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低溫鋰電池

鋰電電動車的鋰電池有幾種

鉅大LARGE  |  點擊量:6135次  |  2018年05月23日  

摘要
與磷酸鐵鋰電池相比,特斯拉MODELS使用的三元鋰電池在重量能量密度上要高出許多,約為200Wh/kg,這也就意味著同樣重量的三元鋰電池比磷酸鐵鋰電池的續航里程更長。不過其缺點也顯而易見,當自身溫度為250-350℃時,

        磷酸鐵鋰電池相比,特斯拉MODELS使用的三元鋰電池在重量能量密度上要高出許多,約為200Wh/kg,這也就意味著同樣重量的三元鋰電池比磷酸鐵鋰電池的續航里程更長。不過其缺點也顯而易見,當自身溫度為250-350℃時,內部化學成分就開始分解,因此對電池管理系統提出了極高的要求,需要為每節電池分別加裝保險裝置,除此之外,由于單體體積很小,所以單車要的電池單體數量非常龐大,以MODELS為例,7000余節18650三元鋰電池才能滿足一輛車的裝配用量,這無疑又為電池管理系統進一步加大了控制難度。因此,目前市場在售車型中,只有特斯拉一家使用的是三元鋰電池。


  鎳氫電池是目前除鋰電池外另一主流電動車動力電池種類,于上世紀90年代后逐漸發展開來,如以豐田普銳斯為代表的很多混合動力汽車均采用此類電池作為儲能元件。其能量密度與普通的鋰電池差距并不大,約為70-100Wh/kg,但由于電池單體電壓僅為1.2V,是鋰電池的1/3,因此在需求電壓一定的情況下,其電池組的體積要比鋰電池大上一些。


  與鋰電池一樣,鎳氫電池也需要電池管理系統,不過其更注重電池的充放電管理。之所以存在這樣的區別,主要是源于鎳氫電池具有“記憶效應”,即電池在循環充放電過程中容量會出現衰減,而過度充電或放電,都可能加劇電池的容量損耗(鋰電池此項特性幾乎可忽略不計)。因此對于廠商來說,鎳氫電池控制系統在設定上都會主動避免過度充放電,如將電池的充放電區間人為控制在總容量的一定百分比范圍內,以降低容量衰減速度。


  燃料電池其實不是“電池”,準確地說是一個大的發電系統。其因能量轉換效率高、無污染、壽命長、運行平穩等特點被業界公認為未來汽車的最佳能源。簡單來說,燃料電池是通過化學反應將化學能轉換為電能的一種裝置,而能量的來源主要是依靠不斷供給燃料及氧化劑產生的。


  理論上講,燃料電池能采用的燃料種類很多,甚至是傳統內燃機所用燃料均可,不過真正能起電化學反應的,僅僅是其中的氫和氧化劑中的氧,因此,氫燃料電池是目前燃料電池的研究核心。


  就當今市場而言,燃料電池汽車離我們并不遙遠。據此前報道,世界首款量產燃料電池汽車豐田FCV將于明年3月在日本正式銷售。該車配備了兩個70MPa的高壓燃料堆,輸出功率為122Ps(90kW),續航里程可達700km(日本JC08工況下)。除此之外,其添加燃料僅需3分鐘,相比傳統電動汽車的充電時間要快上很多。目前在日本與之相關的各種政策也緊羅密布地相繼制定出臺,不過國內何時能夠買到還不得而知,只能再耐心等待一段時日。


  物理電池


  物理電池顧名思義,就是依靠物理變化來提供、儲存電能的電池統稱,如超級電容、飛輪電池等都屬于物理電池的家族成員。


  超級電容功率密度高但電池容量小


  超級電容是一種介于傳統電容與電池之間的電源元件,其主要依靠雙電層和氧化還原假電容電荷儲存電能,期間不發生化學反應,因此被歸為物理電池的范疇。與之前所介紹的化學電池相比,超級電容三大明顯優勢,首先,其反復充放電達數十萬次(傳統化學電池只有幾百至幾千次),壽命上要比化學電池高出很多;其次,超級電容在充放電時的功率密度極高,瞬間可放出大量電能,可滿足車輛更加寬泛的電力需求;第三,工作環境適應能力更佳,通常室外溫度在-40℃-65℃時,其都能穩定正常工作(傳統電池一般為-20℃~60℃)。


