纯电动汽车轻量化是现阶段电动汽车开展的重点关注对象之一，针对现今市场上绝大局部的电动汽车依然采用较为笨重而且污染较大的铅酸电池作为低压蓄电池的状况，本文讨论了运用锂电池作为纯电动汽车低压电源的可行性，在简单引见了锂电池和铅酸电池的现状之后，针对性地指出了运用锂电池作为纯电动汽车低压电源的优缺陷，此外，还讨论了纯电动汽车运用锂电池作为低压电源系统的管理战略，这关于纯电动汽车上运用锂电池作为低压电源系统具有一定的参考价值和指导意义。关键词：纯电动汽车；汽车蓄电池；锂电池；铅酸电池；　　铅酸电池在汽车蓄电池上的应用历史曾经超越了一个世纪，但是，铅酸电池有着笨重、能量密度低、消费和回收过程污染大等缺陷，这些缺陷***局限了铅酸电池将来在汽车上的应用，许多工程师曾经开端探究可替代铅酸电池的绿色电池[1]。近年来，随着技术的开展和科学的进步，许多工程师发如今同等的环境下锂离子电池相比铅酸电池具有明显的优势，锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命、高放电倍率、低自放电和低污染等优点，这些优点使得锂离子电池在电动汽车高压动力电池上得到了普遍的应用。由于系统供电原理与汽车启动方式的不同，电动汽车和传统燃油汽车的低压电源性能请求差异较大，因而我们要开发真正合适电动汽车运用的低压电源系统，其中方向之一就是运用锂离子蓄电池替代传统铅酸蓄电池[2]。但是，当前锂离子电池在纯电动汽车低压用电系统中的应用问题还鲜有研讨，同样，当前对纯电动汽车低压用电需求也缺乏系统的研讨和理论的指导，现阶段市场上所售的纯电动汽车大多沿用传统燃油车运用铅酸蓄电池的设计，这种设计并非一定合理。　　需求指出的是，电动汽车的续航里程曾经成为当前电动汽车开展的痛点，为了延长电动汽车的续航里程，电动汽车的轻量化曾经成为了电动汽车开展重点关注的对象，这也是将来电动汽车开展的趋向[3]。有研讨标明，电动汽车的质量减轻之后，整车行驶里程简直能够成比例地进步

运用锂离子蓄电池替代铅酸蓄电池，能够经过集成低压蓄电池、DC-DC和高压动力电池从而进步电池系统的集成度，***降低汽车质量的同时进步汽车内的容积应用率。　　下文将系统地对纯电动汽车运用锂离子电池作为低压电源这个问题停止讨论，这将对纯电动汽车的轻量化设计和电气系统的合理设计具有一定的参考价值和指导意义。1.  传统铅酸电池现状　　近年来，铅酸电池技术不时开展，日渐成熟，我国已查明铅矿储量已达4270万吨[5]。随着消费厂商在华投资增加，铅酸蓄电池产业开展疾速，也成为了的铅酸蓄电池出口国之一。其中，免维护和密封性铅酸蓄电池技术获得了宏大的打破，我国的汽车用铅酸蓄电池技术已处于***程度，铅酸蓄电池产业开展的年增长速度曾经超越30%[6]。　　在环保技术方面，目前我国在相关的处置办法和技术已根本成熟，国内各大中大型铅酸蓄电池厂家不时加大环保投入力度，更新工艺设备，使得消费作业环境不时得到改善，多数大型企业做到了清洁消费[6]。即便如此，铅蓄电池消费过程和回收过程中的污染问题还没得到完整处理，再加上某些企业管理不严，招致铅酸电池消费过程依然不“绿色”，严重危害到消费人员的生命安康。广东省惠州市职业病院曾在2014年对本地多家铅酸电池厂接触铅工作人员停止体检，发现本地域铅酸电池厂职业病状况严重，许多铅酸电池厂员工患有不同水平的血铅。铅酸电池在消费、制造和回收的过程中的污染问题，依然相当严峻[7]。　　在性能方面，铅酸蓄电池性能稳定、具有较高的牢靠性、不容易发作热失控，即便在汽车发起机舱这种高温工作环境下，依然可以良好的工作。铅酸电池还具有较强的短期大电放逐电的才能，可以很好地满足传统燃油车发起机启动的需求[8]。

