新能源汽车电池概述_付甜甜

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1、2 0 1 4 . 1 2 V o l . 3 8N o . 1 2 评 论评 论 2 2 1 7 汽车电池系统综述 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。 电池系统的优劣直接关系到车的行 驶里程、 使用便利性等情况， 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。 新能源汽车所使用的电池主要 分为三大类， 即化学电池、 物理电池 以及生物电池。 我们目前最常见的汽 车用电池有铅酸蓄电池、氢镍电池、 锂离子电池、 燃料电池等等。 铅酸蓄电池 铅酸蓄电池发明以来， 其使用和 发

2、展已有 1 0 0多年的历史， 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， 增大循环使用寿命。铅 酸蓄电池是最成熟的新能源电池系 统， 1 8 8 1年， 世界第一辆电动三轮车 使用的就是铅酸蓄电池， 由于铅酸蓄 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。 铅酸蓄电池的优点： ( 1 ) 在常用蓄电池中， 铅酸蓄电池的电 压较高， 为 2 . 0V ； ( 2 ) 制造成本低； ( 3 ) 可以做成各种尺寸和结构的蓄电 池； (

3、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 6 0 %； ( 6 ) 高低温性能良好； ( 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， 在新能源车中所需要占 用的整体质量以及体积比较大， 一次 充电可行驶的里程比较短； ( 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。 氢镍电池 氢镍电池是 2 0世纪 9 0年代发 展起来的一种新型电池， 其正极活性 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。氢镍电 池属于

4、一种绿色能源电池， 目前很多 新能源动力车型所使 用的电池组都会选择 氢镍电池。如右图的大 众 H y b i r d版途锐。 氢镍电池的特点： ( 1 ) 比功率高； ( 2 ) 循环次数多， 目前应 用在电动车辆上的氢 镍动力电池组， 8 0 %放 电深度循环可以达到 10 0 0次以上， 为铅酸电池的三倍以上， 1 0 0 %D O D 循环寿命也在 5 0 0次以上， 在混合动 力汽车上可以使用五年以上； ( 3 ) 无污染， 氢镍电池不含铅、 镉等对 人体有害的金属； ( 4 ) 耐过充过放， 无记忆效应； ( 5 ) 使用温度范围宽； ( 6 ) 安全， 可以抵抗短路、 挤压、 针

5、刺、 跌落、 加热、 震动等情况， 且不会发生 爆炸或者燃烧现象。 锂离子电池 锂离子电池最早在 1 9 9 0年由日 本的索尼公司推向市场， 是目前世界 上最新一代的充电电池系统。相比较 氢镍电池， 混合动力汽车采用锂离子 电池， 可使电池系统的质量 下 降 4 0 % 5 0 %、 体积减小 2 0 %3 0 %， 能 源效率大幅提升。现今大部分新能源 车采用锂离子电池来提供动力， 如 B MW i 3 、 特斯拉 Mo d e l S等。 锂离子电池按照不同的正极材料 新能源 汽车电 池概述 付甜甜 大众的 Hybrid 版途锐所使用的氢镍电池 2 0 1 4 . 1 2 V o l .

6、 3 8N o . 1 2 评 论 2 2 1 8 可以分为锰酸锂电池、 磷酸铁锂电池 以及镍钴锂电池等， 而现在大多数新 能源车型所使用的第二代电池组为 磷酸铁锂电池， 也是未来锂离子电池 的发展方向所在。 锂离子电池优点: ( 1 ) 工作电压高， 是氢镍、 镉镍电池工 作电压的 3倍； ( 2 ) 比能量高， 是镉镍电池三倍， 氢镍 电池 1 . 5倍； ( 3 ) 循环寿命长， 其循环寿命可以达 到千次以上， 在低放电深度下可以达 到几万次，超过了其它几种二次电 池； ( 4 ) 自放电率低， 锂离子电池的自放 电率仅为 6 %8 %， 远低于镉镍电池 和氢镍电池。 ( 5 ) 无记忆

7、性、 无污染、 随意塑形。 锂离子电池缺点: ( 1 ) 成本高， 低于氢镍电池， 与镉镍电 池持平， 但高于铅酸蓄电池。 ( 2 ) 必须有特殊的保护电路， 以防止 过充现象。 燃料电池 燃料电池是一种化学电池， 直接 把物质发生化学反应时释放的能量 转化为电能， 工作时需要连续地向其 供给活性物质( 起反应的物质) 燃 料和氧化剂。 燃料电池的发展是以电 化学、 电催化、 电极过程动力学、 材料 科学、 化工过程和自动化等学科为基 础的。最早的燃料电池是在 1 8 3 9年 格洛夫使用电解水产生的氢气和氧 气而制造成功的。 燃料电池优缺点: 燃料电池并不是纯粹意义上的 电池，而是一个输送电

8、能的 “发动 机” ， 其将化学能转化为电能后输送 给电池，然后再将电能输送给电动 机， 其优点多于缺点： ( 1 ) 能量转换的效率更高； ( 2 ) 无污染； ( 3 ) 结构简单。燃料电池车( 质子交换 膜燃料电池) 的电池模块是一种积木 化的结构， 使得电池组的组装以及维 护都非常方便， 在运行中的噪音也会 更低； ( 4 ) 氢能来源充分。 氢是一种来源非常 广泛的能源， 且是一种可再生资源。 缺点同样存在：成本非常高， 同 时对氢的纯净度要求非常高， 由于氢 属于活性物质， 所以对于其储存器具 的要求也颇为严苛。 新能源车对于电池系统的 要求 就像内燃机车对于发动机的各 种要求，

9、新能源车对于电池组也有着 苛刻的要求， 而这几项要求则直接关 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 增加车体自重、 占用空间， 所以需要 电池组有很高的比能量。 ( 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

10、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。 电池不能自燃或者引起燃 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。 新能源汽车电池充电方式 ( 1 ) 常规充电方式： 此类充电方式是采 用恒压、 恒流的传统方式对汽车电池 进行充电。 这种方式以相当低的充电 电流为蓄电池充电，电流大小约为 1 5A ， 若以 1 2 0A h的蓄电池为例， 充 电至少要持续 8个小时以上。 这种充 电方式是目前比较常见的电动车充 电模式， 成本

11、低且工作稳定， 但缺点 是充电速率较慢。 ( 2 ) 快速充电方式： 以 1 5 0 4 0 0A的 高充电电流在短时间内为蓄电池充 电， 与常规充电方式相比， 其制造以 及安装成本更高， 主要目的是在短时 间内给电动车完全充电。 虽然充电速 度加快，但是因为在快速充电过程 中， 电池发热量急剧增加， 同时电池 内部剧烈进行化学反应， 所以对电池 的寿命会造成一定影响， 从而使电动 车的后期使用成本大幅度增加。 ( 3 ) 无线充电方式： 这是一种比较新的 充电模式， 其概念类似于移动电话的 原理， 是一种将电能转换为一种符合 现行技术标准要求的特殊的激光或 者微波束， 并在汽车某位置安装接受 器作为充电接入口即可。 ( 4 ) 更换电池方式： 即在蓄电池能量耗 尽后， 用充满电的电池或电池组进行 更换。一般在此类模式中， 电池归品 牌经销商、 厂家所有， 电动车用户只 需要租用电池即可。 ( 5 ) 移动式充电： 对于电动汽车的蓄电 池而言， 最理想的情况是在行驶中进 行充电， 这样就可以最大限度地降低 续航里程对于电动车行驶和普及的 制约， 不过此类充电模式需要政府的 大力支持才可以， 因为关系到在公路 路面之下架设充电系统。CJPS