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电动汽车三大件之一 浅谈动力电池

电池作为电动汽车的三大件之一,是整个系统的动力来源,一直以来被视为电动车发展的重要标志性技术,占到了整车成本的百分之三十左右。而其性能的好坏也直接关系到车辆续航里程的长短。今天就给各位详细讲解一下,电动汽车电池的分类及各种类型电池的优缺点。

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电池的各种分类

电池从广义上讲主要可分为化学电池、物理电池和生物电池三大类,其中在电动汽车中,应用最广泛的是化学电池,本期主要讲解化学电池。

化学电池定义:化学电池是指能将化学能转变为电能的装置。主要部分包括电解质溶液以及浸入溶液的正负两个电极。使用时,将导线联接两个电极,即有电流通过(放电),因而获得电能。

分类:化学电池是目前电动汽车领域中应用最广泛的电池,如果从结构上来看,可分成蓄电池及燃料电池两大类别。目前市面上的车型大都采用蓄电池对车辆进行驱动,如蔚来ES8、特斯拉MODEL 3等等。

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蓄电池

现状:在技术发展的过程中,车企曾经采用了不同种类的蓄电池,但出于对成本,技术的考虑。目前绝大多数蓄电池已经被市场所淘汰,如铅酸蓄电池、锰酸锂电池等等。现在市场上主流的蓄电池主要以锂离子电池为主,少数车企用的是镍氢电池,比如丰田。

锂离子电池

锂电池的发展史并不算长,但40多年前诞生之初,就凭借其能量密度高,循环使用寿命次数的优势成为了成为了目前电动车上最常用的电池种类之一。如今,在售电动汽车配备的锂电池主要有磷酸铁锂电池及三元锂电池两种,且这两种电池在自身特点上存在显著差异,先说说磷酸铁锂电池。

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磷酸铁锂电池

目前采用磷酸铁锂电池的车型较少,其中比较典型的就是比亚迪和戴姆勒集团共同成立的电动车腾势。其热稳定性是目前车用锂电池中最好的,只有处于 500-600℃高温时,其内部化学成分才开始分解,而且由于磷酸铁锂的数量相对于锂电池较少,像腾势采用了144节磷酸铁锂电池,比起锂电池来说,电池的数量上少了很多,对它的BMS电池管理系统负担要小一些。但由于磷酸铁锂电池的电池能量密度为100-110Wh/kg,相比于三元锂电池,它的电池能量密度要差一些,导致同样重量的电池下,续航里程比三元锂电池要差了不少,所以市面上的大多数车企并都没有采用。

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三元锂电池

与磷酸铁锂电池相比,目前大多数车企都使用了三元锂电池,主要是因为三元锂电池的能量密度较高,为200Wh/kg,也就是说在同样质量的情况下,三元锂电池的续航里程要比采用磷酸铁锂电池的车型更长。但三元锂电池的缺点就是稳定性较差,当自身温度为250-350℃时,内部成分就开始分解,而且同样电池能量的条件下,三元锂电池的单体数量要远大于磷酸铁锂电池,这也对它的BMS电池管理系统提出了更高的要求。

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镍氢电池

采用镍氢电池的车型往往为混合动力汽车,其中典型的代表式丰田凯美瑞。镍氢电池的一大优势就是稳定性比三元锂电池更高,但其能量密度与大约为70-100Wh/kg,电池单体电压通常为1.2V,约为锂电池的1/3。因此在需求电压一定的情况下,其电池组的体积要比锂电池大上很多。

而且镍氢电池在循环充放电过程中容量会出现衰减,过度的充电或者放电,都可能加剧电池的容量损耗。因此对于厂商来说,镍氢电池控制系统在设定上都会主动避免过度充放电。

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燃料电池

燃料电池被认为是未来理想的清洁能源之一。它是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置。将燃料和空气分别送进燃料电池,通过一系化学反应,产生出电能,驱动车辆使用。而且,因为燃料电池用燃料和氧气作为原料;同时没有机械传动部件,故没有噪声污染,排放出的有害气体极少。由此可见,从节约能源和保护生态环境的角度来看,燃料电池具有较大的发展前景。

不过就当今市场而言,燃料电池汽车很多技术还亟待解决。目前,燃料电池汽车主要集中在商用车领域,主要是因为它的燃料电池在和化学电池同样能量下,体积要大出几倍,即使像丰田这样,燃料电池技术走在行业尖端的车企,量产出的乘用车Mirai的功率也仅为115千瓦,国内的燃料电池堆如果做到115千瓦,体积将会非常大,乘用车的空间容纳不下。所以从我国目前的燃料电池技术来讲,还是主要应用于商用车。

总结:在政策的扶持和大力推动下,近几年我国新能源行业发展迅猛。数据显示,中国新能源汽车的从2011年的不到一万辆增长到了2018年的125万辆。目前,大多数车企纷纷向“新能源化”转型,并尽力为消费者打造优于燃油车的新能源产品。作为新能源汽车最重要的零部件,动力电池的市场需求也在疾速扩张。而现在,随着电池能量密度的提升,续航里程的大大增加,也减少了用户使用电动车的里程焦虑问题。充电、换电、移动补给等解决里程焦虑的模式也在尝试中,随着各方技术的提升,也逐渐加速新能源汽车时代的到来。

作者:门新贺

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