新能源汽車的心臟 汽車電池技術介紹

內(nèi)燃機汽車的心臟是動力系統(tǒng)，但是新能源車的心臟則是電池系統(tǒng)，因為電池系統(tǒng)的優(yōu)劣直接關系到車的行駛里程、使用便利性等等情況，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(tǒng)上，比如充電時間、充電效率、能量密度以及體積、材質(zhì)、安全或者質(zhì)量等等。

電池三大分類

汽車所使用的電池主要分為三大類，即為化學電池、物理電池以及生物電池，分別為：

化學電池，化學電池是利用物質(zhì)的化學反應發(fā)電的電池系統(tǒng)，其中主要分為原電池、蓄電池以及燃料電池和儲備電池四種。

1、原電池，其實就是一次性電池，是指電池放點后不能用一般的充電方法使活性物質(zhì)復原而繼續(xù)使用的電池，如鋅-二氧化錳干電池、鋰錳電池、鋅空氣電池以及一次鋅銀電池等都是此類一次性電池。

原電池工作原理

2、蓄電池，又稱二次電池，是指電池在放電后可以通過充電的方法是活性物質(zhì)復原而繼續(xù)使用的電池，其實也就是我們目前最常見的充電電池，比如鉛酸蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫電池以及鋰離子電池等等。

蓄電池是目前汽車上最常見的一種電池

3、燃料電池，燃料電池又稱聯(lián)系電池，是指參加反映的活性物質(zhì)從電池外部連續(xù)不斷的輸入電池，或者可以說其實燃料電池就是一個發(fā)電站，比如質(zhì)子交換膜燃料電池、堿性染料電池、磷酸燃料電池等等。

4、儲備電池，這種電池是指電池正負極與電解質(zhì)在儲存期間不直接接觸，使用前注入電解溶液使正負極接觸，此后電池進入待放電狀態(tài)，如鎂電池、熱電池等等。

儲備電池

物理電池，物理電池是利用光、熱、物理吸附等物理能量發(fā)電的電池，如太陽能電池、超級電容器以及飛輪電池等。

太陽能電池

生物電池，生物電池是利用生物化學反應發(fā)電的電池，如微生物電池。酶電池以及生物太陽電池等等。

微生物電池工作原理

新能源車對于電池系統(tǒng)的要求

就像對于內(nèi)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，而這幾項對于電池組的要求則直接關系到了新能源車在電動驅(qū)動方面的效能等問題：

1、比能量，為了提高電驅(qū)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的增加車體自重、占用空間，所以需要電池組需要有很高的比能量。

2、比功率，為了能使電驅(qū)動的加速性能。爬坡性能以及負載性能與內(nèi)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(jīng)過充電-放電-充電的循環(huán)，高德充放電效率對于電驅(qū)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(tǒng)使用條件下能達到足夠的放電循環(huán)次數(shù)。

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，電池不能引起自燃或者燃燒，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。

鉛酸蓄電池

鉛酸蓄電池自1958年發(fā)明以來，其使用和發(fā)展已經(jīng)有了100多年的歷史，其廣泛應用于內(nèi)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)使用的壽命。鉛酸蓄電池是最成熟的新能源電池系統(tǒng)，1881年，世界第一輛電動三輪車使用的就是鉛酸蓄電池，猶豫鉛酸蓄電池成熟、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(qū)動的動力要求，所以在新能源汽車中廣泛應用。

鉛酸蓄電池

鉛酸蓄電池的優(yōu)點：

1、除鋰離子電池外，在場用蓄電池中，鉛酸蓄電池的電壓最高，即為2.0V；

2、制造成本低廉；

3、可以做成小至1Ah大至幾千Ah的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，可以在-40℃～60℃條件下工作；

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，在新能源車重所需要占用的整體質(zhì)量以及體積比較大，一次充電可行駛的歷程比較短；

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，與新能源動力車的概念背道。

鎳氫電池

鎳氫電池是20世紀90年代發(fā)展起來的一種新型電池，它的正極活性物質(zhì)主要由鎳制成，負極活性物質(zhì)則由氫合金支撐，屬堿性電池。鎳氫電池具有高比能量、高功率，適合大電流放電、可循環(huán)充放電、無污染，屬于一種綠色能源，目前很多新能源動力車型所使用的電池組都會選擇鎳氫電池。

大眾的Hybrid版途銳所使用的電池即為鎳氫電池

鎳氫電池的特點：

鎳氫電池具有無污染、高比能、大功率、快速充放電、耐用等諸多特性，與鉛酸蓄電池相比，鎳氫電池具有比能量高、質(zhì)量輕以及循環(huán)壽命長等特點，同時還具有一下特點：

