[休闲娱乐]水平铅布电池的性能及在电动车上的应用 [复制链接]

?????????汽车工业的迅速发展，推动了全球经济的发展，但也带来了很大的弊端，内燃机汽车造成的污染日益严重，已经到了必须加以控制和治理的程度，电动车作为无污染、能源可多样化配制的新型交通工具引起了各国政府的广泛关注。我国政府对电动车技术也极为重视，电动车技术分别列入“八五”科技攻关重点项目和国家“九五”重大科技产业工程项目，而“十五”期间，电动车项目又列入国家科技部863计划，科研经费投入达10亿元人民币。 ??????? 新一代电动车是综合性的高科技产品，其关键技术包括高度可靠的动力驱动系统、电子技术、新型轻质材料、电池技术、能源管理系统、整车优化设计与匹配的系统集成技术等。目前，电动车存在的主要问题在于价格、续驶里程、动力性能等方面，这些问题都与电源技术密切相关，电动车实用化的难点在于电源技术，特别是电池技术。 ?????????电动车对电池有如下基本要求：高能量密度（高质量比能量、高体积比能量）；高功率密度（高质量比功率、高体积比功率）；较长的循环寿命；较好的充放电性能；电池一致性好；价格较低；使用维护方便；其他性能好（安全性能、无环境污染问题等）。 ????????当前，用作电动车动力蓄电池的化学电源有：镍氢电池、锌空气电池、锂离子/锂聚合物电池、燃料电池和铅酸电池，但是迄今为止没有一种动力电池技术成熟到可以忽略其它电池的存在。铅酸蓄电池，具有价格低、技术成熟、安全可靠、资源丰富、可回收利用等优点，但传统的铅酸蓄电池作为动力电池，在比能量这一关键指标上与其它类型的蓄电池相比有较大差距，因此，铅酸蓄电池必须在技术上有所创新，才有可能满足电动车的要求，而水平铅布电池由于结构上的革命性变化和新型复合材料的应用，大大提高了电池的比能量、比功率和循环寿命，从而大大提高铅酸电池作为电动车电池的竞争力。 ?????????水平铅布电池由美国的Electrosource公司发明，? ??????????1996年，水平铅布电池获得美国研究与发展100大奖，并在2000年悉尼奥运会上得到成功的应用。水平铅布电池技术是在阀控密封铅酸电池技术基础上的又一次飞跃，与传统铅酸蓄电池相比，它有四大技术特点：轻质的复合材料技术；水平双极性结构；独特的电池盒设计和压力框架结构；生产过程的全自动化。 ??????????1．复合材料技术：铅网板栅是由纯铅（或铅合金）经固态挤压包覆在高强度玻璃纤维上形成的铅丝编织而成的铅网。与传统铸造板栅相比，板栅合金晶粒细小、晶界清晰、电阻率小，抗拉强度大，能耐受充放电循环中活性物质的变形。板栅采用纯铅或铅锡合金材料，析氢过电位高，循环充电失水率低，消除板栅不同金属相间的晶界腐蚀。板栅经过纺织加工，导电铅丝等距，电流密度均匀，承载电流是传统铸造板栅的50倍。在同等容量下，用铅网板栅代替传统铸造板栅，可使板栅重量减轻67%，电池的重量降低25-50%。 ?????????2．水平双极结构：正负极板和隔板呈水平交错层叠，除两端有单极板外，其余为双极性极板。所谓双极性极板就是：正负铅膏分别涂于同一片铅网的两端，中间留有一段未涂膏的栅网将两种铅膏分开，这样形成了同一片板栅上一端为正极，另一端为负极。极板水平放置，避免了浓差极化现象，有利于散热和增强氧气的复合效率。电池准双极结构，极板直接联通，没有汇流排和极耳，缩短了工艺路线，提高了电池制造的可靠性和电池的比能量；同时，取消连接件之后，电池内阻大大降低，大电流充电接受能力强，电池功率性能大幅提高。 ?电池设计灵活，可以根据实际应用场合设计出与之相宜的异形电池，如：“U”形电池、“L”形电池、“回”形电池等。 ??????????3．电池盒设计：电池组装时每一单体都有独立的压力框架，电池盒内部为一通体，电池盒各面都有定位槽，组装时，压力框架的筋条插入电池盒的定位槽中，防止电池在冲击震动环境中内部发生窜动，提高了电池的抗冲击性能，延长了电池使用寿命。 用框架结构保证极板组装压力，一方面可以减少活性物质脱落，保证了电池在使用寿命阶段的完整性，另一方面可以精确控制各单体电池的隔膜压缩量，保证吸酸量一致。另外，为了适应电动车的需要，电池外部的串并联采用插接方式，而不是一般的导线连接方式。这种方式连接可靠，电阻小，又节省了车的空间。 ????????4．高度自动化的生产线，包括：自动化涂板线、机械手自动装配线、自动化焊接和检测线、温度补偿电池测试设备等，这些设备都独具特色。涂膏：采用自动化的双极板涂膏机，同时连续涂敷正负极板，自动填料、放卷、裁减，并在正负极板表面覆盖隔膜纸，避免极板传输过程中活性物质的脱落和污染；另外，双极板涂膏机还具有极板重量、厚度在线监测装置，涂膏厚度误差精确到0.05mm以内，重量误差在3%以内。组装：采用4个工业机器人，保证极板组装厚度、极板接触面和隔膜压缩量，避免手工组装过程中活性物质脱落及单体电池间性能不均一。化成：专用电池化成机，具有自动温度补偿功能，充入电量精确，保证电池生产的均一性。测试设备：-40~~+60℃环境实验室、动态容量测试仪、纯电池动力车等。 智能化：与信息技术相结合，由记忆芯片记录电池的放电历史和使用状态，并为充电提供数据，从而形成电池的闭环管理系统，大大延长电池的使用寿命。正是由于水平铅布电池技术上的创新，它被誉为“铅酸蓄电池的又一次革命”，从它的几项关键性能指标上来看，是当之无愧的。以下是美国先进电池联合会对12H85水平铅布电池的测试结果： ?????????3小时率比能量：40Wh/kg；10小时率比能量：48 Wh/kg。?????????????????????????????????????? ??????????100%充电状态下的比功率：380W/kg；20%充电状态下的比功率：220W/kg。 ??????????在特定的充电模式、3小时率、80%放电深度条件下，循环寿命超过800次。 ??????????充电时间：采用其专有的快速充电技术，30min内可以充足电；一般方式3h也可充满。 ??????????价格：约$200/kwh。 ??????????水平铅布电池与其它蓄电池的性能比较见下表（王瑜，水平电池国内外相关技术发展状况，[J].蓄电池，2002（1）：34）： ???????????????????????????????? 比能量 (Wh/kg)????????????? 比功率 (W/kg)???????????????????????? 深循环寿命?