电(diàn)池作为电动车的动力源,一直以来被视(shì)为电动车发展的重要标志性(xìng)技术,也是制约电动车(chē)发展(zhǎn)的(de)重(chóng)要瓶颈,其性能(néng)好坏直接关系到整车续航里程(chéng)的长短(duǎn)。
电(diàn)池从广义上讲主要(yào)可(kě)分为化学(xué)电池、物理电池(chí)和生(shēng)物电池三大类,其中化学电池和物理(lǐ)电(diàn)池已(yǐ)经应(yīng)用于量产电动汽车中,而生(shēng)物电池则(zé)被视为(wéi)未来电动(dòng)车电池的重要发展方向之一。
一 化学电(diàn)池
化学(xué)电池(chí)是目前电动汽车(chē)领域应(yīng)用最为广泛的电池(chí)种类,如镍(niè)氢电池、锂(lǐ)离子电(diàn)池、锂(lǐ)聚合物电池、燃料电池等都属(shǔ)于(yú)这一范畴(chóu)。从(cóng)结构角度(dù)上讲,其可进一步分成蓄电池(chí)及燃料电(diàn)池(chí)两大类别,我们目前(qián)所见的绝大多(duō)数电动(dòng)车都采用(yòng)蓄电池技术进行驱动,如丰(fēng)田(tián)普锐斯、特(tè)斯拉MODEL S 等。当(dāng)然,这里(lǐ)所讲的蓄电池并(bìng)不是我们日常所讲的汽车(chē)电瓶,而是对可重复充(chōng)电电池的统称,其中(zhōng)车载电瓶通常(cháng)使用的(de)铅(qiān)酸(suān)蓄电池仅仅是(shì)细分门类的一种。
1、锂电池
锂(lǐ)电池是目前电动车上最常用的电池种类(lèi)之一,虽然其从1970年诞生至今时间并不算长,但凭借能(néng)量密度(dù)高、循环使用寿(shòu)命长等特点(diǎn)迅速占据了电动汽车电池市(shì)场的绝(jué)大(dà)部分江山。如(rú)今,在售电动汽车配备的锂电池主要有磷酸铁锂(lǐ)电池及三元锂(lǐ)电池两种,且这两种(zhǒng)电池在自(zì)身(shēn)特点(diǎn)上(shàng)存在(zài)显著差(chà)异,因此我们有必要对(duì)其进行一番细(xì)致的讲解与对比。
2、磷(lín)酸(suān)铁(tiě)锂电池为(wéi)什么安全
对于电动车用(yòng)电池,大(dà)多数人可能(néng)都鲜有认知(zhī),因此(cǐ),我们不妨举个(gè)例(lì)子来帮助大家理解。由比亚(yà)迪同戴姆(mǔ)勒共(gòng)同(tóng)出资成立的全新电(diàn)动车品牌(pái)腾势上市销售,而其(qí)所(suǒ)搭载的正是磷酸铁锂电池。相比于早(zǎo)期的锰酸锂电池(chí),磷酸铁锂电池(chí)在能量密度上并未有太大差别,约为100-110Wh/kg,但其热稳定(dìng)性是(shì)目前(qián)车用锂电池中最好的,当电池(chí)温(wēn)度处(chù)于500-600℃高温时,其内部化学成分才开(kāi)始分解,而同属锂(lǐ)电(diàn)池的钴酸锂(lǐ)电池在180-250℃时(shí)就(jiù)内部化学成分就已(yǐ)处于不稳定状态。换而言(yán)之(zhī),磷(lín)酸铁锂电池的安全性在锂电池中首屈(qū)一指,也正(zhèng)因如此,其也(yě)成为目前电动车(chē)电池的主要门类之一。
3、镍氢电池更注重充放电控制
镍氢电池是目前除(chú)锂电(diàn)池外(wài)另一主(zhǔ)流电动车动力电池种(zhǒng)类,于上世纪90年代后逐渐发展开来,如以丰(fēng)田普锐(ruì)斯为代表的(de)很(hěn)多混合动力汽车均采用(yòng)此类电池作(zuò)为储(chǔ)能(néng)元件(jiàn)。其能量密度与普(pǔ)通的锂(lǐ)电池差(chà)距并不大,约为70-100Wh/kg,但由于(yú)电池单体电压仅为1.2V,是锂电池的1/3,因此在需求电压一(yī)定的情(qíng)况下,其电池组的(de)体(tǐ)积要比(bǐ)锂电池(chí)大上一些(xiē)。
