2008年美国石油消耗比例
全球能源与环境问题
汽车交通能源--世界石油的最大消耗源 是环境污染、温室气体排放根源 汽车消耗汽油1升 排放CO2 2.4kg
世界各国CO2排放目标
欧洲 美国 日本 中国
2015年 2016年 2015年 2015年
130g/Km 155g/Km (现在204g/Km) 138g/Km 161g/km
VRLA-C电池（Pb-C电池）
负极活性物质（NAM）碳改性后电池PSoC下的循环性能
VRLA-C电池（Pb-C电池）
负极活性物质（NAM）加碳后HEV BUS电池在HRPSoC下充电循 环时放电终止电压的比较
VRLA－C电池（Pb-C电池）
负极活性物质（NAM）碳改性后电池的Tafel曲线
在所有电压下负极活性物质改性电池的电流都提高
－－对电池功率和能量的要求
全球混合电动车的销售状况
2000-2008年全球混合电动车的销售量（辆）
欧洲混合电动车的市场
1.1 M vehicles /year 18 M vehicles/year
2009－2013年欧洲混合电动车的市场（辆/年）
全球混合电动车的市场预测
2010－2050年全球HEV/PHEV的新车市场份额预测
超级电池的性能
充电/放电功率
放电深度和充电/放电功率之间的关系
超级电池的性能
超级电池循环寿命
超级电池和其它电池在PSOC工作条件下的循环寿命比较10%DOD
超级电池的性能
超级电池与Ni-MH电池块在本田Insight HEV行驶试验期间 油耗，二氧化铅排放和成本比较
电池 Ni-MH电池组 超级电池组
石墨
活性碳
炭黑
VRLA-C电池（Pb-C电池）
Pb-C电池中负极加入碳的理论
活性碳：一种多孔泡沫，是酸的吸收体 提高电容容量
石墨：导电剂
炭黑：导电剂
VRLA-C电池（Pb-C电池）
标准铅酸电池负极和碳改性负极
SEM的二次电子像
VRLA-C电池（Pb-C电池）
负极活性物质（NAM）碳改性后电池PSoC下的循环性能
超级电池的应用
风能储能用超级电池模块安装在Newcastle Energy Centre
超级电池的应用
超级电池模块用于再生能源的储能
6KWh超级电池模块
超级电池的应用
超级电池用于风能的储能和平稳供电
超级电池的应用
超级电池用于下一代电力供应系统
第二代超级电池：VRLA-C电池（Pb-C电池）
PbC12V50 0
PbC12V60 0
27
30H
55
65
PbC12V75 0
30HT
80
VRLA-C电池（Pb-C电池）
Pb-C电池的优点：
1、可以利用铅酸电池基础进行生产 2、消除了铅酸电池负极引起的问题，在HRPSoC运行下提高了循环寿命
3、低的价格;是普通铅酸电池的1.5倍
4、全部可以回收再生 5、降低了电池重量
VRLA-C电池（Pb-C电池）
美国Axion制造的铅－碳电池：
Standard VRLA Cell (“Lead-Lead”)
PbC Cell (“Lead-Carbon”)
®
VRLA-C电池（Pb-C电池）
美国Axion制造的铅－碳电池：
Product PbC12V07 0 PbC12V45 0 BCI Group Size BTX7A 24 Capacity (Ah) 6 50
能量储存的工作荷电状态
电池在EVs/HEVs/PHEVs 中的应用状态
电池在EVs/HEVs/PHEVs 中的应用状态
电池HEVs中的荷电状态
超级电池技术
超级电容器和铅酸电池联合储能装置
超级电池技术
超级电容器和铅酸电池联合储能装置
超级电池技术
超级电容器和铅酸电池联合储能装置
轻度HEV10秒－20分钟要求储能装置具有电容器和电池的性能
VRLA-C电池（Pb-C电池）应用
VRLA-C电池组和电子控制板及其在ADDZEV车内的安装
$24,000
需要改善
需要改善
$18,000
可以接受
差（美国）
$3,000
优
优
普通铅酸蓄电池在不同应用领域的问题
典型的荷电范围、充放电倍率和失效模式
铅酸蓄电池在HEV中的工作状态
HEV的工作负载 是高倍率部分荷 电状态（HighRates Partial State of Charge) 高倍率放电 高倍率充电 －－电池失效原因
混合电动车电池的商业化进程
美国能源部发展路径：HEV--PHEV—EV
研究目标
Specific Energy: 100 Wh/kg (by 2010) 150 Wh/kg (by 2015)
Phase 1: Materials Development Phase 2: Cell Development Phase 3: Battery Development
