能夠被電動(dòng)自行車采用的有以下四種動(dòng)力蓄電池，即閥控鉛酸免維護(hù)蓄電池、膠體鉛酸蓄電池、鎳氫蓄電池和鋰離子電池。

鉛酸蓄電池

蓄電池因其價(jià)格便宜、材料來(lái)源豐富、比功率較高、技術(shù)和制造工藝較成熟、資源回收率高等綜合因素被各國(guó)各種電動(dòng)汽車普遍采用和廣泛研究。電動(dòng)自行車作為省力、方便、快速、舒適、價(jià)廉、零排放的個(gè)人交通工具已被人們廣泛接受,并受到國(guó)家有關(guān)部門(mén)的重視。由國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心、國(guó)家發(fā)改委、建設(shè)部、科技部等部委參與的《輕型電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究》課題組提出了輕型電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告。電動(dòng)自行車的全國(guó)保有量已達(dá)3000萬(wàn)輛以上。95%以上的電動(dòng)自行車都用閥控蓄電池。[1]

已商品化的電動(dòng)自行車的絕大多數(shù)是使用的密封式鉛酸蓄電池，使用中不要經(jīng)常補(bǔ)充水分，免維護(hù)。其重要化學(xué)反應(yīng)是：PbO2+2H2SO4+Pb←充電、放電→2PbSO4+2H2O

鉛酸蓄電池充電時(shí)變成硫酸鉛的陰陽(yáng)兩極的海綿狀鉛把固定在其中的硫酸成分釋放到電解液中，分別變成海綿狀鉛和氧化鉛，電解液中的硫酸濃度不斷變大；反之放電時(shí)陽(yáng)極中的氧化鉛和陰極板上的海綿狀鉛與電解液中的硫酸發(fā)生反應(yīng)變成硫酸鉛，而電解液中的硫酸濃度不斷降低。當(dāng)鉛酸蓄電池充電不足時(shí)，陰陽(yáng)兩極板的硫酸鉛不能完全轉(zhuǎn)化變成海綿狀鉛和氧化鉛，假如長(zhǎng)期充電不足，則會(huì)造成硫酸鉛結(jié)晶，使極板硫化，電池品質(zhì)變劣；反之假如電池過(guò)度充電，陽(yáng)極出現(xiàn)的氧氣量大于陰極的吸附能力，使得蓄電池內(nèi)壓增大，導(dǎo)致氣體外溢，電解液減少，還可能導(dǎo)致活性物質(zhì)軟化或脫落，電池壽命大大縮短。

綜合性能有很大提高

近10年來(lái),電動(dòng)自行車用閥控蓄電池的綜合性能有很大提高。以6-DZM-10電池為例。1997年,該型電池存在容量不足,2h率(5A)放電容量達(dá)不到10Ah;比能量低,2h率的比能量不到30Wh/kg;壽命短,100%放電深度的循環(huán)壽命只有50~60次(容量降到8Ah前;以下同),使用壽命只有3~5個(gè)月等問(wèn)題。

到2003年,2h率(5A)放電容量達(dá)到11~13Ah;2h率比能量達(dá)到33~36Wh/kg;100%放電深度的循環(huán)壽命達(dá)到250~300次,使用壽命可達(dá)到12個(gè)月以上。電動(dòng)自行車用閥控鉛酸蓄電池存在的問(wèn)題基本得到解決。

該類型電池的深循環(huán)壽命性能又有新的、突破性進(jìn)展。重要表現(xiàn)為:2h率(5A)放電初始容量達(dá)到14Ah;2h率比能量達(dá)到38Wh/kg;100%放電深度的循環(huán)壽命超過(guò)400次,放出總?cè)萘繛?500Ah,相應(yīng)累計(jì)行駛里程約18000km(以4km/Ah計(jì),以下同)。最高的深循環(huán)壽命超過(guò)600次,放出總?cè)萘繛?151Ah,相應(yīng)累計(jì)行駛里程約24600km。假如以容量低于7Ah為壽命終止標(biāo)志,深循環(huán)壽命為943次循環(huán),放出總?cè)萘繛?710Ah,相應(yīng)累計(jì)行駛里程約34800km。假如按深循環(huán)壽命250次或放出的總?cè)萘繛?250Ah、相應(yīng)累計(jì)行駛里程為9000km的電池組可保證使用1年。[1]

重視與充電器的匹配

在多年的使用實(shí)踐中,電動(dòng)自行車的整車廠家和蓄電池廠家都逐漸認(rèn)識(shí)了蓄電池與電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備之間匹配的重要性,特別是與充電器的匹配。制造質(zhì)量是蓄電池質(zhì)量的前提,但只有在與其相匹配的充電器一起使用才能發(fā)揮高質(zhì)量蓄電池應(yīng)有的優(yōu)越性能,否則高質(zhì)量蓄電池不能完全發(fā)揮其潛在的優(yōu)越性能。[1]