1、比功率高，目前商業(yè)化的鎳氫電池功率可以達到1350W/kg；

2、循環(huán)次數(shù)多，目前應用在電動車輛上的鎳氫動力電池組，80%放點深度循環(huán)可以達到1000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，在混合動力的汽車上可以使用五年以上；

3、無污染，鎳氫電池不含鉛、鎘等對人體有害的金屬；

4、耐過充過放，無記憶效應；

5、使用溫度范圍大，正常使用溫度范圍在-30～50℃，存儲溫度范圍-40～70℃

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(xiàn)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(tǒng)，與其它電池想比，其有電壓高、比能量高、充放電壽命長、無記憶效應、無污染、更快的充電、自放電率低一級工作溫度范圍款和安全等優(yōu)勢，相比較鎳氫電池，混合動力汽車采用鋰離子電池，可是電池系統(tǒng)的質(zhì)量下降40%～50%、體積減小20%～30%，能源效率也有提升。

鋰離子電池工作原理（磷酸鐵鋰電池其實只是鋰離子電池的一個分支）

鋰離子電池按照不同的正極材料可以分為錳酸鋰離子電池、磷酸鐵離子電池以及鎳鈷鋰離子電池（鎳鈷錳離子電池）等，大多數(shù)新能源車型所使用的第一代鋰離子電池均為錳酸鋰離子電池，其成本更低、安全，但是循環(huán)壽命欠佳，同時在高溫狀態(tài)下循環(huán)壽命短，甚至在高溫狀態(tài)下會出現(xiàn)錳離子溶出現(xiàn)象，而現(xiàn)在大多數(shù)新能源車型所使用的第二代電池組為磷酸鐵離子電池，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，其工作電壓為3.6V，是鎳氫、鎳鎘電池工作電壓的3倍；

2、比能量高，其比能量達到150Wh/kg，是鎳鎘電池三倍，鎳氫電池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%，遠低于鎳鎘電池和鎳氫電池。

5、無記憶性、無污染、隨意塑形。

鋰離子電池缺點

1、成本高，主要是正極材料的LiCoO的成本高，但按單位瓦時的價格來計算的話，其實已經(jīng)低于鎳氫電池，與鎳鎘電池持平，但高于鉛酸蓄電池。

2、必須有特殊的保護電路，以防止過充現(xiàn)象。

燃料電池

燃料電池（FuelCell，F(xiàn)C）是一種化學電池，它直接把物質(zhì)發(fā)生化學反應時釋放的能量轉(zhuǎn)化為電能，工作時需要連續(xù)地向其供給活物質(zhì)（起反映的物質(zhì)）燃料和氧化劑。猶豫它是把燃料通過化學反應釋放出的能量變成電能，所以成為燃料電池。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，而最早的燃料電池在1839年格洛夫使用電解水產(chǎn)生的氫氣和氧氣而制造出了最早的燃料電池。

燃料電池優(yōu)缺點

其實根據(jù)燃料電池車的工作原理來說，其所謂的燃料電池其實就好象串聯(lián)式混合動力車的工作原理，其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(zhuǎn)化為電能后輸送給電池，爾后再將電能輸送給電動機，或者其實稱它為串聯(lián)式混合動力車也未嘗不可，但是它的優(yōu)點卻更多：

1、比如它的能量轉(zhuǎn)換的效率更高。過氫氧化和作用將其所釋放的化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，而不通過熱機過程，也不受卡諾循環(huán)的限制；

2、無污染。其排放物僅為可食用的純凈水，或者說開車不需要帶太多的飲用水了。

3、結構簡單。燃料電池車（質(zhì)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，同時因為其工作為誤解些運動部件，以及工作中只會產(chǎn)生水，所以其在運行中的噪音也會更低。

4、氫能源來源充分。氫是一種來源非常廣泛的能源，且是一種可再生資源，比如可以通過石油、天然氣、甲醇、甲烷等進行重整制氫、光解水制氫等方法得到氫氣。

不過缺點同樣存在，其成本與其它新能源動力一樣會非常高，同時對氫的純凈度要求非常高，以及因為氫屬于活性物質(zhì)，所以對于其儲存器具的要求也頗為嚴苛，致使其在科技含量以及成本上都不會比其它新能源動力低，而這些也正是制約燃料電池發(fā)展的主要瓶頸，雖然奔馳汽車在燃料電池方面有著不錯的發(fā)展，但是其瓶頸則依然卡在了電池能量密度、制造成本等問題之上。