電動汽車電池


電池作為(wei) 電動車的動力源,一直以來被視為(wei) 電動車發展的重要標誌性技術,也是製約電動車發展的重要瓶頸,其性能好壞直接關(guan) 係到整車續航裏程的長短。

電池從(cong) 廣義(yi) 上講主要可分為(wei) 化學電池、物理電池和生物電池三大類,其中化學電池和物理電池已經應用於(yu) 量產(chan) 電動汽車中,而生物電池則被視為(wei) 未來電動車電池的重要發展方向之一。

一 化學電池

化學電池是目前電動汽車領域應用最為(wei) 廣泛的電池種類,如鎳氫電池、鋰離子電池、鋰聚合物電池、燃料電池等都屬於(yu) 這一範疇。從(cong) 結構角度上講,其可進一步分成蓄電池及燃料電池兩(liang) 大類別,我們(men) 目前所見的絕大多數電動車都采用蓄電池技術進行驅動,如豐(feng) 田普銳斯、特斯拉MODEL S 等。當然,這裏所講的蓄電池並不是我們(men) 日常所講的汽車電瓶,而是對可重複充電電池的統稱,其中車載電瓶通常使用的鉛酸蓄電池僅(jin) 僅(jin) 是細分門類的一種。

1、鋰電池

鋰電池是目前電動車上最常用的電池種類之一,雖然其從(cong) 1970年誕生至今時間並不算長,但憑借能量密度高、循環使用壽命長等特點迅速占據了電動汽車電池市場的絕大部分江山。如今,在售電動汽車配備的鋰電池主要有磷酸鐵鋰電池及三元鋰電池兩(liang) 種,且這兩(liang) 種電池在自身特點上存在顯著差異,因此我們(men) 有必要對其進行一番細致的講解與(yu) 對比。

2、磷酸鐵鋰電池為(wei) 什麽(me) 安全

對於(yu) 電動車用電池,大多數人可能都鮮有認知,因此,我們(men) 不妨舉(ju) 個(ge) 例子來幫助大家理解。由比亞(ya) 迪同戴姆勒共同出資成立的全新電動車品牌騰勢上市銷售,而其所搭載的正是磷酸鐵鋰電池。相比於(yu) 早期的錳酸鋰電池,磷酸鐵鋰電池在能量密度上並未有太大差別,約為(wei) 100-110Wh/kg,但其熱穩定性是目前車用鋰電池中最好的,當電池溫度處於(yu) 500-600℃高溫時,其內(nei) 部化學成分才開始分解,而同屬鋰電池的鈷酸鋰電池在180-250℃時就內(nei) 部化學成分就已處於(yu) 不穩定狀態。換而言之,磷酸鐵鋰電池的安全性在鋰電池中首屈一指,也正因如此,其也成為(wei) 目前電動車電池的主要門類之一。

3、鎳氫電池更注重充放電控製

鎳氫電池是目前除鋰電池外另一主流電動車動力電池種類,於(yu) 上世紀90年代後逐漸發展開來,如以豐(feng) 田普銳斯為(wei) 代表的很多混合動力汽車均采用此類電池作為(wei) 儲(chu) 能元件。其能量密度與(yu) 普通的鋰電池差距並不大,約為(wei) 70-100Wh/kg,但由於(yu) 電池單體(ti) 電壓僅(jin) 為(wei) 1.2V,是鋰電池的1/3,因此在需求電壓一定的情況下,其電池組的體(ti) 積要比鋰電池大上一些。

與(yu) 鋰電池一樣,鎳氫電池也需要電池管理係統,不過其更注重電池的充放電管理。之所以存在這樣的區別,主要是源於(yu) 鎳氫電池具有“記憶效應”,即電池在循環充放電過程中容量會(hui) 出現衰減,而過度充電或放電,都可能加劇電池的容量損耗(鋰電池此項特性幾乎可忽略不計)。

4、燃料電池是未來汽車最理想能源

燃料電池其實不是“電池”,準確地說是一個(ge) 大的發電係統。其因能量轉換效率高、無汙染、壽命長、運行平穩等特點被業(ye) 界公認為(wei) 未來汽車的最佳能源。簡單來說,燃料電池是通過化學反應將化學能轉換為(wei) 電能的一種裝置,而能量的來源主要是依靠不斷供給燃料及氧化劑產(chan) 生的。

理論上講,燃料電池能采用的燃料種類很多,甚至是傳(chuan) 統內(nei) 燃機所用燃料均可,不過真正能起電化學反應的,僅(jin) 僅(jin) 是其中的氫和氧化劑中的氧,因此,氫燃料電池是目前燃料電池的研究核心。

二 物理電池

物理電池顧名思義(yi) ,就是依靠物理變化來提供、儲(chu) 存電能的電池統稱,如超級電容、飛輪電池等都屬於(yu) 物理電池的家族成員。

超級電容是一種介於(yu) 傳(chuan) 統電容與(yu) 電池之間的電源元件,其主要依靠雙電層和氧化還原假電容電荷儲(chu) 存電能,期間不發生化學反應,因此被歸為(wei) 物理電池的範疇。

與(yu) 之前所介紹的化學電池相比,超級電容三大明顯優(you) 勢,首先,其反複充放電達數十萬(wan) 次(傳(chuan) 統化學電池隻有幾百至幾千次),壽命上要比化學電池高出很多;其次,超級電容在充放電時的功率密度極高,瞬間可放出大量電能,可滿足車輛更加寬泛的電力需求;第三,工作環境適應能力更佳,通常室外溫度在-40℃-65℃時,其都能穩定正常工作(傳(chuan) 統電池一般為(wei) -20℃~60℃)。

當然,有優(you) 勢就會(hui) 有不足,能量密度低就是製約超級電容發展的首要瓶頸,所以,目前其主要應用於(yu) 車輛啟動係統、軍(jun) 事及少量公交車輛,至於(yu) 是否可作為(wei) 家用車動力電源使用,還需等能量密度難題有所突破後方可知曉。

三 生物電池

生物電池(bio-fuel cells),是指將生物質能直接轉化為(wei) 電能的裝置(生物質蘊涵的能量絕大部分來自於(yu) 生物電池太陽能,是綠色植物和光合細菌通過光合作用轉化而來的)。

從(cong) 原理上來講,生物質能能夠直接轉化為(wei) 電能主要是因為(wei) 生物體(ti) 內(nei) 存在與(yu) 能量代謝關(guan) 係密切的氧化還原反應。這些氧化還原反應彼此影響,互相依存,形成網絡,進行生物的能量代謝。

在化石燃料日趨緊張、環境汙染越來越嚴(yan) 重的今天,生物燃料電池以其良好的性能向我們(men) 展示了一個(ge) 美好的發展前景。但不可否認的是,由於(yu) 技術條件的製約,生物燃料電池的研究利使用還處於(yu) 不成熟階段,電池的輸出功率小、使用壽命短等缺點製約其發展。


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