1、电动汽车铅酸电池的进展第 20 卷第 2 期2007 年 6 月湖南理工学院(自然科学版)JournalofHunanInstituteofScidnceandTechnology(NaturalSciencesVo1.20No.2Jun.2007电动汽车铅酸电池的进展丁跃浇,张万奎,陈波(I.湖南理工学院,湖南岳阳 414006;2.岳阳市电业局,湖南岳阳 414000)摘要:动力电池是电动汽车的关键技术之一.1881 年特鲁夫 (GustaveTrouve)制造出世界上第一辆电动三轮车时,使用的是铅酸电池.目前,仍有不少混合动力汽车和纯电动汽车采用新一代铅酸电池.关键词;电动汽车;铅酸蓄电
2、池;发展中图分类号:TM912 文献标识码:A 文章编号:16725298(2007)02.005003Progressoflead-acidbatteryforelectricvehiclesDINGYue-jiao,ZHANGWan.kui,CHENBo2(1.HuNanInstituteofScienceandTechnology,Yueyang414006,China;2.ElectricBureauofYueyangCity,Yueyang414000,China)Abstract:Powerbatteryisakeytechniqueofelctricvehicles,Thefir
3、stelectricthreewheelerintheworld,whichusedleadacidbattery,wasmadebyGustaveTrouvein1881,Atthepresenttime,alotofhybridelectricvehiclesandbatteryelectricvehiclesstillusenewfashionedlead?acidbattery.Keywords:elctricvehicle;leadacidbatterytechnologyprocess1 普兰特铅酸电池最早用于电动汽车上的二次电池是容器中充满稀硫酸的铅酸电池.着名法国化学家普兰特(
4、GastonPlante)经过孜孜不倦的努力,于 1859 年发现了铅酸电池在充电和放电时铅电极表面化学反应的重要意义.普兰特将两层铅板摇篮布板隔开,据说这些布板是从他太太的裙子上剪下来的,然后他将铅板拧成螺丝状塞人盛有硫酸的容器中,这样便得到了电流,并且在正极板上形成了硫酸铅.通过这种实验,普兰特得到了能充电的电池.此后,法国人福尔(CamilleFaute) 认识到过氧化铅堆积的重要性 ,申请了在铅板上涂铅复合物这种技术专利.因此化学反应主要发生在活性物表面,而铅板本身腐蚀很少,福尔用红铅涂在铅板光滑的表面,然后贴法兰绒作分隔层,电池容量便大大超过普兰特电池.但是,红铅质地疏松,活性物质的
5、附着性太差,特别是车辆在道路上行驶产生振动时,红铅容易从极板上脱落.美国人布鲁什(CharlesF.Brush)几乎与福尔同时发现了在电池铅板上多孔涂层的重要性.l881 年,福克曼(E_Volkmann 等申请了带孔铅板的专利,这种电池用 60 公斤的铅能产生 1马力小时的能量.同年,塞龙(J.S.Sellon)j- 步使活性物质在铅板上的附着性能更好,为了提高铅网板的强度,他借鉴排字机的作法,使用了铅锑合金,这一方法沿用至今.1882 年由铅酸电池供电的电动三轮车如图 1 所示,10 个电池产生 20V 额定电压,福尔电池为 0.5 马力的直流电机提供电能,电机安装在车座下面,根据不同的载
6、重量和速度,电机效率可以达到收稿日期:200702.21基金项目:湖南省自然科学基金资助项目(06JJ5087)作者简介:丁跃浇(1967 一)男,湖南临湘人,副教授,主要研究方向:自动控制方向的研究工作.图 11882 年的电动三轮车第 2 期丁跃浇,张万奎,陈波:电动汽车铅酸蓄电池的进展 5130%一 40.5%.为了减少电池内阻,比利时化学家朱利恩于 1888 年在铅锑舍金中加入了第三种元素汞,液态的汞增强了铅网板的导电率,从而大大延长了电池寿命,并降低了电池内部损耗.从表 1可以看出,这些改进措施对提高铅酸电池的比能量效果很好.2 铅酸电池的近期进展铅酸电池完全可以用于大多数需要充电电
7、池的领域.因此,开发新型电池的步伐在整个 20 世纪一直不快.第二次世界大战之后,聚丙烯箱体使铅酸电池非活性部分重量减轻,可透塑料被开发出来并取代了由雪松材料制成的隔板,有效地提高了电池的比能量和使用寿命.主要改进有:表 1 电池的能量随电池网板的变化而增加1)全新的电池箱材料.由聚丙烯作成的电池箱和盖板非常坚固结实,不受酸,汽油,机油的腐蚀,抗低温,流体和 121 摄氏度的高温.其壁厚仅为橡胶的 1/4,然而在.18 摄氏度时,其耐冲击强度为橡胶的 20 倍,箱体和盖板在热和压力作用下成为一个不可分开的整体.2)更多的极板.由于箱体强度高,壁薄,使电池箱内增加了 12%的空间,可以放置更多更
8、大的极板酸液可以增加 0.473 立方分米,比用橡胶作的电池启动快,启动功率大,后备容量也大.3)高抗扭矩结构.所有单格电池直接在间壁处联结,缩短了电流路径,降低了内阻,得到了更高的效率和端电压.1981 年用于电动汽车的几种高性能电池见表 2.直到 1990 年,经过一个多世纪的努力,最合适的电动汽车商用动力电池仍然是 1859 年普兰特发明的铅酸电池,而且当时的铅酸电池的比能量还不到1888 年朱利恩铅酸电池的 2 倍.1989 年,德鲁奇(M?Deluchi)等人在一份关于电动汽车现状及与内燃机汽车比较的报告中论及了一些先进电池,对于铅酸电池,优点是技表 2 典型的近期高性能电池术成熟,
