新能源电动汽车最重要的部件之一就是电池,而目前阻碍新能源汽车发展的原因之一就是电池充电问题。电池对于新能源电动汽车的发展必不可少。新能源汽车电池主要有哪些分类?电池的性能和价格问题有哪些?第一电动网进行了盘点和整理,全面介绍目前新能源汽车电池存在的问题。
1.铅酸电池
铅酸电池技术相对成熟,成本低、放电倍率高,至今仍是唯一可以量产的电动汽车电池,北京奥运会期间,20辆使用铅酸电池的电动汽车为奥运提供了交通服务。
但铅酸电池的比能量、比功率和能量密度都很低,以其作为动力源的电动汽车不能有很好的速度和续航里程。
2.镍镉电池和镍氢电池
它们的性能虽然优于铅酸电池,但是含有重金属,使用和处置后会污染环境。
镍氢动力电池刚刚进入成熟期,是唯一经过实际验证、商业化、规模化的混合动力汽车用电池系统,目前混合动力电池市场99%的份额都是镍氢动力电池,商业化代表是丰田的普锐斯。目前全球主要的汽车动力电池生产厂家主要是日本的PEVE和三洋,PEVE占据了全球动力车用镍氢电池85%的市场份额,目前丰田的普锐斯、本田的思域等主流商用混合动力汽车均采用PEVE的镍氢动力电池组。在我国,长安杰勋、奇瑞A5、一汽奔腾、通用君悦等品牌轿车已经在示范运行中,也采用了镍氢电池,但电池主要从国外采购,国产镍氢电池在汽车上的使用还处于研发配套阶段。
3.锂电池
传统的铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池技术相对成熟,但作为汽车动力电池使用时存在较大问题,目前越来越多的汽车厂商选择使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具有以下优点:工作电压高(是镍镉电池和镍氢电池的三倍);比能量大(可达165WH/kg,是镍氢电池的三倍);体积小;重量轻;循环寿命长;自放电率低;无记忆效应;无污染等等。
阻碍动力锂离子电池发展的瓶颈在于安全性能和汽车动力电池的管理系统。在安全性能方面,由于锂离子动力电池能量密度高、工作温度高、工作环境恶劣,再加上以人为本的安全理念,用户对电池安全性的要求非常高。在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为12V或24V,而单块动力锂离子电池的工作电压为3.7V,因此必须将多块电池串联起来才能提高电压。但是由于电池很难完全均匀地充放电,因此串联起来的多块电池组中的各块电池就会出现充放电不均衡的情况,出现电池欠充、过放的情况。这种情况会导致电池性能急剧下降,最终导致整组电池组无法正常工作甚至报废,大大影响电池的使用寿命和可靠性。
4、磷酸铁锂电池
磷酸铁锂电池也是锂电池的一种,其比能量不及钴酸锂电池的一半,但安全性高,循环次数可达2000次以上,放电平稳,价格便宜,成为汽车动力的新选择。
5.燃料电池
简单来说,燃料电池就是把燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别被送入燃料电池,便奇迹般地产生了电能。从外表看,它就像一个有正负极和电解质的电池,但实际上它并不能“储存电能”,而是一个“发电厂”。
目前最有前途的汽车用燃料电池是质子交换膜燃料电池。它的工作原理是:氢气被送往负极,在催化剂(铂)的作用下,氢原子中分离出两个电子,在正极的吸引下,这两个电子经外电路产生电流。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,生成水。由于可以从空气中获取氧气,只要不断向负极供给氢气,并及时带走水(水蒸气),燃料电池便可源源不断地提供电能。
由于燃料电池不经过燃烧过程,直接将燃料的化学能转化为电能,因此不受卡诺循环的限制。目前燃料电池系统的燃料到电能的转化效率为45%~60%,而火力发电和核能发电的效率约为30%~40%。
新能源电池性能对比
新能源汽车电池发展趋势
在新能源汽车的发展中,镍氢电池技术最为成熟,未来三年仍将是新能源汽车的主流。此后,镍氢电池技术将与磷酸铁锂、氢燃料电池共享天下。五年后,将逐渐被锂电池和燃料电池取代。
新能源汽车电池价格走势
从价格趋势来看,目前电动汽车快充锂离子动力电池价格在1600美元/千瓦时左右,普通锂离子动力电池价格在500美元/千瓦时。按照目前美国汽油和电力的价格趋势,在汽车的整个生命周期内,续航里程为100km的快充锂离子动力电池电动汽车的使用成本比同等性能的汽油内燃机汽车高出25%。一旦电动汽车动力电池价格下降到200-300美元/千瓦时,电动汽车的使用成本将与传统汽车相当。 据预测,在各国相关政策的鼓励下,2020年全球电动汽车锂离子电池需求量将接近50Gwh,2020年快充电池成本有望降至400-500美元/kwh,普通动力电池价格可降至200-300美元/kwh。
新能源汽车该选择三元锂电池还是磷酸铁锂电池?
对于新能源汽车来说,最重要的是电池,占整车成本的40%~60%。目前电池种类繁多,主要的技术路线有以宁德时代为代表的三元锂电池路线和以比亚迪为代表的磷酸铁锂电池路线。作为消费者,我们该如何选择呢?
电池不仅影响新能源汽车的续航能力,还直接影响很多性能指标,其中消费者最关心的就是安全、续航、充电!
1. 安全
如今,物质资源对于大多数人来说已经比较充裕,使用电动汽车的成本也比较低廉,没有必要像燃油车时代那样在经济性和安全性之间做出取舍,安全是任何活动的基本前提。
而这一方面,磷酸铁锂电池的优势就很明显了!当温度达到180℃的时候,三元材料电池的正极就开始分解,产生大量的氧气,这些氧气会和电池内部的溶剂发生化学反应,进而产生大量的热量,形成连锁反应,整个过程只需要几十秒的时间,车辆就会爆炸。这也是为什么前段时间那么多新能源汽车自燃,导致车主被火海吞没的原因。几乎都是三元锂电池车辆,而磷酸铁锂电池车辆的车主几乎没有受伤,因为它的正极可以承受高达800℃的温度。起火的条件比较恶劣,持续时间也比较长,给车主留下了充足的逃生时间!
2. 电池寿命
续航方面,毫无疑问能量密度更高的三元锂电池更有优势。不过对于新能源汽车来说,续航还是要根据自己的使用场景来决定,不然电量太大、电池太重,只会增加购车成本和用车耗电量,性价比极低。核心还是在于快充,这跟续航四五百公里的汽油车没有里程焦虑是一样的道理!
3. 充电
从电池本身的化学特性来看,三元锂电池因为电压更高,所以充电速度更快,在同样的电流下,充电功率更大。磷酸铁锂电池可以通过技术弥补这一不足。三元锂电池汽车的整车电压很高,但如果充电桩电压低,它的充电功率就上不去。
这也解释了为什么越来越多车企逐渐将电池换成磷酸铁锂电池。除了保证上述关键性能外,它还具有更大的成本优势。另外,它不含稀缺的稀有金属,不会被西方等外来势力绞杀。也符合国家能源战略转型需求。用不了多久,磷酸铁锂电池路线就会有明显的优势!