铅酸蓄电池SOC估计

基于内阻与开路电压差联合法的铅酸蓄电池SOC估计

【摘要】为了准确判断铅酸蓄电池的剩余电量，本文在分析传统方法的基础上，将蓄电池内阻与开路电压差结合来构建一种新型的蓄电池SOC 估计算法，并进行了基于MSP430单片机的蓄电池剩余电量检测系统设计。

【关键词】蓄电池；SOC；单片机

1.引言

阀控式铅酸蓄电池（VRLA）具有容量大、价格低、免维护等优点，因此作为电源广泛应用于交通、通信、军工、电力、金融等领域。蓄电池的储能、充电、放电是一个复杂的电化学反应系统。在实际运行时，不同负载条件、使用时间、充放电次数、以及温度等多方面的原因会使得蓄电池容量降低，性能下降，进一步会影响蓄电池供电系统的正常工作，因此，对蓄电池剩余电量的精确预测，不仅可以监测蓄电池剩余电量，还可对蓄电池的健康状况进行评估，有利于使用维护设备人员提前对蓄电池采取相应措施，避免蓄电池故障给设备使用带来影响。对蓄电池的剩余电量，业界通常用荷电状态SOC （State of Charge）来表示。传统采用端电压的变化来估计蓄电池的剩余容量，蓄电池端电压高，其剩余电量大，反之亦然，然而随着蓄电池的使用时间增加，老化问题越显严重，存储容量就会减小，但是端电压变化不明显，所以用蓄电池的端电压的变化及其大小来推断蓄电池的SOC时存在较大的误差[1]。因此，蓄电池的SOC预测一直是国内外相关机构和研究人员的研究热点，于是相关研究人员提出了不同的在线监测方法并进行了相关实验，其方法有开路电压法、电液比重法、安时积分法、内阻法、卡尔曼滤波、神经网络和模糊推理等，但每一种预测方法都有一定的不足之处，例如开路电压法无法进行开路电压的在线测试、电液比重法的测

量相当复杂，安时积分法无法准确确定初始容量等[2]

。针对上述问题，考虑蓄电池的相关特性，本文给出了一种基于蓄电池内阻和开路电压差组合的方法来搭建蓄电池SOC预测模型，并在此基础上，设计了基于MSP430F149单片机的铅酸蓄电池SOC预测系统。

2.常用蓄电池SOC预测方法

2.1开路电压法研究表明，铅酸电池电动势与SOC密切相关，而电池开路电压在数值上接近电池电动势，因此铅酸蓄电池的荷电程度SOC跟蓄电池电解液密度密切相关，根据W.NERNST方程可知铅酸蓄电池的电解液与铅酸蓄电池电动势存在相应的关系，因此通过测量蓄电池的开路电压，便

可计算蓄电池的剩余电量[3]

。但是缺点在于随着蓄电池使用时间增长，电池老化加剧、其剩余电量下降时，开路电压并无明显变化显，因此利用开路电压就无法准确预测蓄电池的剩余电量。

2.2安时积分法

安时积分法是传统经典的SOC估算方法，又称库伦计数法，是目前

电池电量管理系统中最广泛使用的一种方法［5］

。它是通过对电流连续检测并进行积分来求得到电池释放或吸收的电量，再利用蓄电池的初始储能减去释放或加上吸收的电量，从而得出电池的SOC值，该方法有以下几个缺点：（1）要求电流的检测精度和频率非常高，否则会导致积分误差不断累加，最后便不准确；（2）电池充放电效率和电池的SOC 值与多种因素相关，例如电流、温度、老化、内阻变化率、寿命等，并成非线性关系，某些量是难以准确测量，这将造成SOC的估算误差越来越大，形成累积误差；（3）当负载不断变化时，蓄电池的电流波动将会变化剧烈，电池的容量也会随之发生变化，仅用该方法很难得到准确结果。

2.3内阻法

相关研究表明，电池的内阻与SOC之间有较高的相关性，因此通过测量电池内阻便可较准确地预测蓄电池的剩余电量。当蓄电池完全充电（充满）和完全放电（放完）时，其内阻相差约2-4倍左右。随着电池充电过程的进行，内阻逐步减小，当充电充满时内阻最小；随着放电过程

王宇鹏

昆明地铁建设管理有限公司 云南昆明 650000

的进行，内阻逐步增大，当放电放完时内阻最大。此外，随着使用时间

增长，电池将会逐渐老化，其内阻也将逐渐增大，其剩余电量也随之下降。因此用测量蓄电池内阻来预测蓄电池的剩余电量，相比之下要比开

路电压法的结果更准确一些。但是根据文献[6]

给出的蓄电池内阻与SOC 的变化关系曲线可知在剩余电量高于40%以上的区域内，蓄电池的内阻基本没有变化，并且不受放电电流的影响；而当剩余容量小于40%时，蓄电池的内阻才明显增加。因此内阻法在蓄电池的剩余容量小于40%便可准确预测，当剩余容量超过40%时，基本无法准确预测。

2.4高级预测方法

由于蓄电池剩余容量与电池开路电压、电池充放电电流、循环次数、蓄电池内阻、电解液密度和温度、自放电等多个参数有关，并且具有较强的非线性，因此采用相关方法很难得到准确估算值，因此相关研究

尝试将相关自适应模型或智能算法用于蓄电池的SOC估算［3］

，其中以卡

尔曼滤波器、模糊推理和神经网络研究较多[4]

。卡尔曼滤波法虽然对初始SOC误差不敏感，但是对电池性能模型精度及电池管理系统计算能力要求高，在一般的小型系统难以达到。模糊推理和神经网络对样本的需求量和数据质量要求比较高，同样对系统的计算能力有一定的要求。

3.基于内阻与开路电压差联合法的蓄电池SOC估计算法在直流电路情况下，蓄电池的等效电路可认为是一个电压源（即蓄电池开路电压）和电阻（蓄电池内阻）的串联电路构成（即为戴维南等效电路），如图1所示。

在蓄电池的充放电过程中，蓄电池的充放电电流、蓄电池端电压可通过外部的检测电路测得，如果在某一时间间隔内检测到两组电流电压值U 1、I 1、U 2、I 2,而在这一较短的时间间隔内，可认为蓄电池的开路电压和内阻近似不变，因此蓄电池的开路电路和内阻可由以下式子求得：