不同廠家的蓄電池由于在配方、結(jié)構(gòu)、酸濃度等方面的差別,其合適的充電參數(shù)是不同的。例如,我們?cè)谘芯恐邪l(fā)現(xiàn),不同廠家的蓄電池在恒壓階段的充電參數(shù)可相差1.5~2.0V(對(duì)36V的電池組)。合適的充電參數(shù)基本要求是:確保電池可充滿,不會(huì)因欠充電造成電池容量不正常的衰減;又要確保電池在全壽命期間不會(huì)因過(guò)充電而造成電池嚴(yán)重失水和出現(xiàn)熱失控。[1]

純電動(dòng)汽車用蓄電池

早期純電動(dòng)汽車用的開(kāi)口式蓄電池采用了八五規(guī)劃期間的研究成果,已取得了可用19個(gè)月(12萬(wàn)公里)的成功相關(guān)經(jīng)驗(yàn),關(guān)鍵是積累了控制好充電方式、放電深度、及時(shí)補(bǔ)水等一套系統(tǒng)匹配的工作相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和精心維護(hù)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。近年來(lái)四輪微型電動(dòng)汽車(包括游覽車、巡邏車、高爾夫球車、短距離道路車等)發(fā)展很快,車上采用的大多是開(kāi)口式蓄電池。相應(yīng)型號(hào)的電池受到蓄電池制造廠家的青睞。[1]

電動(dòng)汽車采用的是閥控式密封蓄電池新產(chǎn)品,其性能為:3h率容量55Ah;3h率下比能量為33Wh/kg和84Wh/L;75%放電深度的循環(huán)壽命達(dá)到400次以上。相信電動(dòng)自行車用的閥控蓄電池成功的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)可推廣到純電動(dòng)汽車用閥控蓄電池,性能將會(huì)有進(jìn)一步的提高。[1]

混合電動(dòng)汽車用蓄電池

現(xiàn)在混合電動(dòng)汽車基本分為3類:輕度混合型(即電動(dòng)系統(tǒng)重要用于起動(dòng)和回收制動(dòng)能量,即將在所有汽車上推廣的42V電系統(tǒng)屬于此型)、中度混合型(即電動(dòng)系統(tǒng)用于起動(dòng)、回收制動(dòng)能量和中、短距離的行駛)、重度混合型(即電動(dòng)系統(tǒng)用于起動(dòng)、回收制動(dòng)能量和較長(zhǎng)距離的行駛,也稱為Plug-in)。[1]

在國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中已明確:在輕度混合的電動(dòng)汽車中,閥控蓄電池是有優(yōu)勢(shì)的,重要因其成本低,技術(shù)成熟,性能可靠;中度混合的電動(dòng)汽車用的閥控蓄電池,ALABC(先進(jìn)鉛酸蓄電池聯(lián)合體)正在組織研制,準(zhǔn)備與MH-Ni蓄電池爭(zhēng)奪中度混合電動(dòng)汽車的市場(chǎng),現(xiàn)已推出并進(jìn)行了車上試驗(yàn)的卷繞式雙極耳電池和TMF(金屬薄膜)電池;在重度混合的電動(dòng)汽車領(lǐng)域,蓄電池的比能量低,無(wú)法滿足電動(dòng)系統(tǒng)較長(zhǎng)距離的行駛要求。[1]

鋰離子電池

鋰離子電池是1990年由日本索尼公司首先推向市場(chǎng)的新型高能蓄電池。其優(yōu)點(diǎn)是比能量高，是當(dāng)前比能量最高的蓄電池。已經(jīng)在便攜式信息產(chǎn)品中獲得推廣應(yīng)用。

鋰離子電池被普遍認(rèn)為具有如下的優(yōu)點(diǎn)：比能量大；比功率高；自放電小；無(wú)記憶效應(yīng)；循環(huán)特性好；可快速放電，且效率高；工作溫度范圍寬；無(wú)環(huán)境污染等，因此有望進(jìn)入21世紀(jì)最好的動(dòng)力電源行列。預(yù)計(jì)在2006～2012年期間，當(dāng)鋰離子電池進(jìn)一步發(fā)展時(shí)，MH/Ni蓄電池的市場(chǎng)份額將縮小。鋰離子市場(chǎng)份額將會(huì)擴(kuò)大。已經(jīng)有采用鋰離子蓄電池的電動(dòng)自行車產(chǎn)品出售。

