新能源汽車小知識(shí)之新能源電池的五大類型
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-03-20 09:27
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鋰電池是由愛迪生發(fā)明的一類由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。電池運(yùn)用的反應(yīng)方程式為：Li+MnO2=LiMnO2該反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)，放電。在以前，因?yàn)殇嚱饘俚幕瘜W(xué)性質(zhì)非常活潑，對(duì)加工、保存、使用，對(duì)環(huán)境要求非常高，所以鋰電池長期沒有得到應(yīng)用。隨著現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展鋰電池現(xiàn)在已經(jīng)成為了主流。
傳統(tǒng)的鉛酸電池、鎳鎘電池和鎳氫電池本身技術(shù)比較成熟，但它們用在汽車上作為動(dòng)力電池則存在較大的問題。目前，越來越多的汽車廠家選擇采用鋰電池作為新能源汽車的動(dòng)力電池。
因?yàn)殇囯x子動(dòng)力電池有以下優(yōu)點(diǎn)：工作電壓高（是鎳鎘電池氫-鎳電池的3倍）；比能量大（可達(dá)165WH/kg，是氫鎳電池的3倍）；體積??；質(zhì)量輕；循環(huán)壽命長；自放電率低；無記憶效應(yīng)；無污染等。
當(dāng)前許多知名的汽車制造商都致力于開發(fā)動(dòng)力鋰電池汽車，如美國福特、克萊斯勒，日本豐田、三菱、日產(chǎn)、韓國現(xiàn)代、法國Courreges、Ventury等。而國內(nèi)汽車制造商比亞迪、吉利、奇瑞、力帆、中興等車企也紛紛在自己的混合動(dòng)力和純電動(dòng)汽車中搭載動(dòng)力鋰電池。
目前阻礙動(dòng)力鋰離子電池發(fā)展的瓶頸是：安全性能和汽車動(dòng)力電池的管理系統(tǒng)。安全性能方面，由于鋰離子動(dòng)力電池具有能量密度大、工作溫度高、工作環(huán)境 惡劣等方面的原因，加上以人為本的安全理念，因此，用戶對(duì)電池的安全性提出了非常高的要求。汽車動(dòng)力電池的管理系統(tǒng)方面，由于汽車動(dòng)力電池的工作電壓是 12V或24V，而單個(gè)動(dòng)力鋰離子電池的工作電壓是3.7V，因此必須由多個(gè)電池串聯(lián)而提高電壓，但由于電池難以做到完全均一的充放電，因此導(dǎo)致串聯(lián)的多 個(gè)電池組內(nèi)的單個(gè)電池會(huì)出現(xiàn)充放電不平衡的狀況，電池會(huì)出現(xiàn)充電不足和過放電現(xiàn)象，而這種狀況會(huì)導(dǎo)致電池性能的急劇惡化，最終導(dǎo)致整組電池?zé)o法正常工作， 甚至報(bào)廢，從而大大影響電池的使用壽命和可靠性能。
電池是通過儲(chǔ)藏化學(xué)能釋放出電能的裝置，一直制約著電動(dòng)汽車的發(fā)展，電動(dòng)車能否徹底取代內(nèi)燃機(jī)車，取決于電池技術(shù)的突破，目前已經(jīng)發(fā)展了很多形式類型，但是還不能滿足需求
一、電池的廣義分類
電池的分類電池從廣義上講主要可分為化學(xué)電池、物理電池和生物電池三大類，其中化學(xué)電池和物理電池已經(jīng)應(yīng)用于量產(chǎn)電動(dòng)汽車中，而生物電池則被視為未來電動(dòng)車電池的重要發(fā)展方向之一。
二、電動(dòng)汽車電池分類