（1） 式（1）中，“+”代表充电过程，“-”代表放电过程。因此在整个充放电过程中，只要不断的检测蓄电池的电压和电流，便可实时的求出蓄电池的开路电压和内阻。

根据GS公司积累的蓄电池相关数据，铅酸蓄电池的开路电压OCV

图1 蓄电池戴维南等效电路图2 开路电压差、内阻与荷电状态关系

(>>下转第188页）

DOI:10.13751/https://www.wendangku.net/doc/f7897557.html,ki.kjyqy.2015.08.168

3.3用传递比较法进行验证

将被检定的电导率仪送至山西省计量科学研究院，用高一级的计量标准进行检定，检定结果为y ref ，扩展不确定度为U ref ，单位的包含因子相等（k=2），按照JJF1033-2008要求，应满足，测量结果的不确定度是合理的。分别计算两个测量点，上式均成立，说明被考核单位检定结果验证合格。传递比较法验证结果见表5。

4、验证结果探讨

参加比对的单位虽然来自不同行业，但计量标准的准确度等级相同，通过比对结果计算可知，和传递比较法对被考核单位的两个测量点验证结果均合格，说明采用比对法对本次检定结果的验证是有效的、合理的。

从经验来看，参加比对的实验室数量越多，检定结果的算术平均值越接近真值，验证的结果也就越可靠。当参与比对的各单位量值的测量不确定度可靠性可被认可而且有显著差异时，可采用加权平均法计算参考值。

当无法使用更高一级计量标准进行传递、被检定对象无法移动、或因为成本等原因不适合进行传递比较时，可采用比对法对检定结果进行验证。通过比对还可以评定各单位检定的一致程度，实现实验室间的互认。因此，在实验室检定的验证中，比对法是一种不错的验证方法。

表5 传递比较法验证结果表 单位：μS/cm

带打滑的现象，造成皮带轮丢转干磨，也就是我们常看到的皮带冒烟并伴有刺耳声音，不及时调整皮带极易烧毁，影响生产。这样的井，我们一线工人应做到心中有数，在雨来之前重点检查一下，并及时的调整皮带的松紧度，防止皮带打滑，烧毁皮带。对于雨天烧毁皮带严重的井，应在下雨之前把抽油机暂时停机，以防止皮带烧毁，待雨停后及时启动抽油机，以免影响生产。

一般人认为，冬季老天不会下雨，皮带烧毁可能性减少，皮带的使用寿命就会延长，其实不然，在冬季，皮带由于长期在低温下运行，皮带也受到热胀冷缩的原理，使皮带的弹性降低，皮质变硬，容易造成皮带断裂，影响抽油机的生产。我们应加强检查力度，及时调整皮带。

三、结论

抽油机井的皮带管理是一项长期而深远的工作，努力减少皮带的使用量，不仅可以减轻工人的工作量，也能为油田节约采油成本，这需要我们在工作中不断地总结经验和教训，需要我们不断地探索和研究来解决它。参考文献

[1]王英.延长抽油机井皮带使用方法[J].管理观察.2009.12

[2]上官长存.提高抽油机皮带使用寿命的分析[J].中国石油和化工标准与质量,2011.04

[3]段庆斌.抽油机井连续发生皮带断原因浅谈[J].中国石油和化工标准与质量,2012

[4]张平过,王成,郭殿东.提高抽油机井皮带使用寿命的措施探讨[J]科技资讯,2012.04

差（新电池开路电压与当前蓄电池开路电压之差）与蓄电池的内阻跟蓄电池的SOC的关系如图2所示[6]。

由图2可知，由于新蓄电池的内阻较低，因此反映开路电压差和内阻相对变化的关系曲线位于最底部；对于已经坏的蓄电池，其内阻较高，如图的上部虚线。因此，可以根据蓄电池的开路电压差和内阻来进行蓄电池的SOC估计。本文所提出基于内阻与开路电压差联合法的铅酸蓄电池SOC估计流程图如图3所示，该方法能实时准确计算蓄电池的SOC。4.基于MSP430单片机的检测系统设计本文进行了蓄电池电量检测系统的设计，以TI公司的MSP430单片机为处理器，进行电压电流检测和蓄电池的SOC估计，其系统结构如图4所示。

蓄电池电压、电流经过采集电路采集后

通过信号处理电路处理，使之变换为在MSP430单片机的AD转换接口能接受的电压范围；参数设置模块主要用于进行新电池的开路电压设置，以便在进行计算开路电压差时使用；通信接口模块主要是将采集和计算所得的数据传给上位机，利于上位机的监控；LCD显示模块主要用于实时的蓄电池电压、电流，蓄电池的SOC显示。

5.结论

本方法不需要知道蓄电池的累积放电量和蓄电池的使用时间，完全利用蓄电池的端电压、端电流，以及蓄电池出厂时的开路电压和内阻便可计算出蓄电池的SOC。蓄电池检测系统硬件电路简单，程序编制可采用模块化。使用该方法来进行蓄电池的SOC预测具有较好的实用性和准确性。

参考文献

[1]高明裕,张红岩.蓄电池剩余电量在线测量[J ].电池与仪表,2000,37(9):28-31.

[2]侯波,刘俊伟.一种电动车铅酸蓄电池SOC预测模型及检测系统的设计[J].电池与仪表,2010,11:47-51.

[3]季迎旭,杜海江,孙航.蓄电池S O C估算方法综述[J].电池与仪表,2014,4(2):18-24.

[4]李智华,张青春.蓄电池剩余电量的模糊预测[J].上海大学学报,2009,15(4):364-368.

[5]石志,王念春,马玉龙.基于LabVIEW的蓄电池巡检仪软件设计[J].工业控制计算机,2006,19(9):44-45.

[6]桂长清.动力电池[M].北京:机械工业出版社,2012.