在安全性好、循環(huán)性能好、比容量高的新型價(jià)廉正極材料發(fā)展的推動(dòng)下,電動(dòng)自行車用的鋰離子蓄電池已接近實(shí)用。有幾家已可供應(yīng)較成熟的、裝有電池管理系統(tǒng)(BMS)的電動(dòng)自行車用鋰離子蓄電池。也有專門(mén)生產(chǎn)用鋰離子蓄電池的電動(dòng)自行車廠家。筆者認(rèn)為電動(dòng)自行車用的鋰離子蓄電池將是首先商業(yè)化、大批量在車上使用的動(dòng)力型電池;它將是繼蓄電池之后所占比例較大的實(shí)用化電池,也將成為用于高端電動(dòng)自行車產(chǎn)品的電池。有關(guān)大型鋰離子蓄電池在純電動(dòng)轎車和電動(dòng)巴士,以及在混合電動(dòng)汽車上試用,展覽示范的已有不少報(bào)道。根據(jù)現(xiàn)在的鋰離子蓄電池發(fā)展水平和相關(guān)經(jīng)驗(yàn),認(rèn)為電動(dòng)自行車用48V10Ah以下電池組的安全性是有保障的,但大型鋰離子蓄電池要在商業(yè)化電動(dòng)汽車輛上使用還要做許多艱苦的工作,其原因重要是:純電動(dòng)轎車和電動(dòng)巴士,以及混合電動(dòng)汽車上使用的電池?cái)?shù)量多、系統(tǒng)復(fù)雜,安全性難度更大,對(duì)可靠性和一致性的要求更高,價(jià)格太高等。曾經(jīng)報(bào)道過(guò)深圳比亞迪要在2005年供應(yīng)200輛以鋰離子蓄電池為動(dòng)力源的電動(dòng)轎車組成出租車隊(duì)之事,現(xiàn)在已推遲到2007年了。[1]

燃料動(dòng)力電池

燃料動(dòng)力電池將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能供給電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)車輛。它的重要優(yōu)點(diǎn)是:效率高,可節(jié)省燃料;零排放;噪音小等,特別適合于做車輛動(dòng)力源。氫燃料動(dòng)力電池車將是理想的、最終取代以石油產(chǎn)品為燃料的汽車。[1]

鋅-鎳蓄電池(Zn-Ni)

Zn-Ni蓄電池曾被認(rèn)為是應(yīng)提倡的電動(dòng)汽車用蓄電池。從4~5年的市場(chǎng)篩選來(lái)看,在商業(yè)化的電動(dòng)汽車上幾乎沒(méi)有使用。這重要是由于Zn-Ni蓄電池的價(jià)格貴(每VAh要2.5~4元,為蓄電池的4~6倍);循環(huán)過(guò)程中,初期容量衰減率大,影響了蓄電池組實(shí)際可使用的壽命。另外,鋰離子蓄電池的迅速發(fā)展和價(jià)格降低,使Zn-Ni蓄電池在電動(dòng)汽車上應(yīng)用更加缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。[1]

鋅空氣電池

鋅空電池是金屬-空氣電池的一種,屬于半燃料動(dòng)力電池范疇。它有比能量高、原材料豐富、價(jià)格不高、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是電動(dòng)汽車用電池的有競(jìng)爭(zhēng)力的候選者。

美籍華人曾在上海成立了生產(chǎn)機(jī)械可充鋅空電池的博信(PowerZinc),并已建成示范車間。該制造的電動(dòng)自行車和電動(dòng)摩托車用鋅空電池裝車進(jìn)行了行駛里程測(cè)試,分別達(dá)到150km和250km,并做了大量的推廣應(yīng)用工作,在上海市建立了50個(gè)電池更換點(diǎn)。但是不到1年,此推廣試用工作就停止了,市場(chǎng)篩選的結(jié)果是沒(méi)有被用戶接受。此后在有些領(lǐng)導(dǎo)支持下,做了一輛用該制造的鋅空電池為動(dòng)力源的電動(dòng)巴士,但受鋅空電池高功率性能差的限制,車的啟動(dòng)和加速性能明顯較差。國(guó)內(nèi)外在開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車用鋅空電池方面已經(jīng)做了許多工作。近年來(lái)國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車用鋅空電池的研制工作又重新興起,但是實(shí)踐證實(shí)了鋅空電池原來(lái)應(yīng)有的優(yōu)越性,同時(shí)也暴露了一些國(guó)外已報(bào)道過(guò)的問(wèn)題,如鋅電極更換服務(wù)系統(tǒng)和再生成本,氧電極的壽命,電池的電解液滲漏、爬漏或溢出等。[1]