电池作(zuò)为电动车的动(dòng)力源,一直(zhí)以(yǐ)来被视为电动车发展的重要(yào)标志性技术,也是制约电动车发展的重要瓶颈,其性能好坏直接关系(xì)到整车续航里程的长(zhǎng)短(duǎn)。
电池从广(guǎng)义上讲主要可分为化(huà)学电池、物理电池和生物电池三大类,其中化学(xué)电池和物理电池已经应(yīng)用于量产电动汽车中,而生物(wù)电池则被视为未来(lái)电动车电池的重要发展方(fāng)向之一。
一(yī) 化学电池
化学电池是目(mù)前电动汽车领域应(yīng)用最为(wéi)广泛(fàn)的电池种类,如(rú)镍氢电池、锂离子(zǐ)电池、锂聚(jù)合物电池、燃料(liào)电池等都属(shǔ)于这一范畴。从(cóng)结构角(jiǎo)度上讲,其可(kě)进(jìn)一(yī)步分(fèn)成蓄电池及燃料电池两大类别,我们目(mù)前(qián)所见(jiàn)的绝(jué)大多(duō)数电动车都采用蓄(xù)电(diàn)池技术进行(háng)驱(qū)动,如丰田(tián)普锐斯、特斯拉MODEL S 等。当然,这里所讲的蓄电池并不是我们日常所讲(jiǎng)的汽车电瓶,而是对可重(chóng)复充电电(diàn)池的统(tǒng)称,其(qí)中车(chē)载电瓶通常使用的铅酸蓄电池(chí)仅仅是(shì)细分门类(lèi)的一种。
1、锂电池
锂电池是目前电动车上最常用的电池种类之一,虽然其从1970年诞生至今时间(jiān)并不算长,但凭借能量(liàng)密度高、循环使(shǐ)用寿命长等特点迅速占据了电动汽车(chē)电池市场的绝大部(bù)分江山。如今,在(zài)售(shòu)电动汽车(chē)配备的锂电池主(zhǔ)要有(yǒu)磷酸铁锂电池及(jí)三元锂电池两种,且这(zhè)两种(zhǒng)电池(chí)在自身(shēn)特(tè)点上存在(zài)显著差异,因此我们有必要对其进行(háng)一番细(xì)致的讲(jiǎng)解(jiě)与对比。
2、磷(lín)酸(suān)铁锂电池为什么安全
对于电动车用电池(chí),大多(duō)数人(rén)可能都鲜有(yǒu)认知(zhī),因此,我们不妨(fáng)举个例子来(lái)帮(bāng)助大家理(lǐ)解。由比亚(yà)迪同戴姆(mǔ)勒共同(tóng)出资成立(lì)的全新电动车品牌腾(téng)势上市销(xiāo)售,而其所搭载的正(zhèng)是(shì)磷酸铁锂(lǐ)电(diàn)池。相比(bǐ)于早期(qī)的(de)锰(měng)酸(suān)锂电(diàn)池,磷酸铁锂(lǐ)电池在能量(liàng)密度上(shàng)并未有太大差别(bié),约为(wéi)100-110Wh/kg,但其热稳定(dìng)性是目前车(chē)用锂电池中最好的,当电池温度处(chù)于500-600℃高温时,其内部化学成分(fèn)才开始分解,而同属(shǔ)锂电池的钴酸锂电池在(zài)180-250℃时(shí)就内部(bù)化学成分就已处于不稳定状(zhuàng)态。换而言之,磷酸铁(tiě)锂电池的(de)安全性在锂电池中首屈一(yī)指,也正因(yīn)如此,其也成为目前电动车电池的主要(yào)门类之一。
3、镍(niè)氢电池更注重充放电(diàn)控(kòng)制
镍氢电池是目前除锂电池外另(lìng)一(yī)主流电动车动力电池(chí)种类,于上世纪90年代后逐(zhú)渐发展(zhǎn)开来,如(rú)以丰田普锐斯为代表的很(hěn)多混合动力汽车(chē)均采用此(cǐ)类电池作(zuò)为(wéi)储能元(yuán)件。其能量密度(dù)与(yǔ)普通(tōng)的(de)锂(lǐ)电池(chí)差距(jù)并(bìng)不大,约为70-100Wh/kg,但由(yóu)于电(diàn)池(chí)单体电(diàn)压(yā)仅为1.2V,是锂电池的1/3,因此在需求电(diàn)压一定的情况下(xià),其电池组的体积要比(bǐ)锂电池(chí)大上一些。