(次)???????????????????? 快速充电（h）???????????? 价格(元/Wh) ?????????? VRLA????????????????? ??? 29?????????????????????????????????? 75?????????????????????????? ??????????? 150—300?????????????????????????????????????? 4???????????????????????????? 0.80 ????????????Cd/Ni???????????????????? 50????????????????????????????????? 100???????????????????????????? ???????? 200—400????????????????????? ??????????????? 1.5???????????????????????????6.00 ????????????MH/Ni??????????????????? 70?????????????????????????????????? 250???????????????????????????????????? 200—700??????????????????? ????????????????? 1.5??????????????????????????? 8.00 ????????????Li-ion??????????????????? 120?????????????????????????????????????????????????????????????????? ????????????????500???????????????????????????? ? ???????????? 1.5????????????????????????? 15.00 ????????????Zn/Ni???????????????? ???? 60??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 200???????????????????????????????? ?????????????4????????????????????????????? 2.00? ????????????卷绕电池??????????????? 36?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 400—600??????????????????????????????? ??????? 2????????????????????????????? 1.70 ???????????水平电池????????? ?????? 40????????????????????????????????? 240?????????????????????????????????????????? 750?????????????????????????????????? ????????? 1.5????????? ????????? ????????1.60 ????????????????????????????? ?????????? 通过比较可以看出，水平铅布电池具有极佳的性价比，因此它在电动汽车、电动公交车、电动校车、电动牵引车、电动游览车、移动通信电源、大型柴油车等方面都得到很好的应用，并先后与克莱斯勒、洛克希德—马丁、菲亚特、蓝鸟、本田等公司的电动车配套，2000年，ELECTROSOURCE公司生产的6000个智能化水平铅布电池为悉尼奥运会提供了全面的服务。 ???????????? 不仅如此，ELECTROSOURCE公司还与美国先进电池联合会共同开发了两辆实验用电动车，车体用通用公司的GMC? RALLY STX，两辆电动车的主要性能参数如下： ???????????????????????????????????? 电机功率：50kw。 ????????????????????????????????????? 整车重量：2900kg。 ???????????????????????????????????? 电机输入电压：336V。 ???????????????????????????????????? 电池容量：170AH。 ???????????????????????????????????? 续驶里程：230km。 ???????????????????????????????????? 加速性能：9s内，从0加速到80km/h。 ???????????????????????????????????? 最大时速：150km/h。 ???????????????????????????????????? 电池充电时间：〈45min。 ????????????这两辆电动车成为水平铅布电池的实验平台，为水平铅布电池提供了大量实测数据。通过ELECTROSOURCE公司锲而不舍的追求，水平电池技术日臻完善，而? ????????????Horizon电池也成为动力电池领域的知名品牌和为数不多的商品化的动力电池。 ?????????????国内铅布电池的研究始于1997年，北京世纪千网电池技术有限公司（以下简称千网公司）的前身--北京罗兰电子技术有限公司从那时起开始从事纤维复合铅丝的研发，1998年6月该公司就独立开发出水平铅布电池的核心技术---铅网板栅制造工艺，并在2000年形成规模化生产，国内所有铅布电池的研究都与千网公司有直接或间接的关系。2002年2月，千网公司经过多方运作，成功收购了ELECTROSOURCE公司的全部资产和相关知识产权，成为当今世界唯一能够生产水平铅布电池的企业，目前所有设备正在北京安装调试，预计今年年底将正式推出12H85水平铅布电池，并投放美国市场。 ???????????他山之石，可以攻玉。实践证明，水平铅布电池技术是一项成熟的高新技术，作为民营的高科技公司，千网公司更希望将千网科技TM广泛应用于我国的电动车领域。随着水平铅布电池的广泛应用，千网科技TM必将推动中国电动车事业的发展。

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