图3 算法流程图图4 蓄电池检测系统结构图

(>>上接第186页）(>>上接第185页）

锂电池行业发展现状及未来发展前景预测审批稿

锂电池行业发展现状及未来发展前景预测 YKK standardization office【 YKK5AB- YKK08- YKK2C- YKK18】

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锂电池行业发展现状及未来发展前景预测

锂电池行业发展现状及未来发展前景预测 Revised by Chen Zhen in 2021

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纯电动汽车及动力电池技术发展现状

纯电动汽车及动力电池发展现状调研 一、纯电动汽车发展现状 所谓纯电动汽车,是指完全由可充电电池作为动力源、以驱动电机及其控制系统驱动行驶的汽车。纯电动汽车（BatterｙEleｃtric Ｖehiｃle，BEＶ)与混合动力汽车（HｙbriｄEｌｅcｔric Ｖehicｌｅ，HEV）和燃料电池汽车（Fuel ＣelｌElｅctric Ｖeｈiｃle,ＦＥV）是目前主要的新能源汽车类型。 １.1 发展纯电动汽车的必要性 (１）促进节能减排。与传统汽车相比，纯电动汽车具有更高的能源利用效率，同时也具有二氧化碳减排的潜力。机动车污染排放是城市空气污染的主要来源之一,20１３年春季北京出现多次大面积雾霾天气,机动车尾气是主要原因之一。在上海,中心城区的主要大气污染物可吸入颗粒物、氮氧化物、挥发性有机物分别有6６%、９0%和26%来自机动车尾气。大力推广纯电动汽车是交通领域实现低碳的最佳方案,纯电动汽车行驶过程中不产生二氧化碳，即使考虑到中国目前电力生产过程中的二氧化碳排放,纯电动汽车仍然具有13%~68%的减排能力。随着我国能源结构和电力生产方式的转变,纯电动汽车必将在未来发挥更大的减排作用。 图１.１传统汽车与纯电动汽车综合能量效率比较(单位:%) (２）降低石油对外依存度。汽车保有量的迅速增加为我国能源安全带来严峻挑战。我国汽车保有量与原油对外依存度变化趋势见图1.２。最新数据显示,截止到２01２年底,中国汽车保有量已达２.4亿辆，与此相对应的是20１2年中国原油对外依存度达到56.4%，创下历史新高。如果不采取措施，“十二五”中将原油依存度控制在61%的计划将很难实现。在此背景下，如何满足未来汽车的能源需求，是关系到我国能源安全的关键问题。电动汽车由于其电力来源多样化，不仅更加适合中国以煤炭为主的资源禀赋,而且能够与中国大力发展可再生能源

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行业市场研究属于企业战略研究范畴，作为当前应用最为广泛的咨询服务，其研究成果以报告形式呈现，通常包含以下内容： 一份专业的行业研究报告，注重指导企业或投资者了解该行业整体发展态势及经济运行状况，旨在为企业或投资者提供方向性的思路和参考。 一份有价值的行业研究报告，可以完成对行业系统、完整的调研分析工作，使决策者在阅读完行业研究报告后，能够清楚地了解该行业市场现状和发展前景趋势，确保了决策方向的正确性和科学性。 中国产业调研网https://www.wendangku.net/doc/f7897557.html,基于多年来对客户需求的深入了解，全面系统地研究了该行业市场现状及发展前景，注重信息的时效性，从而更好地把握市场变化和行业发展趋势。

一、基本信息 报告名称：中国电池行业调查分析及市场前景预测报告（2016-2022年） 报告编号：1635198←咨询时，请说明此编号。 优惠价：￥7380 元可开具增值税专用发票 网上阅读：https://www.wendangku.net/doc/f7897557.html,/R_JiXieDianZi/98/DianChiShiChangDiaoYanYuQianJingYu Ce.html 温馨提示：如需英文、日文等其他语言版本，请与我们联系。 二、内容介绍 21世纪的电池具有大容量、高功率、长寿命、无污染、安全可靠、轻便的特点，是高科技、高产出、高利润、高创汇产品，被国外专家称为21世纪十大高科技之一。随着信息时代的到来，资讯产业蓬勃发展，在迈入电子、资讯、通讯的“3C”时代后，电子产品朝着“短、小、轻、薄”的趋势发展，对可携带的要求越来越高，作为可携带式电子产品不可或缺的能源——电池，其重要性也越来越显著。 电池工业是我国具有综合优势的传统产业，中国既是电池生产大国，也是电池消费大国，近年来，中国电池行业发展迅速，已逐渐发展成为世界电池生产、加工和贸易中心。 2012年，电池产业受国内外经贸环境影响面临较大困难。国内信贷紧缩、原材料及人工成本上涨等因素使电池生产成本上涨，电池企业销售利润大幅下滑；与此同时，铅蓄电池行业准入条件、铅酸蓄电池生产及再生污染防治技术政策、淘汰落后产能等措施的具体实施，对电池产业的影响作用逐步显现。2012年全国电池行业累计完成工业总产值同比增长19.56%。 2013年全国电池行业产销增长平稳，规模以上企业完成工业增加值同比增长10.3 0%；电池出口交货值完成834.88亿元；主营业务收入同比增长11.38%。 据中国产业调研网发布的中国电池行业调查分析及市场前景预测报告（2016-2022年）显示，2014年，我国电池制造业主要产品中，锂离子电池累计完成产量52.9亿自然只，产量与上年持平；我国电池制造业累计完成出口交货值同比下降 3.2%，累计产

