营口科士达蓄电池代理

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光伏基本信息

表2 不同体系锂离子电池的性能参数比较

 

虽然锂离子电池技术取得了突破性的进展，但是就目前的技术而言在满足整车的需求方面仍存在以下问题：

① 电池的低温特性不好，低温放电效率低，电池温度低于0℃时无法充电；

② 电池一致性差，造成电池成组后电池包整体寿命大幅度下降；

③ 电池成本太高，就纯电动轿车而言电池成本超过了整车成本的40%；

④ 电池包设计水平低，不能适应车辆的温度、振动、冲击、潮湿等恶劣工况的要求；

⑤ 电池管理系统对电池组的热管理、电管理和监测系统技术不过关，造成电池组早期损坏。

因此有必要在电动车开发时，需针对整车的技术要求对动力电池进行针对性的设计和开发，达到保护好、用好电池的目的。

3 车辆的不同行驶工况对电池的需求

图1是Plug-in HEV在通常行驶过程中的驱动设备工作示意图，下面就车辆在不同行驶条件下对动力电池组的要求谈谈自己的看法。

图1 Plug-in HEV在通常行驶过程中的驱动设备工作示意图

（1）车辆停止工况

该工况发动机和驱动电机均处于停止状态，避免了普通燃油车的怠速燃油消耗，这时需电池电量处于如下图2的高效工作区，以便于驱动车辆和吸收车辆的制动回馈能量。

图2 电池组不同的工作区域

（2）起动加速工况

该工况对应普通燃油车辆的起步状态，由驱动电机驱动车辆起步，此时驱动电机处于最大功率状态，要求电池的最大输出功率(PB)大于电机的最大功率(PMmax)；由于在不同电池的荷电状态（SOC）的情况下电池具有不同的放电功率，所以在选取电池时需要电池的PB(SOCmlid)>PMmax。

（3）中低速行驶工况

该工况对应普通燃油车辆的中、低速行驶状态；Plug-in HEV的基本工作策略也有两种选择：纯电动控制策略和发动机为主控制策略。纯电动控制策略：主要应对城市工况，如图3所示。车辆启动后先以纯电动工作，车辆仅由电机驱动，电池组工作在电能消耗模式，当SOC下降到下限时，起动发动机，切换到电量保持模式，此时车辆工作与全混合动力车辆类似，车辆以发动机驱动为主，在发动机功率不足时由动力电池组提供能量，电机辅助车辆行驶。发动机为主控制策略：主要应对郊区工况，如图4所示。此时车辆即使在起始的电量消耗模式阶段，以驱动电机为主驱动车辆行驶，发动机用来辅助驱动，当SOC下降到下限时，切换到电量保持模式。车辆在中、低速行驶工况下以纯电动工作模式为主。

从拓扑图上可以清楚看到,虽然图4和图5的UPS都有输出变压器,但不同的是,图4的变压器是逆变器输出变压器,起升压作用,是UPS的一部分;而图5中UPS的变压器,没有升压作用,只相当于在一台UPS的输出加了一台隔离变压器,属于UPS的附属设备。

据统计，单独使用纯电驱动可以行驶40英里可以满足美国90%以上城市居民的一天的出行需求，因此一般Plug-in HEV在电池的电量消耗阶段满足大于60公里即可；由于在城市内车速不会太高，所以一般最高车速不超过80km/h，SOC在100%～20%之间。电池的容量按照城市工况计算，下图为某车型按照ECE工况用Matlab进行仿真分析的纯电动控制策略能量消耗。通过以上仿真可以看出，在电量消耗阶段，电池组向驱动电机提供驱动车辆所需要的能量，并将车辆制动过程中的部分能量回收，以延长车辆的续驶里程；在电量保持阶段，电池组向电机提供电辅助所需要的能量，由于该阶段电池电量较低，相对输出功率也较低，因此必须保证PB(SOCmlid)>PMmax；同时必须保证电池的可吸收功率大于电机在能量回馈过程中的发电功率。

上海神力科技，主营氢质子交换膜燃料电池，是我国燃料电池技术研发和产业化的领先者。通过承担与完成国家"九五"重点攻关计划、"十五"863及"十一五"863重大攻关计划燃料电池发动机课题，已成为具有完全自主知识产权的燃料电池技术并达到国际先进水平。安凯客车、长安汽车也与上海神力科技合作，开发氢燃料汽车，并拥有一定的技术储备。

    2、固体氧化物燃料电池（SOFC）

    固体氧化物燃料电池（SOFC）能效转换率高、不需要贵金属作催化剂，持续拓展应用固体氧化物燃料电池（SOFC）使用无孔陶瓷氧化物作为电解质，拥有约60%的转化效率，如果利用其散发的热量，最高转化率高达85%。

    固体氧化物燃料电池是燃料电池中抗硫性最强的，并且一氧化碳也不会影响其运行效率，因此它可以使用多种燃料，例如天然气、沼气、煤气、甲烷等，对燃料的适应性强；不需要使用贵金属催化剂；使用全固态组件，不存在对漏液、腐蚀的管理问题；积木性强，规模和安装地点灵活等。SOFC可用于发电、热电回用、交通、空间宇航和其他许多领域。

