)駛里程及其動(dòng)力性關(guān)系密切：鉛酸電池VRLA的比能量是最低的，只有35 Wh/kg左右，氫鎳電池和鋰離子電池則依次提高。從圖14可綜合考查電池能量和功率性能，包括五種動(dòng)力電池在不同功率水平下的比能量鉛酸電池大電流高倍率放電能力比較強(qiáng)，但比能量和單位功率水平大大降低=氫鎳電池比能量較低是由于高溫耐受性有限，在有效熱管理情況下氫鎳電池的放電功率水平并不遜色，但比能量與鋰離子電池仍有差距。

圖14 質(zhì)量比能量與放電功率水平的關(guān)系

錳酸鋰離子電池是目前高端電動(dòng)汽車(chē)常用的動(dòng)力電池。

從圖14可以看 ，鋰離子電池放電功率能力最好，能量功率綜合性能最優(yōu)。

3 結(jié)論

鉛酸電池、氫鎳電池和鋰電池在基本特性方面各有特色，在應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池時(shí)各具優(yōu)勢(shì)，分別有自己的適的場(chǎng)合。但就應(yīng)用前景和性能提高潛力方面，鋰離子電池綜合評(píng)價(jià)最優(yōu)，是未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池發(fā)展的方向。