动力电池的主要问题与发展方向

首先看我们国家的发展现状。我们的判断第一个是基本掌握了车用动力电池的关键技术，我们国家动力电池的开发，和整车基本同步，十五期间开展了镍氢电池，、锰酸锂氧化物锂离子电池、燃料电池的研发，"十一五"期间加大了磷酸铁锂电池研发与产业化，"十二五"期间推进三元材料电池的研发与产业化。目前是处于这样一个阶段。 从技术上来讲，我们国家开发了镍氢电池，锂离子燃料电池，关键技术指标达到了国外同类产品的一个先进水平，目前我们锂电池可以做到系统的比能量800-1000瓦时，比功率可以做到500-100瓦时，循环寿命也能做到突破一千次，使用寿命大概是可以达到五年，成本大概是说可以低于每瓦时三块钱。 第二个从产品层面来看，磷酸铁锂电池已经趋于成熟了，过往来看，我们国家供应电池支撑了产业的发展，目前在大规模示范这一块用的电池基本上都是国产。根据目前工信部发布的新能源汽车推广目录，我们国家车用电池，绝大多数是磷酸铁锂电池，也就是说近两年来，三元材料的动力电池开始在电动汽车上进行示范应用。大家比较清楚的比亚迪的汽车用的是盐酸铁力电池，像上汽，北汽这些电池系统都是磷酸铁锂。一汽奔腾目前是示范车，他用的电池是168，采用了三元材料。 第三个来说是我们国家建立了比较完善的产业体系，昨天我们听到了2014年我们国家电动汽车的销量大概是8.4万辆左右，如果按照每辆车在20-30，大概应该说我们电池达到了20亿千瓦时以上，销售收入应该超过了50亿元，2015年会超过100亿瓦时。我们国家现在推进动力电池产能建设，估计2015年会超过一百亿千瓦时。第二个我们国家建立了比较完整的产业体系，关键材料、单体电池、电池系统和电池装备、检测仪器等都有一定的生产能力，像北大先行、天津巴莫、北京当省，这是正极材料，负极材料像贝特瑞，杉杉等在国际上还是有一定的竞争力。 从发展趋势上来看，我们全世界的情况来看，第一个是锂离子电池已经成为动力电池的主要方向。目前大家都很清楚，目前日本，美国、欧洲、韩国商业化的电池主要是采用燃料电池。目前混动这一块也是在推动力锂电池的应用。韩国、日本、中国在全球锂电池占主导地位，排序是韩国第一、日本第二，中国第三。 最近三星、LG和SK先后宣布在中国设立合资公司，我们国家主流的车厂也准备在他的自主品牌汽车中采用韩国生产的电池。 第二个特点是我国政府大力支持新一代动力电池的研发，2012年日本实施蓄电战略，提出2020年蓄电池市场要占到世界份额的50%，就是重新夺回世界第一的位置。根据2013年NEDO发布的技术路线图，他的技术路线在2020之前大概还是以先进的锂离子电池为主，达到实用化，系统的比能量达到250瓦每公斤成本达到1.5元以下，2030年叫做革新电池，能量达到500瓦每公斤，成本达到八毛钱以下。 美国在2013年提出来EV蓝图，提出目标是2022年生产的插电式混合动力的电动汽车使用的电力成本与传统汽车相当，根据2013年发布的技术路线图是2022年下一代电池实现实用化，系统的比能量达到250瓦每公斤，成本降到八毛以下，2013年以后锂离子电池实现实用化。 从新一代锂离子电池来讲主要是在我们国家大概一般的叫做新一代动力电池的研发主要围绕新一代锂离子动力电池和新体系电池。新一代锂离子电池和目前现有的体系不一样，正极材料，负极材料，电极都要发生发生变化，电池比能量可以达到三百瓦每公斤，成本可以达到一块钱以下。这个表里面列了两件事，一个是最近日立公司宣布采用镍系的正极和负极单电池的比能量作330每公斤，寿命有50次，另外是福利蒙基，作为正极，归制作为负极，寿命可以达到100。但是目前这一电池体系的成本和安全有待进一步的验证。

燃料电池电动汽车发展现状与前景

燃料电池电动汽车发展现状与前景 随着社会的进步和人员移动性增强，全球汽车需求 量快速增长，迄今世界上的汽车保有量达到创纪录的10 亿 辆以上且还在不断大幅增长，使得基于传统的内燃机 Internal Combustion Engine ，ICE )汽车的轻量化与节能减排等技术进步难以降低汽车燃料的消耗和减少污染物的排放。2020 年之前温室气体(Greenhouse Gas ，GHG) 排放在1990 年水平基础上下降20% 的任务日益艰巨。如果再不采取有效措施，公路交通运输车辆的GHG 温室气体排放将会持续不断增长。通过研讨纯电动汽车( Battery Electric Vehicle ，BEV ）、混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle HEV )、或燃料电池电动汽车( Fuel Cell Vehicles ，FCVs ； Fuel Cell Electric Vehicles ，FCEVs ）等多种类型的电动汽车( Electric Vehicle ，EV )技术[3-5]有望明确实现节能减排 的理想途径。自1966 年通用汽车推出了世界上第1 款燃料电池电动汽车GMC Electrovan ，尤其是本田在1999 年推出了世界上第1 台商用的燃料电池电动汽车FCX-V4 以来，世界上EV 电动汽车型号不断丰富和租赁销售量明显增长，太、北美和欧洲成长为全球EV 电动汽车重要的新车研发制造和租赁销售市场，2014 年全世界的EV 电动汽车销售量达到34.6 万辆以上，年增长率达到86% 。

燃料电池是一种高效、清洁的电化学发电装置，近年来 得到国内外高度重视，成为最被看好的可用于替代汽油和柴 油等传统的 ICE 内燃机发动机技术的先进新能源汽车技术。 日本政府希望其到 2020 年的 FCVs 燃料电池汽车销量达到 500 万辆，再通过 10 年的研发推广实现全面普及 FCVs 燃 料电池汽车。 美国政府在 2003 年投入 12 亿美元大力推进氢 技术和燃料电池技术，其中重要项目之一就是美国能源部 Department of Energy ， DOE ）在北加州、南加州、密歇 展的氢技术和基础实施验证与示范综合工程，吸引了 Hyundai-Kia/Chevron 、 DaimlerChrysler/BP 、 Ford/BP 和 GM/Shell 等多家汽车制造 /能源供应商参与。 美国能源部大力推进氢经济和燃料电池技术，尤其是商 业化推广应用方面取得显著进展，比如目前高容量和低容量 燃料电池制造成本分别为 55 美元 /kW 和 280 美元 /kW[6] ， 汽车燃料电池 2014 年的制造成本自 2006 年下降 50% 并自 2008 年以来进一步下降 30% 以上（基于高容量电池制造） 这必将带动创造工作岗位、投资机会和可持续、安全的能源 供应。为了在 2020 年前争取把欧盟建立成一个具有全球领 先水平的燃料电池 （Fuel Cell ，FC ）系统和氢能源 （Hydrogen Energy ，HE ） 经济的巨大市场，欧盟高度重视燃料电池技术 和氢能源技术并把之视作能源领域的战略高新技术大力推 根州东南部、大西洋区中部和佛罗里达州中部等 5 个区域开 f It 步