電動(dòng)汽車電池可以分為兩大類，即蓄電池和燃料電池，蓄電池適用于純電動(dòng)汽車，可以歸類為鉛酸蓄電池、鎳基電池（鎳-氫電池、鎳-金屬氫化物電池、鎳-鎘電池、鎳-鋅電池）、鈉-硫電池、鈉-氯化鎳電池、二次鋰電池、空氣電池等類型。除了空氣電池，其他電池都可以歸納為化學(xué)電池。
化學(xué)電池是目前電動(dòng)汽車領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的電池種類，如鎳氫電池、鋰離子電池、鋰聚合物電池、燃料電池等都屬于這一范疇。從結(jié)構(gòu)角度上講，其可進(jìn)一步分成蓄電池及燃料電池兩大類別，我們目前所見的絕大多數(shù)電動(dòng)車都采用蓄電池技術(shù)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，如豐田普銳斯、特斯拉MODELS等。當(dāng)然，這里所講的蓄電池并不是我們?nèi)粘Ｋv的汽車電瓶，而是對(duì)可重復(fù)充電電池的統(tǒng)稱，其中車載電瓶通常使用的鉛酸蓄電池僅僅是細(xì)分門類的一種。
1、鉛酸蓄電池
鉛酸蓄電池已有100多年的歷史，廣泛用作內(nèi)燃機(jī)汽車的起動(dòng)動(dòng)力源，它也是成熟的電動(dòng)汽車蓄電池，可靠性好、原材料易得、價(jià)格便宜，比功率也基本上能滿足電動(dòng)汽車的動(dòng)力性要求，但它有兩大缺點(diǎn)，一是比能量低，所占的質(zhì)量和體積太大，且一次充電行駛里程較短，另一個(gè)是使用壽命短，使用成本過高。
2、鎳氫電池
鎳氫電池屬于堿性電池，鎳氫電池循環(huán)使用壽命較長，無記憶效應(yīng)，但價(jià)格較高，國外生產(chǎn)電動(dòng)汽車鎳蓄電池的公司主要是Ovonie、豐田和松下的一個(gè)合資公司，Ovonie現(xiàn)有80A·h和130A·h兩種單元電池，其比能量達(dá)75-80W·h/kg，循環(huán)使用壽命超過600次，這種蓄電池裝在幾種電動(dòng)汽車上試用，其中一類車一次充電可行駛345km，有一輛車一年中行駛了8萬多公里，由于價(jià)格較高，目前尚未大批量生產(chǎn)，國內(nèi)已開發(fā)出55A·h和100A·h單元電池，比能量達(dá)65W·h/kg，功率密度大于800W/kg的鎳蓄電池。
3、鋰離子電池
電動(dòng)汽車鋰電池鋰離子二次電池作為新型高電壓、高能量密度的可充電電池，其獨(dú)特的物理和電化學(xué)性能，具有廣泛的民用和國防應(yīng)用的前景，其突出的特點(diǎn)是：重量輕、儲(chǔ)能大、無污染、無記憶效應(yīng)、使用壽命長。在同體積重量情況下，鋰電池的蓄電能力是鎳氫電池的1.6倍，是鎳鎘電池的4倍，并且人類只開發(fā)利用了其理論電量的20%～30%，開發(fā)前景非常光明，同時(shí)它是一種真正的綠色環(huán)保電池，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，是目前最佳的能應(yīng)用到電動(dòng)車上的電池，我國從二十世紀(jì)九十年代開始開發(fā)和利用鋰離子電池，至今已取得突破性進(jìn)展，研制出了完全擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的鋰離子電池。鈷酸鋰、錳酸鋰、聚合物、三元鋰電池、磷酸鐵鋰等等都可以算為鋰電池類的產(chǎn)品。
4、鈉硫電池
鈉硫電池比能量高，其理論比能量為760W·h/kg，實(shí)際已大于100W·h/kg，是鉛酸電池的3～4倍，另外可大電流、高功率放電，其放電電流密度一般可達(dá)200～300mA/mm2，并瞬時(shí)間可放出其3倍的固有能量，再一個(gè)是充放電效率高，由于采用固體電解質(zhì)，所以沒有通常采用液體電解質(zhì)二次電池的那種自放電及副反應(yīng)，充放電電流效率幾乎100%。
