關于新能源汽車電池技術概述
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-09 12:28
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內燃機汽車的心臟是動力系統，但是新能源車的心臟則是電池系統。電池系統的優(yōu)劣直接關系到車的行駛里程、使用便利性等情況，而目前新能源動力車型最大的技術瓶頸也恰恰限制在了電池系統上，比如充電時間、充電效率、能量密度以及體積、材質、安全或者質量等等。
新能源汽車所使用的電池主要分為三大類，即化學電池、物理電池以及生物電池。我們目前最常見的汽車用電池有鉛酸蓄電池、氫鎳電池、鋰離子電池、燃料電池等等。
鉛酸蓄電池
鉛酸蓄電池發(fā)明以來，其使用和發(fā)展已有100 多年的歷史，廣泛應用于內燃機車的動力端，而新能源車所使用的鉛酸蓄電池因為需要為車輛提供動力，所以它的主要發(fā)展方向是提高比能量，增大循環(huán)使用壽命。鉛酸蓄電池是最成熟的新能源電池系統，1881 年，世界第一輛電動三輪車使用的就是鉛酸蓄電池，由于鉛酸蓄電池成熟、可靠性好、原材料價格低廉，同時比功率也基本上可以滿足電動驅動的動力要求，所以在新能源汽車中廣泛應用。
鉛酸蓄電池的優(yōu)點：
(1)在常用蓄電池中，鉛酸蓄電池的電壓較高，為2.0 V；
(2)制造成本低；
(3)可以做成各種尺寸和結構的蓄電池；
(4)高倍率放電性能良好，可用于發(fā)動機啟動；
(5)電能效率可以達到60%；
(6)高低溫性能良好；
(7)易于浮充使用，沒有“記憶”效應，且易于識別荷電狀態(tài)。
鉛酸蓄電池的缺點：
(1)比能量低，在新能源車中所需要占用的整體質量以及體積比較大，一次充電可行駛的里程比較短；
(2)使用壽命短，且后期使用成本高；
(3)充電時間長；
(4)鉛是重金屬，存在污染。
氫鎳電池
氫鎳電池是20 世紀90 年代發(fā)展起來的一種新型電池，其正極活性物質主要由鎳制成，負極活性物質則由氫合金支撐，屬堿性電池。氫鎳電池屬于一種綠色能源電池，目前很多新能源動力車型所使用的電池組都會選擇氫鎳電池。如下圖的大眾Hybird 版途銳。
氫鎳電池的特點：
(1)比功率高；
(2)循環(huán)次數多，目前應用在電動車輛上的氫鎳動力電池組，80%放電深度循環(huán)可以達到1 000 次以上，為鉛酸電池的三倍以上，100%DOD循環(huán)壽命也在500 次以上，在混合動力汽車上可以使用五年以上；
(3)無污染，氫鎳電池不含鉛、鎘等對人體有害的金屬；
(4)耐過充過放，無記憶效應；
(5)使用溫度范圍寬；
(6)安全，可以抵抗短路、擠壓、針刺、跌落、加熱、震動等情況，且不會發(fā)生爆炸或者燃燒現象。
鋰離子電池
鋰離子電池最早在1990 年由日本的索尼公司推向市場，是目前世界上最新一代的充電電池系統。相比較氫鎳電池，混合動力汽車采用鋰離子電池，可使電池系統的質量下降40%~50%、體積減小20%～30%，能源效率大幅提升?，F今大部分新能源車采用鋰離子電池來提供動力，如BMW i3、特斯拉Model S 等。
鋰離子電池按照不同的正極材料可以分為錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池以及鎳鈷鋰電池等，而現在大多數新能源車型所使用的第二代電池組為磷酸鐵鋰電池，也是未來鋰離子電池的發(fā)展方向所在。
鋰離子電池優(yōu)點:
(1)工作電壓高，是氫鎳、鎘鎳電池工作電壓的3 倍；
(2)比能量高，是鎘鎳電池三倍，氫鎳電池1.5 倍；
(3)循環(huán)壽命長，其循環(huán)壽命可以達到千次以上，在低放電深度下可以達到幾萬次，超過了其它幾種二次電池；
