4月22日-24日，由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會主辦的“混合動力車市場與先進電池技術(shù)發(fā)展研討會”在北京召開，300多位國內(nèi)外代表與會。本次研討會以油電混合動力車、啟停汽車以及對應(yīng)的電池技術(shù)為主要議題，旨在為業(yè)內(nèi)人士提供一個交流平臺，了解國內(nèi)外混合動力車產(chǎn)業(yè)發(fā)展動向和最新進展，共同探討適用于混合動力汽車發(fā)展的電池技術(shù)。中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所夏保佳博士發(fā)表主題演講，以下為演講內(nèi)容。
中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所 夏保佳 博士：
現(xiàn)在，全球HEV長期以氫鎳電池為主，直到2011年才有鋰電用于HEV。但是氫鎳轉(zhuǎn)鋰電的過程并不順利，已上市鋰電車型不斷發(fā)生燃燒、爆炸等事故。據(jù)Avicenne數(shù)據(jù)：2012年，HEV使用氫鎳電池的比例高達(dá)93.68%。
在實際應(yīng)用中，不同混合形式的混合動力汽車有其不同的優(yōu)勢。鎳氫電池的安全性和可靠性都比較高，預(yù)計到2020年，采用氫鎳電池的HEV仍將達(dá)到新能源車的65%。
研究所的鎳氫電池技術(shù)進展
1、充電特征提高
與碳酸鐵鋰電池相比，長壽命貯氫合金的充電特征有效提高。在強堿當(dāng)中，電池因為熱力作用會影響穩(wěn)定性，中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所針對HEV應(yīng)用選擇了比較合適的方法。
2、基于荷電態(tài)（SOC）的估算方法
SOC的估算難點一個是電池的SOC是多參數(shù)綜合影響的一個變量，具有非線性的特點，沒有明確的單一物理量可以直接表征電池的SOC；另外一個是因為整車的控制策略直接與電池的SOC相關(guān)，因此必須實時可靠的對電池的SOC進行估算。在電池的使用過程中，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，經(jīng)常會出現(xiàn)由于SOC的估算誤差而導(dǎo)致對電池的過充電，從而造成了電池的損傷，因此有必要研究與電池相關(guān)的充電控制技術(shù)。
目前對于電池SOC的估算方法主要有如下幾種，但是每一種方法都有各自的問題，像目前應(yīng)用比較多的按時計量法和開路電壓法，前者存在累計誤差的問題，后者在使用時需要足夠長時間的靜置，并且對于鎳氫電池來說，SOC與開路電壓的關(guān)系不是很明顯。
對于鎳氫電池內(nèi)壓信號的測量，有直接法和間接法兩種。間接法的測量精度較低，因此我們研究所，采用了直接測量法。通過將壓力傳感器封裝于電池的內(nèi)部來實現(xiàn)對內(nèi)壓的直接測量。在壓力傳感器的選擇上，需要注意以下幾個關(guān)鍵點，特別是要在強堿環(huán)境下穩(wěn)定工作，并且其高低溫的性能穩(wěn)定。我們設(shè)計的內(nèi)置壓力傳感器的電池，將壓力傳感器封裝于電池的正極端，整個電池的結(jié)構(gòu)并沒有改變，因此不影響電池的正常使用，并且所設(shè)計的單體電池便于電池串的整組連接，這一設(shè)計已經(jīng)申請了相關(guān)的專利。
對于不同的電池來說，其平衡內(nèi)壓會受到以下因素的影響。但是對一個具體的電池來說，除了負(fù)極儲氫合金的SOC外，其余所有因素都已確定，而負(fù)極儲氫合金的SOC與電池的SOC又有直接關(guān)系。因此對實際電池來說，其平衡內(nèi)壓與SOC有一個一一對應(yīng)的關(guān)系，并且這種對應(yīng)關(guān)系在電池的整個生命周期中都存在。
3、提高鎳氫電池低溫快充特性
鎳氫電池的充電特性由鎳氫合金決定，尤其是由負(fù)極決定。研究所通過改善貯氫合金，改善導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，用負(fù)極和正極的能量比來提高電池充電能力。
作為對比，研究所將42120型碳酸鋰電池在低溫狀態(tài)下進行了充放電性能檢測，結(jié)果表明在負(fù)20度的情況下，這種電池可以用5C脈沖充電，但有時候充電還是會存在問題。
高低溫下造成快速充電電壓上升的主要原因是負(fù)極的電位變化較大所致，其極化電位的變化值是正極的3~5倍。
提高氫鎳電池低溫快充特性的措施有：負(fù)極儲氫合金、負(fù)極導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的改進、負(fù)正極容量比、正極導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的改進、減小正極材料粒徑、高透氣率及離子交換能力的隔膜。
簡單總結(jié)一下，我們認(rèn)為氫鎳電池在可靠性和安全性方面具有優(yōu)勢，有望用于混合動力車。