    但是，较高的运行温度使得SOFC材料的使用寿命较短、启动时间较长，此外还需要隔热措施防止人被烫伤，这都限制了SOFC的适用范围，目前用于分布式发电及余热供热等应用占比更多，但很多厂商也在引导它的应用走向船舶动力、汽车动力等应用。

 

    全球主流的固体氧化物燃料电池厂商：

    BE布鲁姆能源是最大的固体氧化物燃料电池厂商之一，主要用于为数据中心提供主电源。布卢姆能源2001年成立于美国加州，其创始人是印度科学家KR先生，布卢姆能源技术根植于NASA的火星计划。在2006年，布卢姆能源在田纳西大学试制成功了首个5KW固体氧化物燃料电池，实现了从理论向产品的跨越。在2008年，布卢姆率先向谷歌公司交付了100KW的商业化固体氧化物燃料电池，设备售价达到70万美金。在接下来时间里面，布卢姆能源又陆续拓展了eBay、苹果、沃尔玛、诺基亚等高净值公司客户，为他们的数据中心提供主电源。

    根据美国能源部能源效率与可再生能源办公室发布的《2012 Fuel Cell Technologies Market Report》统计，目前全球生产固体氧化物燃料电池的企业为布卢姆能源和澳大利亚的CFCL两家公司。CFCL公司采用阳极支撑技术路线，不同于布卢姆能源使用的电解质支撑技术路演，所以其产品功率暂时智能做到1.5KW，商业开拓的中间较小。而布卢姆能源最新产品已经可以做到250KW，基本可以满足医院、酒店、商场、小区、轮船等主流固定氧化物发电目标市场的功率要求。除此之外，在日本的NEDO、美国的SECA、欧洲的Large-SOFC计划中，5-50KW级的验证机已经制成；日本三菱重工亦正在研发混合固体氧化物燃料电池系统产品，拟进一步提高能源使用效率。但是到目前为止，这些项目还没有获得实质性的突破，导致布卢姆能源仍是全球唯一商业化成产固定氧化物燃料电池厂商。

    展望未来，布卢姆能源的燃料电池产品有望在使用天然气方便的地方成为主力的供电设备，从而实现对现有发电设备的替代。未来，通过开发、完善材料使用更节省的第三代产品，以及

    将电芯寿命从3.5年延伸到5年，进而增加到10年，有望进一步降低布卢姆能源燃料电池的度电成本，实现对电网电价的穿越，从而打开千亿规模的新能源分布式发电设备市场。

    Ceramic Fuel Cells是一家位于澳大利亚墨尔本的燃料电池科技企业，成立于1992年。其主要生产"Blue Gen"固体氧化物燃料电池系统，用于小规模的热电联产和分布式发电。

   科士达蓄电池厂商：

    三环集团是中国最有潜力在固体氧化物燃料电池取得突破的厂商。目前公司主要为BE布卢姆能源供应燃料电池核心部件隔膜板，公司从2005年起研发燃料电池隔膜板至今生产技术不断进步、工艺不断完善，已经掌握了从材料到烧结的工艺技术；此外，公司也在积极准备燃料电池电堆技术，未来有机会引领部分领域的清洁能源变革。

    3.碱性燃料电池(AFC)广泛应用于航空航天，但寿命短，仍有不少问题待解决

    碱性燃料电池(AFC)是最早研发的燃料电池技术之一，并且最早广泛应用在美国航空航天领域，用于发电和生成水以供太空飞船使用。碱性燃料电池的电化学反应拥有较高的转化效率，最高超过60%。

    电解质方面，碱性燃料电池使用氢氧化钾溶液作为电解质，用非贵重金属作为电池的阴阳极。一般情况下，碱性燃料电池的运行温度在100℃到250℃之间，但是最新设计的碱性燃料电池可以在23℃到70℃之间运行。最近几年，使用聚合物薄膜作为电解质的碱性燃料电池研发出来，与质子交换膜燃料电池的区别仅仅是使用碱性膜作为电解质。

    但是，其运行效率容易受到二氧化碳的影响，即使是空气中稀薄的二氧化碳也会降低碱性燃料电池的效率。因此，在碱性燃料电池中二氧化碳净化装置是必要的，但是这增加了成本。限制碱性燃料电池大规模应用的最主要因素是使用寿命太短，其工作时间超过4,000小时才有经济价值，但是目前材料的耐久性问题还没解决。

    4.熔融碳酸盐燃料电池和磷酸盐燃料电池等早期的燃料电池已经逐步被替代

    熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)使用熔融碳酸盐作为电解质，具有较高的转化效率，配合涡轮机使用其转化效率可达65%，如果将MCFC产生的废热收集使用，燃料的总转化效率超过85%。MCFC不需要贵金属作为电极，使用多孔陶瓷锂铝氧化物作为电极。MCFC的运行温度为650℃，这限制了燃料电池组件的使用寿命。

    磷酸盐燃料电池(PAFC)是第一代燃料电池，最早被商业化应用。PAFC转化效率最低，只有37%-42%，已经逐渐被其他路线替代。

销售：王浩

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