超级电池的原理
超级电池的原理
超级电池是一个不对称超级电容器
超级电池
由澳大利亚CSIRO承担ALABC的项目研发，日本FURUKAWA（古河）生产 HEV用12V8.5Ah超级电池比现在用电池便宜70％
超级电池
澳大利亚CSIRO的研究人员在实验室准备超级电池的极板
超级电池的性能
负极析氢
电容器电极有、无添加剂的析氢与铅酸电池负极析氢的比较
超级电池的应用
位于英国Millbrook的通用汽车公司的游轮 采用澳大利亚CSIRO研制、日本古河公司生产的 超级电池组 ， 完成了85000英里的测试，性能良好
超级电池的应用
用于动力助力混合电动汽车的先进VRLA电池－超级电池和双极电池
超级电池的应用
风能的储能
超级电池的应用
再生能源（风能、太阳能）的储能电池工作状态－Partial State of Charge
超 级 电 池 新技术
New UltraBattery Technology
胡 信国
哈尔滨工业大学
2010.04.25.南京
全球能源与环境问题
世界石油消耗占： 世界能源消费的40％ 交通能源消费的90％ 美国交通能源占石油消耗68.3％ 中国 1993年石油出口国 2002年石油对外依存度25％ 2003年世界第二大石油消费国 2008年石油对外依存度51.4％
EV/HEV中应用的动力电池比较
EV/HEV中应用的动力电池比较
20kWh电动汽车动力电池性能比较
铅酸蓄电池用于EV/HEV的优势
不同电池技术达到80-100Km需要的价格
电池类型 Li-ion电池 （1200 $/kWh） Ni-MH电池 （ 900 $/kwh) 铅酸电池 (150 $/kWh) 20 KWh的价格 安全性 制造基础
成本目标
HEV: $20/kW (by 2010) PHEV: $250/kWh (by 2015)
Phase 4: Cost Reduction
Commercialization
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1. Li Metal Polymer 2. Li/Sulfur system 3. Li alloy/high V TMO system 4. Li titanate/Mn spinel - Enerdel 5. Graphite/Mn spinel - CPI/LG Chem 6. Graphite/Iron phosphate - A123Systems 7. Graphite/Nickelate - Johnson Controls - Saft
第二代超级电池:VRLA-C电池（Pb-C电池）
VRLA－C电池:
ALABC2007.1－2009.12重点研发项目碳增强的混合电动车用 铅酸蓄电池（VRLA-C电池） VRLA-C电池的优点： 1、回收率高（97％）远远高于其他任何电池 2、没有易燃成分，安全性好 3、有很好的生产基础，无需大量投入 4、价格最便宜，1KWh电池（作为混合电动车辅助动力）的最近价格 Ni-MH电池$2000 德国在2008AABC报告 Li-ion电池$1000 未来价格（尚未实现）松下在2008AABC报告 VRLA电池$250 5、普通铅酸蓄电池的最大问题是部分荷电下的高倍率放电（HRPSoC） 负极加入碳，导致HRPSoC性能根本改变
2020年 2020年
95g/km 115g/km
2020年
先进水平
世界各国发展电动汽车计划
英国政府投入4亿英镑支持低碳新能源车辆研发 美国2010财年预算4.97亿美元研发混合动力系统，2010年25kW 动力电池成本500美元/kWh，2014年降低到300美元/kWh PHEV40英里，成本3000－4000美元
1、超级电池完全可以替代 Ni-MH电池用于混合电动车
2、比Ni-MH电池具有更好的 汽车运行性能 3、电池成本大大低于Ni-MH 电池，有利于HEV市场化 4、电池回收率大大高于NiMH 和锂离子电池
超级电池的应用
超级电池获得了美国政府3250万美元资助 由EAST PENN在美国生产，用于HEV
VRLA-C电池（Pb-C电池）应用
VRLA-C电池的汽车示范项目：在日本 HONDA Insight 混合电动车,安装了144V VRLA-C电池组（单12V6.7Ah） 在没有空调条件下已经通过10万英里道路试验
在2009日内瓦车展上
VRLA-C电池（Pb-C电池）应用
VRLA-C电池的汽车示范项目：在英国 由英国政府资助，在插电式混合电动面包车,安装了VRLA-C电池组， 正在Millbrook试验场道路试验