九大电动汽车常用动力蓄电池技术

日期: 2024-06-25 06:10:30|浏览: 77|编号: 76214

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九大电动汽车常用动力蓄电池技术

汽车工业的快速发展推动了世界机械、能源等工业的进步,促进了经济、交通等各方面的发展,也极大地方便了人们的生活。但传统内燃机汽车固有的能源消耗、环境污染等缺陷,始终影响和困扰着人们的生活和社会发展。随着社会的进步和科技的发展,随着保护环境、节约资源的呼声越来越高,新一代电动汽车作为一种无污染、能源配置多样化的新型交通工具,受到了广泛的关注,并在近年来得到了很大的发展。

电动汽车以电力为动力,零排放(或低排放)、低噪音,能量转换效率远高于内燃机汽车。电动汽车还具有结构简单、运行成本低、安全性优于内燃机汽车等优点。但电动汽车目前还存在价格高、续驶里程短、动力性能差等问题,而这些问题都与动力技术息息相关。电动汽车实际应用的难点仍然在于动力技术,尤其是电池(化学动力)技术。

目前制约电动汽车发展的关键因素是动力电池的不尽人意,电动汽车发展的竞争,最终在于车载动力电池的竞争。

电动汽车用动力电池不同于一般的启动电池,主要用于长期中电流持续放电、偶尔大电流放电(启动、加速时)、深循环使用。电动汽车对电池的基本要求可归纳为:1、能量密度高;2、功率密度高;3、循环寿命长;4、充放电性能好;5、电池一致性好;6、价格低;7、使用维护方便等。

目前正在研发的电动汽车动力电池主要有铅酸电池、镍金属电池、锂离子电池、高温钠电池、金属空气电池、超级电容器、飞轮电池,以及发展前景较好的燃料电池、太阳能电池等。

1.铅酸电池

铅酸电池已有一百多年的历史,广泛用作内燃机汽车的启动电源,也是成熟的电动汽车电池。铅酸电池的正负极分别为二氧化铅和铅,电解液为硫酸。铅酸电池可分为两大类,即充水式铅酸电池和阀控式铅酸电池。前者价格便宜,但需经常维护和补充电解液;后者通过阀门自动调节充电或异常工作时密封电池体内产生的多余气体,免维护,更符合电动汽车的要求。总体来说,铅酸电池具有可靠性好、原材料易得、价格低廉的优点,其比功率基本能满足电动汽车的功率要求。但它有两大缺点;一是比能量低,占用的质量和体积太大,一次充电续驶里程短; 二是使用寿命短,使用成本太高。由于铅酸电池技术比较成熟,进一步改进后的铅酸电池在不久的将来仍将是电动汽车的主要动力来源。正在开发的电动汽车用先进铅酸电池主要有以下几种:卧式铅酸电池、双极密封铅酸电池、卷绕电极铅酸电池。

2.镍金属电池

目前电动汽车使用的镍金属电池主要有镍镉电池和镍氢电池。镍镉电池与铅酸电池相比,比能量可达55Wh/kg,比功率可达200​​W/kg,循环寿命可达200​​0次,可快速充电。虽然其价格是铅酸电池的4~5倍,但由于其在比能量和使用寿命方面的优势,其长期实际使用成本并不高。但由于其含有重金属镉,在使用过程中若不回收利用,将造成环境污染,目前许多发达国家已限制镍镉电池的开发和使用。镍氢电池是一种绿色镍金属电池,其正负极分别为氢氧化镍和储氢合金材料,不存在重金属污染问题,在使用过程中不会出现电解液的增减,电池可密封。 镍氢电池在比能量、比功率、循环寿命等方面均优于镍镉电池,使用镍氢电池的电动汽车一次充电续驶里程可达600公里,目前在欧美已批量生产使用。镍氢电池由于其工作原理和特点,非常适合在电动汽车上使用,已被列为近期和中期内电动汽车的首选动力电池。但其还存在价格高、均匀性差(特别是在高倍率和深放电下,电池间容量和电压差异较大)、自放电率高、性能水平与实际要求有差距等问题,这些问题影响了镍氢电池在电动汽车上的广泛应用。

3.锂离子电池

锂离子电池是20世纪90年代发展起来的高容量可充电电池,比镍氢电池储能更大、比能量高、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应、无环境污染,是当今各国能源研究的热点,主要集中在容量大、寿命长、安全三个方面。在锂离子电池中,锂离子可以在正负极材料晶格中自由扩散,当电池充电时,锂离子从正极释放出来,嵌入负极,反之为放电状态,即在电池充放电循环过程中,在电解液的帮助下,锂离子在电池两极之间来回移动,传递电能。锂离子电池的电极为锂金属氧化物和储锂碳材料。根据电解液的不同,锂离子电池一般可分为锂离子电池和锂聚合物电池。