同时，在汽车发电机启动时的浮充状态下铅酸蓄电池表现良好，可以充任一个大电容过滤汽车发电机产生的各种电源毛刺干扰，给后续用电器提供一个良好的电源环境。铅酸蓄电池抗过充过放才能也较强，当汽车长期放置，铅酸电池掉电的状况下，重新充电即可运用，也不会对电池自身形成过多的损伤[9]。　　即便铅酸蓄电池有这么一些良好的运用性能，但由于其消费过程和回收过程污染严重以及对汽车来说体积和质量较大，一些人曾经开端着手寻觅一种可替代铅酸蓄电池的“绿色电池”来作为汽车蓄电池运用。2017年，韩国现代汽车的工程师在loniq混合动力汽车中去掉了12V铅酸蓄电池，交换成锂离子蓄电池，然后整合到混合动力一体化电池内，胜利地减重11.8kg，载货容积提升了2.4%，获得了良好的效果[10]。2.  纯电动汽车低压用电需求剖析2.1  纯电动汽车和传统燃油汽车低压用电的异同　　现阶段纯电动汽车的低压用电设备大多持续传统燃油汽车，车上的低压用电设备与传统燃油汽车大同小异，如车灯、车载声响、喇叭、雨刮等等。不相同的是，纯电动汽车没有传统燃油汽车的发起机起动机、高压点火模块等发起机相关的用电设备，因而也没有传统燃油汽车启动发起机的短时大电流需求。但是，纯电动汽车比传统燃油汽车多出了电机控制驱动器、电池管理系统、电池热管理系统、高压直流继电器等电动汽车***的用电设备，除了给动力电池上电的高压直流继电器在闭合霎时会产生5到8安培的动作电流会对电源形成一定的冲击之外，这些用电设备大多只要持续的小电流供电需求。而且纯电动汽车的蓄电池并不需求接受发起机带来的高温，因而纯电动汽车蓄电池的工作环境要比传统燃油汽车蓄电池的工作环境要良好[11]。　　再看发电设备，传统的燃油汽车运用汽车发起机带动发电机产生低压电源所需求的电力

这种发电机产生的电力具有纹波质量差、尖峰多且峰值大的特性，直接运用这种电力很容易招致电子系统发作毛病，此时铅酸蓄电池也起到吸收尖峰、维护后级用电器的作用[12]。而在电动汽车上，普通会运用开关式隔离DC-DC把动力电池的高压电转换为隔离的低压电，给低压用电器供电并且给蓄电池充电。这种经过DC-DC产生的电力效率较高且具有良好的纹波特性，即电源比拟“洁净”，因而能够直接应用而不需求刻意地让蓄电池吸收尖峰，这也是电动汽车的一个优势所在。　　总体而言， 纯电动汽车的低压蓄电池并不需求接受像传统燃油汽车蓄电池那样的短时大电流，也不需求刻意吸收电源中的尖峰，其工作环境也比传统燃油汽车的好，因而可知，电动汽车对蓄电池的请求并没有传统燃油汽车那么苛刻。2.2  纯电动汽车五种状态低压用电剖析　　依据纯电动汽车的工作状态，车辆的低压用电状态可分为五种状况：放置状态、ACC状态、启动状态、行驶状态和充电状态[13]。 1) 放置状态 纯电动汽车在放置状态下，低压蓄电池的供应三瑞6FM150Z-X深循环阀控式蓄电池发电厂储能供电机制和传统燃油汽车相似，这时低压蓄电池的作用是维持汽车的放置，让其具有随时唤醒随时工作的才能。这时汽车上简直一切用电设备都处于休眠以至关闭的状态，而低压蓄电池则需求为处于休眠状态或者处于低功耗工作状态的电子系统提供休眠所需求的静态电流，这个静态电流普通很小，为毫安级别。静态电流是评价车辆电气系统的指标之一，小的静态电流能够使车辆具有***的放置时间，而过大的静态电流容易招致车辆亏电以致于无法启动[14]。 2) ACC状态 纯电动汽车在ACC状态下，低压蓄电池的供电机制仍然和传统的燃油汽车相似。与放置状态相比，这时简直整车的用电器都处于正常工作的状态，因而，这时的蓄电池需求提供较大的电流，以供车载用电器运用，比方车灯、制动助力器、空调和收音机等等[15]。普通这个时分电动汽车的高压直流继电器还没闭合，高压系统并没有上电，DC-DC不工作，所以此时仅有汽车的蓄电池为整车提供电力。这个状态的可持续时间和蓄电池的电容量有很大的关系，但是也能够经过一些特殊的控制战略来延长这个状态的可持续时间。这个状态的可持续时间会***影响汽车用户的用车体验，值得我们留意。 3) 启动状态 纯电动汽车的启动状态是ACC状态到行驶状态的过度状态，这个状态普通十分短暂。