2017年中国锂电池行业发展现状及未来发展前景预测

2017年中国锂离子电池行业发展现状分析及未来发展前景预测 核心提示：全球锂离子电池行业呈现三国鼎立的竞争格局。由于整个二次电池的产业链几乎已经转移至亚洲，在中国、日本、韩国相继扩大生产的背景下，2016年中国、韩国、日本三国占据了全球锂电池电芯产值总量的98.11%。三国的竞争策略各不相同。日本竞争 全球锂离子电池行业呈现三国鼎立的竞争格局。由于整个二次电池的产业链几乎已经转移至亚洲，在中国、日本、韩国相继扩大生产的背景下，2016年中国、韩国、日本三国占据了全球锂电池电芯产值总量的98.11%。三国的竞争策略各不相同。日本竞争策略上关注技术领先。韩国更偏重于消费型锂离子电池的发展。中国锂离子电池市场规模在全球市场的份额呈现逐年上升的态势。 2010-2020年中国及全球锂电产值 数据来源：公开资料整理 国内锂离子电池市场的发展处于行业的高速增长期。2010年至2016年我国锂离子电池下游应用占比呈现消费型电池占比逐年下降、动力类占比逐年提升的格局。2016年受消费电子产品增速趋缓以及电动汽车迅猛发展影响，我国锂离子电池行业发展呈现出“一快一慢”新常态。2016年，我国电动汽车产量达到51.7万辆，带动我国动力电池产量达到33.0GWh，同比增长65.83%。随着储能电站建设步伐加快，锂离子电池在移动通信基站储能电池领域逐步推广，2016年储能型锂离子电池的应用占比达到4.94%。 2010-2016年我国锂离子电池下游应用占比 数据来源：公开资料整理 业务发展方向契合政策，发展前景良好。我国锂离子电池材料及设备行业平均利润水平总体上呈现平稳波动态势，在不同应用领域及细分市场行业利润水平存在差异。一般而言，在低端负极产品和涂布机领域，门槛低，竞争充分，利润水平相对较低。而中高端负极材料、涂布机以及新兴的涂覆隔膜、铝塑包装膜，产品技术含量高，在研发、工艺改善、客户积累、资金投入等方面进入壁垒较高，附加价值较高，优质企业能够在该领域获得较好的利润率水平。 全球负极材料产业集中度极高，江西紫宸全球份额持续提升。目前锂离子电池负极材料生产企业主要在中国和日本，两国总量占全球负极材料产销量90%以上。负极材料产品市场呈现出明显的寡头垄断格局。2015年前五强贝特瑞、日立化成、江西紫宸、上海杉杉、三菱化学的全球市场份额分别是20%、18%、13%、10%、7%，全球前五大企业市场份额合计占比为68%。江西紫宸2016年全球份额提升至10.5%，国内份额提升至14.8%，预计2017年

锂电池行业发展现状及未来发展前景预测精编版

锂电池行业发展现状及未来发展前景预测 公司内部编号：（GOOD-TMMT-MMUT-UUPTY-UUYY-DTTI-

2017年中国锂离子电池行业发展现状分析及未来发展前景预测 核心提示：全球锂离子电池行业呈现三国鼎立的竞争格局。由于整个二次电池的产业链几乎已经转移至亚洲，在中国、日本、韩国相继扩大生产的背景下， 2016 年中国、韩国、日本三国占据了全球锂电池电芯产值总量的 98.11%。三国的竞争策略各不相同。日本竞争全球锂离子电池行业呈现三国鼎立的竞争格局。由于整个二次电池的产业链几乎已经转移至亚洲，在中国、日本、韩国相继扩大生产的背景下， 2016 年中国、韩国、日本三国占据了全球锂电池电芯产值总量的 98.11%。三国的竞争策略各不相同。日本竞争策略上关注技术领先。韩国更偏重于消费型锂离子电池的发展。中国锂离子电池市场规模在全球市场的份额呈现逐年上升的态势。 2010-2020 年中国及全球锂电产值 数据来源：公开资料整理国内锂离子电池市场的发展处于行业的高速增长期。 2010 年至2016 年我国锂离子电池下游应用占比呈现消费型电池占比逐年下降、动力类占比逐年提升的格局。 2016 年受消费电子产品增速趋缓以及电动汽车迅猛发展影响，我国锂离子电池行业发展呈现出“一快一慢”新常态。 2016 年，我国电动汽车产量达到 51.7 万辆，带动我国动力电池产量达到 33.0GWh，同比增长 65.83%。随着储能电站建设步伐加快，锂

离子电池在移动通信基站储能电池领域逐步推广， 2016 年储能型锂离子电池的应用占比达到 4.94%。 2010-2016 年我国锂离子电池下游应用占比 数据来源：公开资料整理业务发展方向契合政策，发展前景良好。我国锂离子电池材料及设备行业平均利润水平总体上呈现平稳波动态势，在不同应用领域及细分市场行业利润水平存在差异。一般而言，在低端负极产品和涂布机领域，门槛低，竞争充分，利润水平相对较低。而中高端负极材料、涂布机以及新兴的涂覆隔膜、铝塑包装膜，产品技术含量高，在研发、工艺改善、客户积累、资金投入等方面进入壁垒较高，附加价值较高，优质企业能够在该领域获得较好的利润率水平。 全球负极材料产业集中度极高，江西紫宸全球份额持续提升。目前锂离子电池负极材料生产企业主要在中国和日本，两国总量占全球负极材料产销量 90%以上。负极材料产品市场呈现出明显的寡头垄断格局。2015 年前五强贝特瑞、日立化成、江西紫宸、上海杉杉、三菱化学的全球市场份额分别是20%、18%、13%、10%、7%，全球前五大企业市场份额合计占比为 68%。江西紫宸 2016 年全球份额提升至 10.5%，国内份额提升至 14.8%，预计 2017 年份额维持提升趋势。江西紫宸国内排名前三，行业集中度有望进一步提高。目前国内锂电池负极材料生产企业中：贝特瑞、杉杉科技、江西紫宸为行业前三名，处于行业领先地位。

