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新能源技术的心脏 汽车电池技术介绍

发布时间:2012年04月12日 15:44 | 进入汽车论坛 | 来源:XGO | 手机看视频


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内燃机汽车的心脏是动力系统,但是新能源车的心脏则是电池系统,因为电池系统的优劣直接关系到车的行驶里程、使用便利性等等情况,而目前新能源动力车型最大的技术瓶颈也恰恰限制在了电池系统上,比如充电时间、充电效率、能量密度以及体积、材质、安全或者质量等等。

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电池三大分类

汽车所使用的电池主要分为三大类,即为化学电池、物理电池以及生物电池,分别为:

化学电池,化学电池是利用物质的化学反应发电的电池系统,其中主要分为原电池、蓄电池以及燃料电池和储备电池四种。

1、原电池,其实就是一次性电池,是指电池放点后不能用一般的充电方法使活性物质复原而继续使用的电池,如锌-二氧化锰干电池、锂锰电池、锌空气电池以及一次锌银电池等都是此类一次性电池。

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原电池工作原理

2、蓄电池,又称二次电池,是指电池在放电后可以通过充电的方法是活性物质复原而继续使用的电池,其实也就是我们目前最常见的充电电池,比如铅酸蓄电池、镍镉电池、镍氢电池以及锂离子电池等等。

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蓄电池是目前汽车上最常见的一种电池

3、燃料电池,燃料电池又称联系电池,是指参加反映的活性物质从电池外部连续不断的输入电池,或者可以说其实燃料电池就是一个发电站,比如质子交换膜燃料电池、碱性染料电池、磷酸燃料电池等等。

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4、储备电池,这种电池是指电池正负极与电解质在储存期间不直接接触,使用前注入电解溶液使正负极接触,此后电池进入待放电状态,如镁电池、热电池等等。

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储备电池

物理电池,物理电池是利用光、热、物理吸附等物理能量发电的电池,如太阳能电池、超级电容器以及飞轮电池等。

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太阳能电池

生物电池,生物电池是利用生物化学反应发电的电池,如微生物电池。酶电池以及生物太阳电池等等。

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微生物电池工作原理

新能源车对于电池系统的要求

就像对于内燃机车对于发动机的各种要求,新能源车对于电池组也有着苛刻的要求,而这几项对于电池组的要求则直接关系到了新能源车在电动驱动方面的效能等问题:

1、比能量,为了提高电驱动的续航里程,要求汽车上动力电池需要最大限度的存储能量,但其前提是不能过多的增加车体自重、占用空间,所以需要电池组需要有很高的比能量。

2、比功率,为了能使电驱动的加速性能。爬坡性能以及负载性能与内燃机车相提并论,所以对于电池组的比功率会有很高的要求。

3、充放电效率,电池中能量必须经过充电-放电-充电的循环,高德充放电效率对于电驱动的行驶效率有着至关重要的作用。

4、稳定性,电池组应当在快速充电和放电的往复工况中保持性能的稳定性,使其在动力系统使用条件下能达到足够的放电循环次数。

5、成本,除了降低电池的初始购买成本,还要提高电池的使用寿命。

6、安全性,电池不能引起自燃或者燃烧,同时在发生车辆碰撞的时候,不会对驾乘人员造成人身伤害。

铅酸蓄电池

铅酸蓄电池自1958年发明以来,其使用和发展已经有了100多年的历史,其广泛应用于内燃机车的动力端,而新能源车所使用的铅酸蓄电池因为需要为车辆提供动力,所以它的主要发展方向是提高比能量,增大循环使用的寿命。铅酸蓄电池是最成熟的新能源电池系统,1881年,世界第一辆电动三轮车使用的就是铅酸蓄电池,犹豫铅酸蓄电池成熟、可靠性好、原材料价格低廉,同时比功率也基本上可以满足电动驱动的动力要求,所以在新能源汽车中广泛应用。

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铅酸蓄电池

铅酸蓄电池的优点:

1、除锂离子电池外,在场用蓄电池中,铅酸蓄电池的电压最高,即为2.0V;
2、制造成本低廉;
3、可以做成小至1Ah大至几千Ah的各种尺寸和结构的蓄电池;
4、高倍率放电性能良好,可用于发动机启动;
5、电能效率可以达到60%;
6、高低温性能良好,可以在-40℃~60℃条件下工作;
7、易于浮充使用,没有“记忆”效应,且易于识别荷电状态。

铅酸蓄电池的缺点:

1、比能量低,在新能源车重所需要占用的整体质量以及体积比较大,一次充电可行驶的历程比较短;
2、使用寿命短,且后期使用成本高;
3、充电时间长;
4、铅是重金属,存在污染,与新能源动力车的概念背道。

镍氢电池

镍氢电池是20世纪90年代发展起来的一种新型电池,它的正极活性物质主要由镍制成,负极活性物质则由氢合金支撑,属碱性电池。镍氢电池具有高比能量、高功率,适合大电流放电、可循环充放电、无污染,属于一种绿色能源,目前很多新能源动力车型所使用的电池组都会选择镍氢电池。

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大众的Hybrid版途锐所使用的电池即为镍氢电池

镍氢电池的特点:

镍氢电池具有无污染、高比能、大功率、快速充放电、耐用等诸多特性,与铅酸蓄电池相比,镍氢电池具有比能量高、质量轻以及循环寿命长等特点,同时还具有一下特点:

1、比功率高,目前商业化的镍氢电池功率可以达到1350W/kg;
2、循环次数多,目前应用在电动车辆上的镍氢动力电池组,80%放点深度循环可以达到1000次以上,为铅酸电池的三倍以上,100%DOD循环寿命也在500次以上,在混合动力的汽车上可以使用五年以上;
3、无污染,镍氢电池不含铅、镉等对人体有害的金属;
4、耐过充过放,无记忆效应;
5、使用温度范围大,正常使用温度范围在-30~50℃,存储温度范围-40~70℃
6、安全,可以抵抗短路、挤压、针刺、跌落、加热、震动等情况,且不会发生爆炸或者燃烧现象。

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  • 电动汽车: 电动汽车(Electric Vehicle),是指以车载电源为动力,用电机驱动车轮行驶,符合道路交通、安全法规各项要求的汽车。一般采用高效率充电电池,或燃料电池为动力源。 来自:互动百科