(4)自放電率低，鋰離子電池的自放電率僅為6%～8%，遠低于鎘鎳電池和氫鎳電池。
(5)無記憶性、無污染、隨意塑形。鋰離子電池缺點:
(6)成本高，低于氫鎳電池，與鎘鎳電池持平，但高于鉛酸蓄電池。
(7)必須有特殊的保護電路，以防止過充現象。
燃料電池
燃料電池是一種化學電池，直接把物質發(fā)生化學反應時釋放的能量轉化為電能，工作時需要連續(xù)地向其供給活性物質(起反應的物質)———燃料和氧化劑。燃料電池的發(fā)展是以電化學、電催化、電極過程動力學、材料科學、化工過程和自動化等學科為基礎的。最早的燃料電池是在1839 年格洛夫使用電解水產生的氫氣和氧氣而制造成功的。
燃料電池優(yōu)缺點:
燃料電池并不是純粹意義上的電池，而是一個輸送電能的“發(fā)動機”，其將化學能轉化為電能后輸送給電池，然后再將電能輸送給電動機，其優(yōu)點多于缺點：
(1)能量轉換的效率更高；
(2)無污染；
(3)結構簡單。燃料電池車(質子交換膜燃料電池)的電池模塊是一種積木化的結構，使得電池組的組裝以及維護都非常方便，在運行中的噪音也會更低；
(4)氫能來源充分。氫是一種來源非常廣泛的能源，且是一種可再生資源。
缺點同樣存在：成本非常高，同時對氫的純凈度要求非常高，由于氫屬于活性物質，所以對于其儲存器具的要求也頗為嚴苛。
新能源車對于電池系統的要求就像內燃機車對于發(fā)動機的各種要求，新能源車對于電池組也有著苛刻的要求，而這幾項要求則直接關系到了新能源車在電動驅動方面的效能等問題：
(1)比能量。為了提高電驅動的續(xù)航里程，要求汽車上動力電池需要最大限度的存儲能量，但其前提是不能過多增加車體自重、占用空間，所以需要電池組有很高的比能量。
(2)比功率。為了能使電驅動的加速性能、爬坡性能以及負載性能與內燃機車相提并論，所以對于電池組的比功率會有很高的要求。
(3)充放電效率。電池中能量必須經過充電- 放電- 充電的循環(huán)，高充放電效率對于電驅動的行駛效率有著至關重要的作用。
(4)穩(wěn)定性。電池組應當在快速充電和放電的往復工況中保持性能的穩(wěn)定性，使其在動力系統使用條件下能達到足夠的放電循環(huán)次數。
(5)成本。除了降低電池的初始購買成本，還要提高電池的使用壽命。
(6)安全性。電池不能自燃或者引起燃燒，同時在發(fā)生車輛碰撞的時候，不會對駕乘人員造成人身傷害。
新能源汽車電池充電方式
(1)常規(guī)充電方式：此類充電方式是采用恒壓、恒流的傳統方式對汽車電池進行充電。這種方式以相當低的充電電流為蓄電池充電，電流大小約為15 A，若以120 Ah 的蓄電池為例，充電至少要持續(xù)8 個小時以上。這種充電方式是目前比較常見的電動車充電模式，成本低且工作穩(wěn)定，但缺點是充電速率較慢。
(2)快速充電方式：以150～400 A 的高充電電流在短時間內為蓄電池充電，與常規(guī)充電方式相比，其制造以及安裝成本更高，主要目的是在短時間內給電動車完全充電。雖然充電速度加快，但是因為在快速充電過程中，電池發(fā)熱量急劇增加，同時電池內部劇烈進行化學反應，所以對電池的壽命會造成一定影響，從而使電動車的后期使用成本大幅度增加。
(3)無線充電方式：這是一種比較新的充電模式，其概念類似于移動電話的原理，是一種將電能轉換為一種符合現行技術標準要求的特殊的激光或者微波束，并在汽車某位置安裝接受器作為充電接入口即可。
(4)更換電池方式：即在蓄電池能量耗盡后，用充滿電的電池或電池組進行更換。一般在此類模式中，電池歸品牌經銷商、廠家所有，電動車用戶只需要租用電池即可。
(5)移動式充電：對于電動汽車的蓄電池而言，最理想的情況是在行駛中進行充電，這樣就可以最大限度地降低續(xù)航里程對于電動車行駛和普及的制約，不過此類充電模式需要政府的大力支持才可以，因為關系到在公路路面之下架設充電系統。