电动汽车电池的发展现状与趋势

电动汽车电池的发展现状与趋势 发表时间：2018-04-13T15:32:25.207Z 来源：《电力设备》2017年第31期作者：任建云1 李亚丽2 [导读] 摘要：现今，全球关注的重点问题即为能源紧张问题以及气候变化问题。 （1.国网山西省电力公司山西太原 030001；2.国网山西省信通公司山西太原 030001） 摘要：现今，全球关注的重点问题即为能源紧张问题以及气候变化问题。在全球能源日益紧张且全球气候问题日益严峻的背景下，电动汽车以其具有的环保节能优势而得到广泛推崇。对于电动汽车来说，其一个核心部分就是电动汽车电池。电动汽车电池既对电力工业产生重要影响，也对汽车工业产生重要影响，可以说电动汽车电池是电力工业与汽车工业进行联系的有机纽带，也是两者之间得以结合的关键点。将汽车动力能源由石油化工能源转化为电能，是适应现今社会发展的必然趋势。本文主要分析了电动汽车电池当前现状，并在此基础上分析了其未来的发展趋势，以期电动汽车在未来获得更好地发展。 关键词：电动汽车；发展现状；趋势 引言 在现今社会，社会普遍关注的问题有能源紧张及环境恶化等问题。而这些问题在全社会范围内的普遍关注也使得电动汽车这一新兴行业被社会广泛关注。电动汽车采用电能作为汽车动力，对传统汽车采用石油等化石燃料作为动力来源进行了改变，这也是未来交通发展的长期发展方案。社会上对电动汽车业研究最多的是对电机驱动系统及充电机技术等的研究，尤其以电动汽车电池研究最多。在电动汽车上应用的储能技术主要有电化学储能技术。这种技术是以钠硫及锂离子等作为电池的实际储能技术。过去这些技术在电动汽车充电技术及安全性方面都存在一定不足，而这些不足也反过来制约电动汽车的发展。近年来，各国开始对电动汽车的电池技术引起重视，使得电池的性能大大提高，如锂离子电池在应用过程中经过不断实践，使得安全性大大提升，这些都将对未来的电动汽车实现商业化发展提供条件。 1电动汽车电池的发展概述 十九世纪，世界第一辆以电池为主要动力的车辆诞生。但由于缺乏成熟的电池技术予以配合，在十九世纪末电动汽车发展较缓慢，而这一时期传统汽车凭借内燃机的动力占据了主要的汽车市场。二十世纪末，第二代电动汽车出现，其是以镍氢电池为主要动力源，且这辆汽车一次充电的行驶里程也达到了第一代的1.5倍。在这一时期，日本丰田公司充分利用镍氢电池技术开发了以内燃机与电动机相结合的三代电动汽车，这种类型的汽车被成为混合动力车（HEV）。HEV是车辆使用多个动力源，根据实际设计情况，充分使用这些动力源的机动车辆。镍氢电池是电动汽车技术领域内受到关注度最大的电池种类。从十多年前开始，锂离子电池就受到人们的关注，尤其是在使用安全性上得到很大提高，这使得其较多地在纯电动及混合动力车中都得到部分使用，并以其独特优势成为镍氢电池有力的竞争者。2008年由于受到世界金融危机的影响，国际油价出现高位震荡，这一时期全球的汽车产业都正式进入能源转型期。这一时期电动汽车电池产业同样得到高速发展。纵观电动汽车整个发展过程，出现了多种汽车及汽车类型，其中在社会上产生较大影响且现今还在使用的电动汽车电池主要有镍氢电池、铅酸电池以及锂离子电池。 2电动汽车电池的现状 2.1钴酸锂电池最为成熟 电池比容量高、综合性能突出，但全球钴储量有限、价格昂贵、毒性大，作为正极材料电池成本较高。同时其安全性差，在高温、挤压等条件下极易爆炸，钴酸锂电池主要应用于手机、笔记本电脑等消费电子产品和测试仪表中，不适合电动汽车使用。 2.2镍氢电池 这种电池主要成分是镍基及碱性溶液，分类主要有镍氢电池、镍锌电池及镍镉电池。其中镍氢电池在电动汽车中应用最为广泛。镍氢电池比能量高，且很少对环境产生影响。镍锌电池由于产生枝晶较快，从而导致电池寿命不长，但现今已经有一些方式可对其进行解决，如利用第三电极充电的形式。镍氢电池是由氢氧化镍及多成分合金组成的，其中氢氧化镍为阳极，多成分合金由钒、锰、镍等组成，为阴极。这种电池相较于铅酸电池来说，能量体积可提高约3倍，且比功率也大大提高。这项技术优势有运行电压高、比能量高及比功率高等。 2.3锂离子电池 在市场上最常见的锂离子电池阳极是碳，以碳酸二甲价值溶解六氟磷酸锂溶液为电解液，阴极是二氧化锰酸锂，这种电池较为结实且轻便，产生较大的比能量，单体电压甚至可达到3.7V。锂离子电池的体积较小、质量较轻且寿命较长，电池的自放电率也较高，不会产生记忆效应。另外由于锂离子电池有较多的电极组合，因此其电池单个性能指标的数值范围也很大，其在性能上也存在很大差异。 3电动汽车电池未来发展展望 3.1铅酸电池 铅酸电池的价格很低，且在叉车、短途汽车中都作为主要动力源使用。但新产生的铅酸电池在比能量及循环次数上仍存在不足，对电池的实际使用仍产生较大限制。未来铅酸电池在高速公路行驶中应用是不符合实际的，但电池本身价格较低，促使其在轻度混合及短途电动汽车中也得到应用。但有研究指出，美国研制出了超级电池。超级电池指的是超级电容器与铅酸电池并联使用。这种电池比功率较高、寿命较长且铅酸电池的价格较便宜，因此市场竞争力较大。 3.2镍氢电池 镍氢电池是一种绿色电池，和同体积的镍镉电池相比，容量增加1倍，而且充放电循环使用寿命长，并且无记忆效应，曾被广泛地作为新能源动力电池使用。镍氢电池虽然具有较高的比能量及比功率，但由于电池中含有大量镍和钴，促使电池成本很高，而镍钴本身的稀缺性也会导致生产及使用的成本价格上涨。现今来看，其还在混合动力车中得到应用，随着锂离子电池的大规模生产，以及锂离子成本的降低，使得镍氢电池终将推出原有的市场。镍氢电池是电动汽车在过渡发展阶段使用的电池，但在近期及中期这种电池仍是市场上使用非常关键的动力电池。 3.3锂离子电池 就现今市场的电池中，锂离子电池性能最佳，同质量锂离子电池的能量约是铅酸电池的5倍左右，也是镍氢电池的3倍左右。锂离子电池的价格及大功率锂离子电池使用安全性是制约其发展的主要因素。锂离子电池的主要原材料是锂，而我国本身蕴含丰富的锂矿资源，已经探明的锂矿总量就已经位居第二。另外，锂离子也在海水中存在，随着未来技术的发展，可从海水中对锂矿进行获取。另外，锂离子电池也具备可循环使用的潜力，可对原材料需求紧张问题进行解决。现今国内多采用锂离子电池作为电动汽车的主要动力电池，锂离子电池

