三种动力电池的特性分析对比

图8为磷酸铁锂离子电池单体的放电直流内阻变化规律，充电直流内阻变化规律与其相似。对磷酸铁锂离子电池来说，无论是充电内阻还是放电内阻，都随着SOC增大而减小，随着电流增大，不同SOC下的直流内阻逐渐趋于一致。

图8 磷酸铁锂离子电池单体放电直流内阻与不同电流的关系

1.4.2 不同温度下的直流内阻

图9为温度对氢镍电池直流内阻的影响规律。图10、图11为不同正极材料(锰酸锂和磷酸铁锂)锂离子电池直流内阻与温度的关系。由图可以得出如下结论：

图9 温度对氢镍电池模块内阻的影响

(1)不论对于氢镍电池还是锂电池，电池直流内阻都随着温度的降低而增大，影响规律大体一致;

(2)与氢镍电池相比，锂离子电池在低温下的内阻会剧烈增加，这是其低温性能下降的主要原因。

图10 锰酸锂100 Ah锂离子电池的直流内阻与温度的关系

图11 磷酸铁锂150 Ah锂离子电池直流内阻与温度的关系

1.5 电池热特性

铅酸、氢镍、锂离子三类动力电池的电化学工作原理截然不同，热特性、可以容忍的高温和最佳运行温度范围也不同。

磷酸铁锂离子电池的截止温度为75℃ ，铅酸电池为60℃ ，锰酸锂离子电池截止温度一般在55～60℃之间，氢镍电池正常使用温度范围为一30～55℃。温度过高会使电池加速老化，寿命缩短，影响电池的基本特性和使用性能，如可用容量、充电接收能力、充放电效率和能量功率性能、安全问题。

本节仅依据电池壁温度对电池热特性进行初步探讨。

锂离子电池在放电过程中电化学反应生热和欧姆生热二者共同作用，使得锂离子放电时的温升更快。图12为动力电池在放电过程中电池壁温度变化曲线。

图12 动力电池放电过程中的温度曲线

从图12中可以看出：

(1)VRLA 65 Ah铅酸动力电池的高倍率放电表现比较优秀，温度变化曲线与100 Ah锂离子电池400 A放电相当接近;

(2)氢镍电池的放电温度变化相对比较和缓;

(3)产品体系的锰酸锂离子电池lO0 Ah和60Ah分别 300 A和240 A放电时，温度变化曲线相同，温度相对SOC的变化牢接近一致;

(4)磷酸铁锂离子电池在以大电流450 A、3 C放电时的温度上升速度相对较低。

1.6 自放电特性

自放电特性的衡量指标为荷电保持。 图13为两种锂离子电池和氢镍电池的倚电保持率曲线。初始SOC的不同会影响荷电保持率，锂离子电池的荷电保持率很高，其中液态锂离子100 Ah电池(初始SOC100% )存开路搁置146 d后，荷电保持率为96.4%，而氧镍电池在开路搁昔28 d后，已降至8O.42%。南此看 荷电保持率是氢镍电池需要改进完善的方面。

图13 氢镍电池和锂离子电池的荷电保持率

2 性能对比

能量功率性能是对电动汽车用动力电池使用方面需要考核的主要性能指标，与汽车续驶里程及其动力性关系密切：铅酸电池VRLA的比能量是最低的，只有35 Wh/kg左右，氢镍电池和锂离子电池则依次提高。从图14可综合考查电池能量和功率性能，包括五种动力电池在不同功率水平下的比能量铅酸电池大电流高倍率放电能力比较强，但比能量和单位功率水平大大降低=氢镍电池比能量较低是由于高温耐受性有限，在有效热管理情况下氢镍电池的放电功率水平并不逊色，但比能量与锂离子电池仍有差距。

图14 质量比能量与放电功率水平的关系

锰酸锂离子电池是目前高端电动汽车常用的动力电池。

从图14可以看 ，锂离子电池放电功率能力最好，能量功率综合性能最优。

3 结论

铅酸电池、氢镍电池和锂电池在基本特性方面各有特色，在应用于电动汽车动力电池时各具优势，分别有自己的适的场合。但就应用前景和性能提高潜力方面，锂离子电池综合评价最优，是未来电动汽车动力电池发展的方向。