在启动状态下，需求经过驱动动力电池系统内的高压直流继电器来翻开动力电池系统以释放出高压给动力驱动系统运用。普通来说，为了平安，动力电池系统内会有多个高压直流继电器用于分割高压电池包，每个高压直流继电器启动时需求5到7安的瞬态电流[16]，所以多个高压直流继电器同时启动会给12V电源系统带来一个较大的电流冲击，当这个电流冲击过大时，就可能会影响低压蓄电池的寿命。采用一定的控制战略能够缓解这个冲击，从而降低蓄电池的担负，起到延长低压电源系统寿命的目的。 4) 行驶状态 当纯电动汽车处于行驶状态时，动力电池系统内的一些高压直流继电器会闭合，动力电池系统对动力系统输出高电压，以为车辆的运动提供能量。关于纯电动汽车来说，处于行驶状态时，车辆普通由DC-DC给整车低压系统供电，这时低压蓄电池并不需求对外输出电流，相反，此时低压蓄电池作为用电器会承受来自DC-DC的电流，DC-DC会给低压蓄电池充电[17]。关于锂离子电池来说，这个时分需求执行一定的控制战略避免电池过充，过充将会带来灾难性结果。 5) 充电状态 当前电动汽车充电桩市场依然比拟紊乱，不同的厂商会运用不同的规范，所以当纯电动汽车处于充电状态时，不同厂商关于低压供电的战略有所不同。普通来说这时车载充电机、BMS和充电相关的部件的低压供电可由充电桩完成，其他无关的用电器可处于休眠以至关闭的状态，这种做法能够减少低压蓄电池的工作时间，从而进步了低压电源系统的总体寿命。3.  电动汽车运用锂电池作为低压电源的优势3.1  锂资源与电极资料　　锂资源非常丰厚，主要有矿石锂资源和盐湖锂资源两种，作为制造电池的原资料，碳酸锂[18]。我国目前约80%的碳酸锂来自于矿物的提取，但是锂资源的75%以上存在于盐湖卤水中，盐湖提锂工艺普通比拟繁琐且不具有通用性。相比铅资源，锂资源同样丰厚，固然锂资源的提取工艺比拟复杂，但电池级锂的取得工艺比纯电铅的取得工艺耗能要少得多，更契合环保的请求[19]。　　再看锂离子电池的电极资料，目前正极资料有钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂以及一系列三元锂资料[20]。这些正极资料对性能指标的请求比拟高，相比铅酸电池的正极资料，消费工艺比拟复杂，需求较高的干净度，但相比铅正极资料的消费，更契合环保的请求。固然消费锂离子电池的本钱要更高一些，但随着科学技术程度的不时进步和锂离子电池的产量越来越大，这些问题将来将会得到处理。

3.2  电池性能 1) 锂离子电池具有较高的比功率和比能量，因而相比铅酸电池，锂离子电池能够做得质量更轻、体积更小，这样更契合纯电动汽车轻量化和部件小型化的请求。 2) 锂离子电池相比铅酸电池具有***的循环寿命，自放电小且无记忆效应，假若设计合理，锂离子蓄电池以至能够做到和车辆同寿命。从这些方面来看，锂离子电池更具耐用性，更容易被消费者所承受。 3) 锂离子电池工作温度范围也较宽，固然不如铅酸电池宽，但经过适宜的布置以及良好的控制战略，能够使得它在汽车上不断处于良好的工作环境中。 4) 锂离子蓄电池具有足够高的瞬时放电才能，固然在这方面比不上铅酸电池，但用于纯电动汽车上，锂离子蓄电池的放电才能曾经足够了。 5) 相比铅酸电池，锂离子电池要更环保，而且锂离子电池的回收更便当，不易形成污染，更容易被***承受。锂离子蓄电池的回收再应用技术也是近年来的研讨***。3.3  系统集成度进步　　纯电动汽车运用锂离子电池作为低压蓄电池时，锂离子电池能够集成到动力电池模块，成为电源一体化模块。此时，锂离子蓄电池、DC-DC能够和动力电池装置在同一壳体内，从而减少了电池箱电衔接器的数量，三者能够共用一套热管理系统，降低了整车本钱，降低了整车重量，使得车辆的布置愈加紧凑。同时重心也变低了，有利于进步车辆的支配稳定性。现代的loniq混合动力汽车就是供应三瑞6FM150Z-X深循环阀控式蓄电池发电厂储能把锂离子电池集成到电源一体化模块内，获得了较好的效果[10]。3.4  经济方面　　锂资源要得以应用，需求经过提获得到工业级碳酸锂，此时碳酸锂的含量在98%到***之间，再经过进一步提纯为99.5%的碳酸锂产品才干用于动力电池的消费。最终电池级碳酸锂的价钱约为27000元/吨[21]。锂电池的消费工艺比拟复杂，特别是正极资料，电池消费工艺条件请求高，这也是锂电池价钱高的另一个缘由。　　总体而言，相比工艺曾经开展了一个多世纪、消费技术曾经相当成熟的铅酸蓄电池，锂离子电池的本钱要高一些，但还是在能承受的范围之内。锂离子蓄电池作为一种“年轻”的电池，未来必然会随着科学技术的开展，不时地优化消费和回收工艺，最终到达一个更环保更经济的技术状态。