锂离子电池技术发展现状与趋势

锂离子电池技术发展现状与 趋势

一、文献综述 1、前言 现阶段，日本、韩国、美国等国家引领锂离子动力电池技术的发展。日本的行业技术水平具有领先优势，韩国的动力电池制造能力处于领先地位，美国则具有引领前沿的科研能力。 2、国外发展现状 2·1日本 2·11 2009年，日本政府推出了RISING计划(创新型蓄电池尖端科学基础研究事业)和U～EAD项目(汽车用下一代高性能电池系统)，并于2013年更新了动力电池技术发展路线图(RM2013)，具体指标有2020年电池的续航里程实现250～350km·电池系统总电量达到25～35kW·h，电池能量密度实现250Wh· kg-1，功率密变达到1500W·kg-1，循环寿命达到1000-1500次，价格成本降低到2万日元/W·h。RM2013指明了电极材料的发展方向，正极材料要发展xLiMn03·(1～x)LiMO2(M=Ni，Co，Mn，0≤x≤1)、LizMSi0s、LiNiosMn1s04、LiCnP04、Li2MSO·F、LiMO2(M=Ni，Co，Mn)；负极材料要发展Sn～CoC合金，Si基负极包括Si/C和Si0，以及Si基合金。 2·12日本具有代表性的锂离子动力电池企业为松下电池公司。松下是动力电池行业的领导者，作为Tesla最主要的动力电池供应商，凭借Tesla的发展稳居市场领导者地位，全球市场份额在20%左右。目前松下电池主要给ModelS和MndelX提供18650圆柱电池，正极采用镍钴铝三元材料(NCA)，负极使用硅碳复合材料，单体能量密度可达252Wh·kg-1，而即将使用在Mode13上的21700圆柱形电池单体能量密度更是提高到300Wh·kg-1·是目前行业内能量密度最高的电池。 2·2韩国 2·21 2011年，韩国启动了包含锂离子电池关键材料、应用技术研究、评价及测试基础设施以及下一代电池研究的二次电池技术研发项目。LG化学和三星SDI是具有代表性的韩国锂离子动力电池企业，也是动力电池领域的后起之秀，两者凭借先

2018年锂电池行业现状及发展趋势分析报告

2018年锂电池行业现状及发展趋势分析报告

正文目录 1. 消费电子领域：高端电池产品存在结构性紧缺 (5) 1.1 需求：体积密度仍为消费电子电池首要攻克技术指标 (5) 1.2 现状及问题：续航时间仍然是消费电子一大困扰 (6) 1.3 解决方案：高压钴酸锂和硅碳负极为提升电池体积密度的良药 (8) 2. 动力电池领域：万亿市场奔“池”而来 (9) 2.1 需求：动力电池创造万亿市场需求 (10) 2.1.1 纯电动和插电式混合动力乘用车爆发之势已立 (11) 2.1.2 强混和轻混48V系统释放高倍率电池需求 (11) 2.2 现状及问题：续航里程和成本是新能源车发展道路上的绊脚石 (14) 2.3 解决方案：电极材料和结构优化需同行 (15) 2.3.1 高镍+硅碳负极是动力电池提升能量密度的不二之选 (15) 2.3.2 A00等部分低端车型在退补后会重新考虑磷酸铁锂 (16) 2.3.3 电池结构：铝壳电池优势在结构优化中进一步凸显 (18) 3. 电池产业链对比及下一代电池 (18) 3.1 锂电池符合国家发展高端制造的规划 (19) 3.2 锂电池四大核心材料：正极、负极、电解液、隔膜 (19) 3.2.1 锂电池正极材料：三元快速放量高镍三元和高压钴酸锂存在结构性紧缺 (22) 3.2.2 锂电池负极：人造石墨占比逐年增高硅碳负极已处量产前夕 (25) 3.2.3 锂电池电解液：六氟磷酸锂已实现国产化替代未来技术难点在添加剂 (30) 3.2.4 高技术壁垒隔膜加速国产化 (32) 3.3 锂电池生产环节具有工艺复杂、行业集中度高、研发投入大等特点 .. 33 3.4 下一代电池需及早布局 (34) 4. 相关建议 (35) 5. 风险提示 (36) 图目录 图1:铅酸、镍铬、镍氢到锂电电池体积密度依次增长66%、188%、106% 6

