张帅

摘要：锂电池是纯电动车的动力能源，与纯电动汽车运行效率具有密切关系，设计对应的电池管理系统，可以实现实时在线检测电池组的相关参数，并对其中相对重要的参数完成实时在线估算，为优化电池组的运行状态提供依据，所以一直被视为提升纯电动汽车运行效率的重要途径。基于此，本文主要对纯电动汽车使用锂电池作为动力能源进行分析探讨。

关键词：纯电动汽车；使用锂电池；动力能源

在未来数年发展中，电动汽车将在汽车市场中占有相当的比例。而仅由蓄电池提供动力的电动车的成本问题和电动汽车如何能做到单次充电后能行驶上百公里路程，这些都与动力电池密切相关。锂离子电池是至今比能量最高的蓄电池，其比能量达130Wh/kg，单体电池放电电压为3.6V，比镉镍电池高三倍。除此之外，锂离子电池有热效应小、无记忆效应，充电效率远比镉镍与氢镍电池高。因此锂电池已经成为电动汽车动力电池的首选。

一、电动汽车电池的现状

在电动汽车电池经过不断研究、不断发展之后，现在对电动汽车电池的研究主要集中在镍氢电池、锂离子电池和铅酸蓄电池这三种电池上，这三种电池也都是各自有着各自的优缺点。比如镍氢电池，镍氢电池是由镍基和碱性溶液电解液构成的，其优点是无污染、比能量高，且相对铅酸电池而言，体积和密度有较大的提高，运行电压高、耐受性好都是它的特点，但是，镍氢电池在遇到高温或低温时使用就会受限，而且其造价较高使得运用的广泛度受到影响，但是，由于电动汽车电池发展较慢，所以，镍氢电池还是电动汽车使用电池的重要选择之一。

而锂离子电池和铅酸蓄电池也都各有各的特點和缺点，但是由于价格实惠、成本低、技术较为成熟，所以，现在电动汽车电池中使用最广的就是铅酸蓄电池了，不论是哪一种电池，都需要人们针对其优缺点，进行不断地研究和改进，想要研发出完美的符合人们需求的电动汽车电池技术，还有很长的路要走。

二、锂离子电池

锂离子电池是20世纪90年代发展起来的高容量可充电电池，锂离子电池由电极、电解液和隔膜组成。正极采用锂离子化合物，如磷酸铁锂或锰离子，负极采用石墨碳等材料。当电池进行充电时，锂离子从正极脱出，经过隔膜嵌入到负极，正极发生氧化反应，负极发生还原反应；当电池进行放电时，过程则相反。作为新一代化学电源，锂离子电池具有比能量大、体积小、单体电池工作电压高、质量轻、循环寿命长、无记忆效应、无污染及充放电时间短等优点，是当前电动汽车广泛应用的动力电池。在市场上的主流电池中，锂离子电池除了在价格和安全性方面处于劣势外，其他方面均处于领先地位，有进一步研发和大规模应用的前景。

锂离子电池目前存在的问题主要包括电池的安全性、循环寿命、成本、工作温度和材料供应等。此外，电池组的电池管理系统中也存在如均衡充电技术不成熟等问题。现如今锂离子电池一般和超级电容搭配，共同作为电动汽车的动力源。

超级电容器又称为双电层电容器，是一种新型储能装置，可以实现电能和电场能之间的相互转化。其原理是采用活性炭材料制作多孔电极，并在相应的电极之间填充电解质溶液，当在其两端施加电压时，能够在电极上和电解质溶液内形成2个集电层，相当于2个电容器串联，并且由于活性炭具有超高比表面积，而且电解液与多孔电极间的界面距离非常小，使得这种双电层电容器比传统物理电容器的电容值要大很多圈。超级电容器有着比蓄电池高10倍以上的功率密度和100倍以上的充放电速度。同时利用超级电容器可以在汽车制动时进行能量回收，由于超级电容器充放电过程中不存在类似其他化学电池的电化学反应，属于物理电池，基于电化学原理所带来的问题也就不会出现在超级电容器上，因此它可以大电流充放电并且温度特性良好。

超级电容器与蓄电池相比具有的优点为：充放电速度快、能量转换效率高、循环使用寿命长、比功率与可靠性高、温度范围宽以及能量回收率较高。超级电容器在电动汽车中主要有3种使用途径：1）将超级电容器作为唯一电源的纯电动公交车。由于超级电容器比能量低，不适合单独用作电动汽车的动力源，但是城市公交路线固定，沿途停靠频繁，并且具有快速充电的能力，所以超级电容器可以单独使用在城市公交上。2）以超级电容器和锂离子电池为能量源的电动汽车。在加速或者原地起步时，需要较大的电流，此时由电容器来提供电流；当汽车匀速或平稳运行时，所需电流较少，此时由锂电池来提供电流，这种模式既能增加汽车的行驶里程，又能使能源得到有效利用。3）超级电容器和燃料电池共同使用作为动力源的混合动力汽车。超级电容器目前还有两大关键性问题，即比能量低和电压均衡不稳定的问题。

三、锂超级电容器

锂离子电池和超级电容器是2种重要的储能电池，分别具有高比能量和高功率的优点。从原理上看，两者性能指标的提升空间都已经不大。而把两者从原理和结构上结合起来，从而综合两者的优点，得到一种新型锂超级电容电池嘲。它是一种先进的非对称超级电容器，具有电池和传统双电层电容器的功能，可以在比传统的双电层电容器多存储5-10倍能量的同时，具有功率高和循环寿命长等优点。

锂超级电容器的工作原理，如图2所示，它通过组合锂离子氧化还原电极和活性炭电极，依靠L+在正极上的嵌入脱嵌的氧化还原反应和负极上的吸附脱附反应存储能量。一般的锂超级电容器正极材料有LixMn20。和LixCoO2等，负极材料可选用活性炭和石墨烯等。充电时，负极材料如超级电容器一样，利用双电层原理吸收阳离子，而正极则有锂离子脱出；放电时，负极中锂离子脱出由正极材料接收，也就是嵌入。在工作时，正极是利用锂离子电池的氧化还原反应机理，而负极是利用超级电容器的双电层储能机理。因此，锂超级电容器可以保证高功率密度，同时具有较高的能量密度。

四、结语

全球污染越来越严重的今天，能源的节约也成为了人们关注的焦点，对耗能高、污染大的普通汽车的改革已是迫在眉睫，而耗能低、无污染的电动汽车也随之进入人们的视线，但是，现在对于电动汽车电池技术的研发还不够成熟，市场上存在的电动汽车电池都多多少少存在一些问题，这些问题不会阻止人们对汽车转型的脚步，对于电动汽车电池技术未来的发展，我们应该抱有信心，在人们的关注下和研发人员的努力下，一定会出现更好的电动汽车电池技术。

参考文献：

[1]牛利勇，时玮.纯电动汽车用磷酸铁锂电池的模型参数分析[J].汽车工程，2013，02：127 132.

[2]罗玲，宋文吉.工作温度对磷酸铁锂电池SOC影响及研究进展[J].新能源进展，2015， 01：59-69.