9、商业化;缺点及待研究的课题是铅重,比能量和比功率低 ,放电时电压和性能下降.3 阀控制密封铅酸电池铅酸蓄电池的应用历史最长,也是最成熟,成本售价最低廉的蓄电池.它已实现大批量生产.但它比能量低,自放电率高,循环寿命低.当前存在的主要问题是其一次充电的行程短.近期开发的第三代圆柱型密封铅酸蓄电池和第四代 TMF(箔式卷状电极 )密封铅酸蓄电池已经应用于 EV 和 HEV 电动汽车上 .尤其是第三代 VRLA 蓄电池低阻抗优点可以控制快速充电过程中的欧姆热 ,延长电池的寿命.前面已经介绍了铅酸蓄电池作为混合动力汽车电源,虽然有许多的不足之处.但由于其价格低廉,工艺成熟,特别是近年来阀控制密封铅酸蓄
10、电池(VRLA)技术已经日趋完善,所以,VRLA 蓄电池在动力电源中仍占有一席之地.3.1VRLA 蓄电池的结构特点和使用性能这里所说的 VRLA 蓄电池指的是贫液式(AGM)电池,具有下列结构特点;(1)用新板栅材料,负极板栅采用铅一钙合金,以提高析氢过电位,正极板栅用铅基多元合金,用于改善点挣 I 生.(2)改变正,负极板活性物质电化当量配比,设计为以负极板容量相对于正极板过剩.(3)电池为贫液设计.电池盖上装单向节流阀,使电池处于密封状态,遇到异常情况时排气阀打开排52 湖南理工学院(自然科学版)第 2o 卷出气体.经过技术改进的 VRLA 蓄电池具有下列新功能 :无酸雾逸出;无需定期进
11、行补水;比能量大;自放电小;浮充寿命长.从这些新性能可以看出来,VRLA 蓄电池的薄板设计和低阻抗可以更好的符合混合动力汽车操作要求.3.2 电动车用新型 VRLA 蓄电池(1)近期日本公司开发的电动汽车用新型 VRLA 蓄电池 ,其电压规格有单体 2V和 4V,采用贫液式和极板水平设计.饭板间的间距很小,不会出现电解液分层,脱落物质向下移动有极板挡住,电池底部无脱落物堆积.(2)ectreosorce 公司的 12Vl12A?h 电动汽车用水平蓄电池,其用 3 小时率放电质量比能量为 50W?l1/kg,80%IX)D(放电深度) 的循环寿命大于 900 次.(3)德国阳光公司的电动汽车用铅
12、酸蓄电池采用胶体电解质设计,经检测其6V,160A?h 电池的预期寿命可达到 4 年,具有热容量大,温升小等优点.)美国 Arias 公司于 1994 年推出双极性电动车用铅酸蓄电池,其结构技术独特.这种电池的工作电流只垂直于电极平面而通过薄的双电极,所以具有极小的欧姆电阻.(5)美国 BPC 公司开发的双极性电动车用铅酸蓄电池技术参数为: 组合电压为180V,电池容量为60A?h,放电率比能量为 50W-h/kg,循环寿命可达到 1000 次.f6)瑞典 OPTLMA 公司推出的卷式电动车用铅酸蓄电池,产品容量为 56A?h,启动功率可达到 95kW,比普通的 195A?h 的 VRLA 蓄
13、电池启动功率还要大 ,而体积小 1/4.铅酸蓄电池是一个很复杂的化学反应系统.充放电电流的大小和它工作温度等外部因素都会影响蓄电池的性能.计算电池的 SOC 值,并根据汽车的运行状态以及其它的参数来确定汽车的运行模式,是电动汽车的一项关键技术.参考文献:【I】张万奎 ,汽车蓄电池MI.北京:人民交通出版社,1995.【2】ErnestH.Wakefield.HistoryoftheAutomobile-Battery-OnlyPoweredCarsM.PublishedbySocietyofAutomotiveEngineers,lne,1994【3】梁春辉等.混合动力汽车及其蓄电池MI.电源
14、世界,2006(2)P3335.【4】杨慧萍等.WG6120HD 合动力电动汽车蓄电池管理系统的研究 J】.养育汽车,2006(4)P2830.(上接第 27 页)3 结论本文通过对几种经典边缘检测算子的实验对比分析,总结了各个算法的优缺点及其可能的应用范围,为今后人们使用这些算法提供了参考依据.同时从实验结果可以看出,Canny 边缘检测算法能比较完美的检测出物体的边缘.参考文献:董汉莉.Marr-Hildreth 算子边缘精确定位的研究【J 】_郑州工业大学.V01.2O.2,l999:363821Canny.L.AcomputationalapproachtoedgedetectionP
15、.198631D.H.Ballad,C.M.Brown.ComputerVisionM.PrenticeHall,EnglewoodCliffs,N.J.,l982H.Li,M.A.Lavin.FastHoughTransform:AHierarchicalApproachA.CVGIOl98636:l39-16l51J.1llingworth,J.Kittlr.TheAdaptiveHoughTransform.IEEETransJ.PatternAna1.Machinelntel1.1987 一 PAMI 一 9(5):690-698616D.H.Ballard.GeneralizingtheHoughTransformtoDetectArbitraryShapesJ.PatternRecognition,l98ll3:l1-122【7】李炜,黄心汉,王敏.一种快速 Hough 变换改进算法及其在图像边缘检测中的应用【J】_信号处理,V0l_l5No.2,l999:182-1878l 孙慧,周红霞,李朝晖等.网象处理中边缘检测技术的研究 J】.电脑开发与应用,2002(1o):8M0.
