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新能源汽车电池的六大类别

发布时间:2012-11-09

能源危机和日益严重的环境污染使汽车技术正经历着燃料多元化、动力电气化等重大技术变革。具有高效节能、低排放或零排放优势的电动汽车重新获得了生机,并受到世界各国的广泛重视,是国际节能环保汽车发展的主攻方向,世界上许多国家都开始投入大量资金开发新能源汽车。新能源汽车已成为世界各大汽车公司21世纪初激烈竞争的焦点,动力技术革命将彻底改变2l世纪汽车业的面貌。
 
目前新能源汽车的充电问题是阻碍消费者购买的原因之一,作为新能源模式的汽车,电池必不可少,新能源汽车的电池分为五大类,现在就来看一看五大新能源汽车的电池介绍。
 
一、铅酸电池
 新能源汽车电池
铅酸电池(VRLA),是一种电极主要由铅及其氧化物制成,电解液是硫酸溶液的蓄电池。铅酸电池荷电状态下,正极主要成分为二氧化铅,负极主要成分为铅;放电状态下,正负极的主要成分均为硫酸铅。
 
铅酸电池作为比较成熟的技术,因其成本较低,而且能够高倍率放电,依然是唯一可供大批量生产的电动车用电池。北京奥运会时,有20辆使用铅酸电池的电动汽车,为奥运会提供交通服务。但是铅酸电池的比能量、比功率和能量密度都很低,以此为动力源的电动车不可能拥有良好的车速及续航里程。
 
二、镍镉电池
 新能源汽车电池
镍镉电池(Ni-Cd,Nickel-Cadmium Batteries, Ni-Cd Rechargeable Battery)是最早应用于手机、超科等设备的电池种类,它具有良好的大电流放电特性、耐过充放电能力强、维护简单,一般使用以下反应放电:
Cd+2NiO(OH)+2H2O=2Ni(OH)2+Cd(OH)2
充电时反应相反。
 
镍镉电池最致命的缺点是,在充放电过程中如果处理不当,会出现严重的“记忆效应”,使得服务寿命大大缩短。所谓“记忆效应”就是电池在充电前,电池的电量没有被完全放尽,久而久之将会引起电池容量的降低,在电池充放电的过程中(放电较为明显),会在电池极板上产生些许的小气泡,日积月累这些气泡减少了电池极板的面积也间接影响了电池的容量。当然,我们可以通过掌握合理的充放电方法来减轻“记忆效应”。此外,镉是有毒的,因而镍镉电池不利于生态环境的保护。众多的缺点使得镍镉电池已基本被淘汰出数码设备电池的应用范围。
 
三、镍氢电池
新能源汽车电池 
镍氢电池是二十世纪九十年代发展起来的一种新型绿色电池,具有高能量、长寿命、无污染等特点,因而成为世界各国竞相发展的高科技产品之一。
 
镍氢电池的诞生应该归功于储氢合金的发现。早在20世纪六十年代末,人们就发现了一种新型功能材料储氢合金,储氢合金在一定的温度和压力条件下可吸放大量的氢,因此被人们    形象地称为“吸氢海绵”。 其中有些储氢合金可以在强碱性电解质溶液中,反复冲放电并长期稳定存在,从而为我们提供了一种新型负极材料,并在此基础上发明了镍氢电池。
 
储氢合金的主要来源是稀土,而中国的稀土资源占世界总储量的70%以上,发展镍氢电池具有得天独厚的优势。因此中国镍氢电池的研制与开发,受到了国家八六三计划的大力支持,被列为“重中之重”项目。
 
四、锂电池
新能源汽车电池
 
传统的铅酸电池、镍镉电池和镍氢电池本身技术比较成熟,但它们用在汽车上作为动力电池则存在较大的问题。目前,越来越多的汽车厂家选择采用锂电池作为新能源汽车的动力电池。
 
因为锂离子动力电池有以下优点:工作电压高(是镍镉电池氢-镍电池的3倍);比能量大(可达165WH/kg,是氢镍电池的3倍);体积小;质量轻;循环寿命长;自放电率低;无记忆效应;无污染等。
 
目前阻碍动力锂离子电池发展的瓶颈是:安全性能和汽车动力电池的管理系统。安全性能方面,由于锂离子动力电池具有能量密度大、工作温度高、工作环境 恶劣等方面的原因,加上以人为本的安全理念,因此,用户对电池的安全性提出了非常高的要求。汽车动力电池的管理系统方面,由于汽车动力电池的工作电压是 12V或24V,而单个动力锂离子电池的工作电压是3.7V,因此必须由多个电池串联而提高电压。
 
但由于电池难以做到完全均一的充放电,因此导致串联的多 个电池组内的单个电池会出现充放电不平衡的状况,电池会出现充电不足和过放电现象,而这种状况会导致电池性能的急剧恶化,最终导致整组电池无法正常工作, 甚至报废,从而大大影响电池的使用寿命和可靠性能。
 
五、磷酸铁锂电池
新能源汽车电池
 
磷酸铁锂电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。锂离子电池的正极材料有很多种,主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。其中钴酸锂是目前绝大多数锂离子电池使用的正极材料,而其它正极材料由于多种原因,目前在市场上还没有大量生产。磷酸铁锂也是其中一种锂离子电池。从材料的原理上讲,磷酸铁锂也是一种嵌入/脱嵌过程,这一原理与钴酸锂,锰酸锂完全相同。
 
六、燃料电池
新能源汽车电池
 
简单地说,燃料电池(Fuel Cell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池,电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等,像一个蓄电池,但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。
 
最有望用于汽车的是质子交换膜燃料电池。它的工作原理是:将氢气送到负极,经过催化剂(铂)的作用,氢原子中两个电子被分离出来,这两个电子在正极 的吸引下,经外部电路产生电流,失去电子的氢离子(质子)可穿过质子交换膜(即固体电解质),在正极与氧原子和电子重新结合为水。由于氧可以从空气中获 得,只要不断给负极供应氢,并及时把水(蒸汽)带走,燃料电池就可以不断地提供电能。
 
因为燃料电池直接将燃料的化学能转化为电能,中间不经过燃烧过程,因而不受卡诺循环的限制。目前燃料电池系统的燃料—电能转换效率在45%~60%,而火力发电和核电的效率大约在30%~40%。
 
新能源车研发的焦点,主要集中在动力电池的材料、性能、参数上,正是电池技术的进步使新能源车有了转变能源需求的可能。未来汽车厂商之间的竞争,也主要是所装配动力电池性能的竞争。从这一点来讲,动力电池是技术核心的地位将长期存在,从而这一环节也将长久保持丰厚的利润。
 
基于电池技术的成熟程度、国内配套设施的建设进度,以及国外新能源车的发展路径,未来3-5 年,镍氢电池混合动力汽车仍将是新能源车的主流,而在3-5 年之后,随着磷酸铁锂成品率提升带来电池成本的下降,以及全国充电站网络的逐步建立,以磷酸铁锂电池为主要动力的PHEV、EV 将迎来广阔的发展前景。





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