新能源汽車的心臟 汽車電池技術介紹

內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、安全或者質量等等。

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動方面的效能等問題：

1、比能量，為了提高電驅動的續(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，為了能使電驅動的加速性能。爬坡性能以及負載性能與內燃機車相提并論，所以對于電池組的比功率會有很高的要求。

3、充放電效率，電池中能量必須經過充電-放電-充電的循環(huán)，高德充放電效率對于電驅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。

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)展已經有了100多年的歷史，其廣泛應用于內燃機車的動力端，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，它的正極活性物質主要由鎳制成，負極活性物質則由氫合金支撐，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，它直接把物質發(fā)生化學反應時釋放的能量轉化為電能，工作時需要連續(xù)地向其供給活物質（起反映的物質）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、比如它的能量轉換的效率更高。過氫氧化和作用將其所釋放的化學能轉變?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，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。