电动自行车用电池的发展现状及趋势

电动自行车用电池的发展现状及趋势 作者：本刊编辑部 来源：《电动自行车》 2018年第6期 随着我国经济、社会的快速发展和居民生活水平的不断提高，居民出行距离逐年增加，基于私家汽车成本高出大 多数普通居民的购买力，而公交系统又不能完全保障居民的各种出行需求，加之很多城市对摩托车进行限制，以电池 为动力的电动自行车悄然进入居民的日常生活，越来越受到普通居民的欢迎，逐渐发展成为城乡道路交通中不可忽视 的交通工具，在很短的时间内实现了产业化并对人民群众的社会生活产生了重大影响。 电动自行车在使用上具有灵活、方便、节能、无噪音、无污染、经济耐用等优点，适宜于较长距离的出行，且电 动自行车比现有的其他交通工具更具有方便、经济、舒适等多种优势。电动自行车的广泛使用，不仅在减少环境污染、保护环境方面具有深远意义，还能满足老百姓在经济上的购物要求及国内大多数人们的出行要求，最重要的是电动自 行车的出现符合国家节能减排的方针政策。此外，电动自行车还能帮助人们进行适宜的运动，从而提高身体素质，是 一种多功能的代步工具。所以，无论从国家提倡的节能减排政策的角度，还是从服务大众的角度看，电动自行车的发 展前景都很广阔。基于我国是自行车大国，以前我国的主要出行工具是脚踏自行车，随着全国农村道路改建及城乡居 民收入水平的提高，及对外出交通工具提出的更高要求使得电动车逐渐成为大街小巷普通大众热爱的交通工具，致使 目前电动自行车自行车快速增长，并在体积、外形及电池种类等方面不断改进，越来越得到大众的喜爱，小小的电动 自行车为解决我国的城镇交通问题做出了重大贡献。目前，我国的电动自行车主要是采用蓄电池作为动力，常用于电 动自行车的蓄电池主要是：铅酸电池和锂离子电池。 1.铅酸电池 铅酸蓄电池是已有100多年历史的老产品，由于其能量较低且铅是有一定毒性的材料，因此有些人认为铅酸蓄电 池是落后、过时、有污染的产品，前途不大，在电动车上应用只是过渡性产品，生命期不会长。尤其是近年来锂离子 蓄电池快速发展，铅价上涨很多，所以有人认为电动自行车用阀控铅酸蓄电池的生命期不长了，也许只有2～3年。笔 者认为这种观点过于悲观，不一定正确。 （1）铅酸蓄电池的优点 铅酸蓄电池具有以下优点：性能合适、价格便宜、技术和制造工艺较成熟、安全可靠、材料来源丰富、防污染治 理技术成熟有效、资源回收技术成熟且效率高。经市场检验、历史考核，铅酸蓄电池仍是目前世界上电池产品中销售 额最大的产品，占 60 %以上。 近年来中国电动自行车用阀控铅酸蓄电池的水平也有很大改进提高。以 DZM-10 型电池为例：①2 h率比能量可 达到 35～37 Wh/kg。10年前制定的上海市地方标准《电力助动车专用蓄电池》（DB31/202—1997）中，对铅酸蓄电 池比能量要求是5 h率达到30 Wh/kg。②寿命性能有明显的提高。表现为：达到指标的厂家数量明显增加；电池组最 高的循环寿命已超过600次，能达到606次循环，放出总容量为6151 Ah，相应累计行驶里程约24 600 km，按折算 可使用 2 年以上。③无镉电池（正极为Pb-Ca-Sn-Al合金）总体性能优于有镉电池（正极为 Pb-Sb-Cd 合金），尤其 是 DZM-20 型电池。 （2）铅酸蓄电池的主要缺点 铅酸蓄电池的主要缺点是太重。就此而言，在轻量型或折叠型电动自行车上，锂离子蓄电池有明显的优势。但是，市场需求是多样化的。鉴于我国的国情，普及型、载重型和轻摩型电动自行车有很大的市场，对它们而言，电池的价 格和性价比是主要选用指标，重量是次之的。正是这样，阀控铅酸蓄电池所占份额保持在95%以上。即使锂离子蓄电 池在电动自行车上实现了商业化，阀控铅酸蓄电池还将保持它在电动自行车上应有的地位，很难被完全取代。保守地讲，它的生命期至少还有 5～10 年，甚至更长。 2.锂离子电池

国内外锂离子动力电池发展概况

1 引言 锂离子动力电池具有比能量高、重量轻、绿色环保无污染等优点，应用范围广泛，其应用领域包括数码产品、家用电器、电动工具、电动汽车、航空、航天和武器装备等。随着技术的不断进步，锂动力电池安全性不断提高，锂电池单体容量越来越大，其应用于潜艇等大型军事装备的可行性也不断提高。 2 锂离子电池发展历程 二十世纪六十、七十年代发生的石油危机促使人们寻找新的替代能源。1962 年，美国军方的“锂非水电解质体系”研究报告，最早提出了把活泼金属锂引入到电池设计中的构想。1973 年，氟化碳锂原电池在日本松下电器公司实现量产，商品化锂电池面世。1978 年，日本三洋公司的锂/二氧化锰电池实现量产，锂电池价格下降，市场占有率上升。锂一次电池的成功刺激了锂二次电池的研究热潮。80 年代末，加拿大MoLi 能源公司研发的Li/Mo2 锂金属二次电池面世，第一块商品化锂二次电池诞生。1991 年6 月，日本索尼公司将液态电解液锂离子电池成功实现了商品化。自此之后，锂离子电池在便携式电源领域的市场份额不断扩展。近年来，随着一些无人电子装备(如无人水下航行器、无人机)、电动工具、电动汽车等发展的需要，锂离子电池以其高比能、长寿命、自放电小、无记忆效应和绿色环保等优点备受青睐，在动力电源领域得到迅速发展。 3 国外锂离子动力电池发展概况 日本索尼公司对锂离子电池的研究开展较早，生产的锂离子电池在性能上和品种上已经具备相当高的水平。该公司生产的圆柱型单体电池分为高能型和高功率型。其中高能型电池的比能量为110 Wh/kg，80%DOD 的比功率300 W/kg，充放电次数1200 次。高功率型的圆柱电池80%DOD 的比功率高达800 W/kg。日本三井造船生产的磷酸铁锂动力电池能以20C 的倍率放电，10C 左右的倍率进行快速充电，在3C 充放电条件下循环500 次，容量保持90％以上。日本汤潜公司（YAUSA）生产的锰酸锂电池，比能量是铅酸电池的3 倍，计划取代潜艇用铅酸电池。装有该公司锂离子电池的无人试验小潜艇已于1999年10 月完成了水下试验。法国SAFT 公司是世界著名的锂电池生产公司，其各种型号锂离子电池已广泛应用于卫星、UUV（无人水下航行器）以及各类便携式电子设备上。据美国能源杂志报道，上世纪末，SAFT英国分公司就曾与英军合作研制过一款24 V，12Ah 容量的锂电池。目前该公司生产的圆柱型单体锂离子电池比能量达到143 Wh/kg，80%DOD 的比功率为345 W/kg，为装备潜艇而制造的锂离子动力电池，单体容量为3000 Ah 级。德国瓦尔塔公司也在研制高能量密度型和高功率密度型电池。其高能密度型电池为方型，容量为60 Ah，比能量为115 Wh/kg，使用寿命达900 次(100%DOD)。在上世纪末，美军也在商品化的锂离子电池基础上展开了军事化应用。据美国能源杂志介绍，美国YARDNEY 公司已为水下军事装备研制了三款锂离子动力电池，包括：①水下无人作战平台（UUV）电池系统，总能量10 kWh，360 块单体容量8 Ah（4 并90 串），电压324 V。②全电动鱼雷高功率锂离子电池系统，由100 块单体容量25 Ah 的锂动力电池组成电池组，最大功率密度650 W/kg。③袖珍潜艇装置（ASDS-1）的高能量锂离子电池系统，2005 年首次安装于ASDS-1 艇，锂离子电池总能量1.2 MWh，单体电池能量密度170 ～200 Wh/kg[1] 。美军在水下自动航行器（AUV）中已应用锂离子电池，其功率密度达到100 Wh/kg[2]。据美国能源杂志介绍，HUGIN1000型AUV 的电池系统为聚合物锂离子电池与燃料电池组合而成[3]，该系统性能先进，HUGIN1000型AUV 总