鈉硫電池缺點(diǎn)，主要其工作溫度在300～350℃，所以，電池工作時(shí)需要一定的加熱保溫，而高溫腐蝕嚴(yán)重，電池壽命較短，已有采用高性能的真空絕熱保溫技術(shù)，可有效地解決這一問題，也有性能穩(wěn)定性及使用安全性不太理想等問題。
5、鎳鎘電池
鎳鎘電池的應(yīng)用廣泛程度僅次于鉛酸蓄電池，其比能量可達(dá)55W·h/kg，比功率超過190W/kg，可快速充電，循環(huán)使用壽命較長，是鉛酸蓄電池的兩倍多，可達(dá)到2000多次，但價(jià)格為鉛酸蓄電池的4～5倍，它的初期購置成本雖高，但由于其在能量和使用壽命方面的優(yōu)勢，因此其長期的實(shí)際使用成本并不高。
其缺點(diǎn)是有“記憶效應(yīng)”，容易因?yàn)槌浞烹姴涣级鴮?dǎo)致電池可用容量減小，須在使用十次左右后，作一次完全充放電，如果已經(jīng)有了“記憶效應(yīng)”，應(yīng)連續(xù)作3～5次完全充放電，以釋放記憶，另外鎘有毒，使用中要注意做好回收工作，以免鎘造成環(huán)境污染。
6、燃料電池
簡單地說，燃料電池（FuelCell）是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進(jìn)燃料電池，電就被奇妙地生產(chǎn)出來。它從外表上看有正負(fù)極和電解質(zhì)等，像一個(gè)蓄電池，但實(shí)質(zhì)上它不能“儲(chǔ)電”而是一個(gè)“發(fā)電廠”。
而燃料電池專用于燃料電池電動(dòng)汽車，可以分為堿性燃料電池（AFC）、磷酸燃料電池（PAFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）、質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）、直接甲醇燃料電池（DMFC）等類型。
最有望用于汽車的是質(zhì)子交換膜燃料電池。它的工作原理是：將氫氣送到負(fù)極，經(jīng)過催化劑（鉑）的作用，氫原子中兩個(gè)電子被分離出來，這兩個(gè)電子在正極的吸引下，經(jīng)外部電路產(chǎn)生電流，失去電子的氫離子（質(zhì)子）可穿過質(zhì)子交換膜（即固體電解質(zhì)），在正極與氧原子和電子重新結(jié)合為水。由于氧可以從空氣中獲得，只要不斷給負(fù)極供應(yīng)氫，并及時(shí)把水（蒸汽）帶走，燃料電池就可以不斷地提供電能。
因?yàn)槿剂想姵刂苯訉⑷剂系幕瘜W(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，中間不經(jīng)過燃燒過程，因而不受卡諾循環(huán)的限制。目前燃料電池系統(tǒng)的燃料—電能轉(zhuǎn)換效率在45%～60%，而火力發(fā)電和核電的效率大約在30%～40%。
江蘇景源旭主要團(tuán)隊(duì)成員來自于國內(nèi)電力系統(tǒng)科研機(jī)構(gòu)、院校及大型電力設(shè)備制造企業(yè)，主要從事電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)產(chǎn)品、新能源應(yīng)用及多能互補(bǔ)、電能質(zhì)量研究與治理和智能停車場產(chǎn)品等領(lǐng)域。
我公司在充電樁行業(yè)擁有充足的經(jīng)驗(yàn)，目前公司產(chǎn)品有壁掛式交流充電樁、廣告式交流充電樁、一體式直流充電樁和分體式直流充電樁。江蘇景源旭將助力中國電動(dòng)車市場基礎(chǔ)建設(shè)，為新能源汽車在神州大地運(yùn)行做好基礎(chǔ)工作。