与锂(lǐ)电池一样,镍氢电池也需要(yào)电池管理系统,不过其更注重电池的充放电管(guǎn)理。之所以存在这样的(de)区别,主要是(shì)源于镍氢电池具有“记忆效应”,即电池在(zài)循环(huán)充放电过程中容(róng)量(liàng)会出现衰减,而过度充电或放电(diàn),都可能(néng)加(jiā)剧电池的容量损(sǔn)耗(锂电池此项特性几(jǐ)乎可忽略不计(jì))。
4、燃料电池是(shì)未来汽车最理想能(néng)源
燃料电池其(qí)实不是“电池”,准(zhǔn)确地说(shuō)是一个大(dà)的发电(diàn)系(xì)统。其因(yīn)能量转换效率高、无污(wū)染、寿(shòu)命长、运行平稳等(děng)特点被业界公认为未来汽车的最佳(jiā)能源(yuán)。简单来说,燃(rán)料电池是通(tōng)过化学反应将化学能转换为(wéi)电能的一种(zhǒng)装置(zhì),而能量的(de)来源主要是依靠(kào)不断供给燃料及氧化剂产生的。
理(lǐ)论上讲,燃(rán)料(liào)电池能采用的燃(rán)料种类很多,甚至是传统内燃机所用燃料均可,不过(guò)真正能起电化(huà)学反应的,仅仅(jǐn)是(shì)其中的氢和氧化剂中的氧,因此,氢燃料电池是目前燃料电(diàn)池的研究核心(xīn)。
二 物理电池
物(wù)理电池顾(gù)名(míng)思(sī)义,就是依(yī)靠物理变(biàn)化(huà)来(lái)提供、储(chǔ)存电(diàn)能的电池统称,如超级电容、飞轮电池等都属于物(wù)理电池的家族成员。
超(chāo)级电(diàn)容是一种介(jiè)于传统电容与电池之间的电源元件(jiàn),其(qí)主要依(yī)靠双电层和(hé)氧化还原假(jiǎ)电容电(diàn)荷储存电(diàn)能,期间(jiān)不发生(shēng)化(huà)学反应(yīng),因此被归为物理电池的范畴。
与之前所(suǒ)介绍的化学(xué)电池相比(bǐ),超级电容三大明显(xiǎn)优势,首(shǒu)先,其(qí)反复充放电达数十万次(传统化学电池只有几(jǐ)百至几千(qiān)次),寿命上要比化(huà)学电池高出很(hěn)多;其次,超级电容在充放电(diàn)时(shí)的功率密度(dù)极高,瞬间(jiān)可放出大量(liàng)电能,可(kě)满足车辆更加宽(kuān)泛的电(diàn)力需(xū)求(qiú);第(dì)三,工作环境适应(yīng)能力(lì)更佳,通常室(shì)外温(wēn)度在-40℃-65℃时,其都能稳(wěn)定正常工作(传(chuán)统电池(chí)一般为-20℃~60℃)。
当然,有优势(shì)就会有不足(zú),能量(liàng)密度低就是制约超(chāo)级电容发展的首要瓶颈,所以,目前(qián)其主要应用(yòng)于(yú)车辆启动系统、军事及少量公交车辆,至(zhì)于是(shì)否可作(zuò)为家用(yòng)车动力电源(yuán)使用,还需等能量密(mì)度难(nán)题(tí)有所突破后方可(kě)知晓。
三 生物电池
生物电池(bio-fuel cells),是指将生(shēng)物(wù)质能直(zhí)接(jiē)转化(huà)为电能的装置(生物质蕴涵的(de)能量绝大部分(fèn)来自于(yú)生(shēng)物(wù)电池太(tài)阳能,是绿色植物(wù)和光合细菌通过光合(hé)作用转化而来的)。
从原(yuán)理上(shàng)来讲,生(shēng)物(wù)质(zhì)能能够直接转(zhuǎn)化为电能主(zhǔ)要是(shì)因为生物(wù)体内存在与能量代谢关系密切的氧化还(hái)原反应。这(zhè)些(xiē)氧化还原反(fǎn)应彼此影响,互相依存,形(xíng)成网络,进行生物(wù)的能量代谢(xiè)。
在化石燃(rán)料日趋(qū)紧张、环境污(wū)染越来越严(yán)重的(de)今天,生物燃(rán)料电池以其良好的性能向我们展(zhǎn)示了一个美好的发(fā)展前景。但不可否(fǒu)认的是,由于(yú)技术条件的制约,生物(wù)燃料电池的研究利使用还处于不成熟阶段,电池的输出功率小(xiǎo)、使用寿命短等缺点制(zhì)约其发(fā)展。