4.高温钠电池

高温钠电池主要有钠镍氯电池()和钠硫电池。钠镍氯电池发明于1978年,它的正极为固体NiCl2,负极为液态Na,电解质为固体β-Al2O2陶瓷。在充放电过程中,钠离子通过陶瓷电解质在正负极之间漂移。钠镍氯电池是一种新型高能电池,具有比能量高(大于100Wh/kg)、无自放电效应、耐过充过放、充电速度快、安全可靠等优点。但其工作温度较高(250-350℃),内阻与工作温度、电流及充电状态有关,因此需有加热冷却管理系统。钠硫电池也是近年来颇受欢迎的电动汽车电池,已被美国先进电池联盟(USABC)列为中期电动汽车电池。 钠硫电池比能量高,但峰值功率较低,且该电池的工作温度约为300℃,熔融的钠和硫具有潜在的毒性,腐蚀也限制了电池的可靠性和寿命。

5.锌空气电池

锌空气电池是一种机械更换、车外充电的高能电池,正极为锌,负极(吸收空气中的氧气),电解液为KOH。锌空气电池具有比能量高(200Wh/kg)、免维护、耐恶劣工作环境、清洁、安全可靠等优点,但其比功率低(90W/kg)、不能储存再生制动能量、寿命短、不能输出大电流、充电困难等缺点。一般来说,为了弥补其不足,使用锌空气电池的电动汽车还配备其他电池(如镍镉电池)来帮助启动和加速。

6.超级电容器

超级电容器是为了满足混合电动汽车实时能量和功率需求而提出的储能装置,是一种兼具电池和传统物理电容器优点的电化学电容器。超级电容器经常与其他电池配合使用,作为电动汽车的动力源,既能满足电动汽车的功率需求,又不降低电池的性能。超级电容器的使用将减少汽车对电池大电流放电的要求,从而减小电池的体积,延长电池的寿命。开发高比能量、高比功率、长寿命、高效率、低成本的超级电容器,可以提高商用电动汽车的动力性(特别是加速能力)、经济性和续驶里程。根据电极材料不同,超级电容器可分为两大类:碳超级电容器(双层电化学电容器)和金属氧化物超级电容器。

7.飞轮电池

飞轮电池是20世纪90年代提出的一种新概念电池,它突破了化学电池的限制,用物理方法实现储能。飞轮电池是一种以动能形式储存能量的机械电池,由电动/发电机、功率变换、电子控制、飞轮、磁力轴承和真空壳体组成,具有功率比高、能量比高、效率高、寿命长、环境适应性好等优点。飞轮电池中的电动机在充电时以电动机的形式运行,在外部电源的驱动下,带动飞轮以较高的转速(可达)旋转,即用电给飞轮电池“充电”,提高飞轮的转速,从而提高其动能;放电时,电动机工作在发电机状态,在飞轮的驱动下向外界输出电能,完成机械能(动能)到电能的转化。要研制出适用于电动汽车的实用飞轮电池,还需进一步提高其安全性,降低其成本。

8.燃料电池

燃料电池是一种通过电极反应将燃料和氧化剂中储存的化学能直接转化为电能的发电装置。它的基本化学原理是水电解的逆过程,即氢和氧反应产生电、水和热。它不需要燃烧,没有旋转部件,无噪音,使用寿命长,可靠性高,维护性能好,实际效率可达普通内燃机的2~3倍。而且它的最终产物是水,真正达到了清洁、可再生、零排放的要求,是21世纪第一能源。而且燃料电池不像其他电池那样需要长时间充电,只需要像给汽车加油一样加一次油即可。根据美国ABI研究公司预测,2011年全球燃料电池汽车产量将达到240万辆,占全球汽车总产量的4.3%。日本政府也计划在十年内普及燃料电池。 2002年12月,日本丰田汽车公司向日本政府交付了首批商业化的燃料电池电动汽车。燃料电池由正负极、催化剂层和电解液组成。根据电解质不同,燃料电池可分为磷酸型、质子交换膜型、碱性型、熔融碳酸盐型和固体氧化物型。目前,只有质子交换膜燃料电池适合电动汽车。我国研制成功的“中国一号氢动力汽车”就采用了质子交换膜燃料电池。一套比较完整的燃料电池系统由以下几个部分组成:燃料处理部分、燃料电池、直流-交流转换器和热能管理部分。

9.太阳能电池

太阳能电池是将光能转换为电能的装置,太阳能在照明、家用电器、发电、交通信号、地质、航天等领域有着广泛的应用。目前,一些机构还开发了采用太阳能电池的电动汽车样车。但由于太阳能电池光电转换效率低、价格昂贵、电池系统配置复杂,近期只能作为电动汽车的补充电源,无法实现量产和应用。但作为一种非常清洁、取之不尽、用之不竭的能源,太阳能的研究和应用必将取得长足进步。

目前电动汽车正处于又一个发展高潮,电动汽车技术全面发展主要集中在能源和动力驱动系统技术两个方面,电动汽车动力驱动系统技术发展相对较快,因此随着储能技术的发展和突破,随着低成本、高能量密度、高功率密度动力电池和低成本、轻量化、小型化的燃料电池的商业化,电动汽车必将成为21世纪的主流交通工具。电动汽车的保养与传统汽车的保养有很大不同,每次充放电后,电池的储电量都会减少一点,但如果保养得当,电池还是可以得到有效保护的。希望小编分享的关于电动汽车一般使用哪几种电池的信息可以帮助大家更好的了解。

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