与锂电(diàn)池一样,镍氢电池也(yě)需(xū)要电池(chí)管理系统,不过其更(gèng)注(zhù)重电池的充放电管(guǎn)理。之所(suǒ)以存在(zài)这样的区别,主要(yào)是源于镍氢(qīng)电池具有“记忆效应”,即电池在循环充(chōng)放电过程中容(róng)量会出现衰减,而过度(dù)充电(diàn)或放电(diàn),都(dōu)可能(néng)加(jiā)剧电池(chí)的(de)容量损(sǔn)耗(hào)(锂(lǐ)电(diàn)池(chí)此项特性几乎可忽略不计)。
4、燃料电池(chí)是未来(lái)汽车最(zuì)理想能源
燃料电池其实不是“电池(chí)”,准确地(dì)说是一个大的发电(diàn)系(xì)统。其因能量(liàng)转换效率高、无(wú)污(wū)染、寿命长、运行平稳等特点(diǎn)被业界公认为未来汽车(chē)的最佳能源。简单来说,燃料电池是通过化学反应将(jiāng)化(huà)学能转换为电能(néng)的一(yī)种装置,而能量的来源主(zhǔ)要是依靠不断供给燃料及氧化剂产生的。
理(lǐ)论上讲,燃料电池(chí)能采用的燃料种类很(hěn)多,甚至是传(chuán)统内(nèi)燃机所用燃料均可,不过真正能起(qǐ)电化学(xué)反应的,仅仅是其中的氢和(hé)氧化(huà)剂中的氧,因此(cǐ),氢燃料(liào)电池是目前燃料电池的研(yán)究(jiū)核心。
二 物理电池(chí)
物理电池顾(gù)名思义,就是依靠物理变化来提(tí)供、储存电能(néng)的电池(chí)统称(chēng),如超级电容(róng)、飞轮电池等都属于物理电池的家族成员(yuán)。
超(chāo)级电容是(shì)一种介于传统电容与电池之间的电源元件,其主要(yào)依(yī)靠双电层和氧(yǎng)化还(hái)原假电容(róng)电荷(hé)储存电能,期间不发生化(huà)学反应,因此被归为物理电池的(de)范畴。
与(yǔ)之(zhī)前所介绍的化(huà)学(xué)电池(chí)相比,超(chāo)级电容三大明显(xiǎn)优势,首先,其反复(fù)充放(fàng)电达数十万次(传统化学电池只有几百(bǎi)至几千次),寿命上要比化学电池高出(chū)很(hěn)多;其次,超级电容在(zài)充放(fàng)电时的功率密度极高,瞬间可放出大(dà)量电能,可满足车辆更加宽泛(fàn)的电力需求;第(dì)三,工作环境适应能力(lì)更佳,通常室外温度在-40℃-65℃时,其都能稳定正常工作(传统电池一般为-20℃~60℃)。
当然,有优势(shì)就会(huì)有不足,能(néng)量密(mì)度低就是制约超级(jí)电容发展的(de)首(shǒu)要瓶颈,所以,目前其主要应用于(yú)车辆启动系统(tǒng)、军事及少量公交车辆,至于(yú)是否(fǒu)可作为家用车动力电(diàn)源使用,还需等能(néng)量密度难(nán)题有所突破后(hòu)方可(kě)知晓。
三 生物电(diàn)池
生物电池(bio-fuel cells),是指将(jiāng)生物质能直接转化为(wéi)电能的(de)装置(生物质蕴涵的能量绝(jué)大部分(fèn)来自于生(shēng)物电池太阳能(néng),是(shì)绿色植物和光合细菌(jun1)通过光合作(zuò)用(yòng)转(zhuǎn)化而来的)。
从原理上来讲,生物质能能够(gòu)直接转化为(wéi)电能主要是(shì)因(yīn)为生物体内存在与能量(liàng)代谢(xiè)关系密(mì)切的氧化还(hái)原反应。这些(xiē)氧化还原反应彼此影响,互(hù)相依存,形(xíng)成(chéng)网络,进行生(shēng)物的能量代谢(xiè)。
在(zài)化石燃料日趋紧张、环境污染越来(lái)越严(yán)重的今(jīn)天,生物燃料电池以(yǐ)其良好(hǎo)的性(xìng)能(néng)向我们展示了(le)一个美好(hǎo)的发展(zhǎn)前景。但不(bú)可否认的(de)是,由于技术条(tiáo)件的制约,生物燃料电池的研究利使(shǐ)用还处于不成熟阶段,电池的输出(chū)功(gōng)率小、使用寿(shòu)命(mìng)短等缺点制约其发展。