  當然,有優勢就會有不足,能量密度低就是制約超級電容發展的首要瓶頸,所以,目前其主要應用于車輛啟動系統、軍事及少量公交車輛,至于是否可作為家用車動力電源使用,還需等能量密度難題有所突破后方可知曉。


  飛輪電池目前僅作為輔助電池使用


  飛輪電池是上世紀90年代提出的一種新概念電池,也屬于物理電池的一種。簡單來說就是利用類似飛輪轉動時產生能量的原理來實現自身充放電的。在2010年10月美國勒芒系列賽最后一輪中,保時捷911GT3混合動力賽車就首次正式使用飛輪電池技術,而其便是鼎鼎大名的保時捷918Spyder的前身。不過這兩款車型的飛輪電池均僅作輔助能源使用,其功能類似于我們常見的制動能量回收系統。即便如此,我們依然有理由相信,隨著技術的不斷發展及價格進一步降低,飛輪電池的應用前景將十分廣闊。


  鋰電無論從價格,安全性,續航里程上都沒有優勢,還是鉛酸的好。


  鋰電的優勢,重量輕,循環壽命好在電動自行車上體現不出來。


  如果確實要買鋰電的電動自行車,還是要買國外品牌電芯的,如:三洋,三星等。


  根據正極材料體系,通常用三元材料、磷酸鐵鋰、錳酸鋰材料的;


  綜合性能比較:


  三種材料電池安全性都可以,磷酸鐵鋰、錳酸鋰的安全性更好;


  錳酸鋰電池壽命相對另兩種是最差的,也是最便宜的;


  磷酸鐵鋰是目前炒的比較火的,但綜合講還不是很成熟;磷酸鐵鋰壽命是不錯的,但它的低溫放電性能比較差,在比較寒冷的地區使用時,能放出的電量比例較少,顯得容量??;


  三元材料電池在價格、安全性、壽命、生產工藝等方面比較中性,而且同樣(電壓*容量)規格的不同類電池中,三元材料電池的重量跟體積遠遠小于另幾種電池,個人認為現階段最適合的鋰電動力電池應該是三元材料電池。


  從電芯結構類型分,有圓柱型電池、鋼殼方形電池、軟包裝(聚合物)電池等;主要都是這幾種電芯組合而成。鋼殼方形用的較多,圓柱也有不少,軟包也發展的不錯、應該是一種趨勢;各種優劣不做品評,個人偏向軟包裝(聚合物)電池。


  鋰電池有3種:三元系的材料聚合物可攜式鋰電池;錳酸鋰鋰電池;磷酸鐵鋰電池。喜德盛用的就是聚合物三元鋰電池。


  電動汽車電池分兩大類,蓄電池和燃料電池。蓄電池適用于純電動汽車,包括鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鈉硫電池、二次鋰電池、空氣電池。


  燃料電池專用于燃料電池電動汽車,包括堿性燃料電池(AFC)、磷酸燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、固體氧化物燃料電池(SOFC)、質子交換膜燃料電池(PEMFC)、直接甲醇燃料電池(DMFC)。


  隨著電動汽車的種類不同而略有差異。在僅裝備蓄電池的純電動汽車中,蓄電池的作用是汽車驅動系統的惟一動力源。而在裝備傳統發動機(或燃料電池)與蓄電池的混合動力汽車中,蓄電池既可扮演汽車驅動系統主要動力源的角色,也可充當輔助動力源的角色??梢娫诘退俸蛦訒r,蓄電池扮演的是汽車驅動系統主要動力源的角色;在全負荷加速時,充當的是輔助動力源的角色;在正常行駛或減速、制動時充當的是儲存能量的角色。


  燃料電池由燃料在陽極氧化,氧化劑在陰極還原。如果在陽極(即外電路的負極,也可稱燃料極)上連續供給氣態燃料(氫氣),而在陰極(即外電路的正極,也可稱空氣極)上連續供給氧氣(或空氣),就可以在電極上連續發生電化學反應,并產生電流。由此可見,燃料電池與常規電


  池不同,它的燃料和氧化劑不是儲存在電池內,而是儲存在電池外部的儲罐中。當它工作(輸出電流并做功)時,需要不間斷地向電池內輸人燃料和氧化劑并同時排出反應產物。因此,從工作方式上看,它類似于常規的汽油或柴油發電機。由于燃料電池工作時要連續不斷地向電池內送入燃料和氧化劑,所以燃料電池使用的燃料和氧化劑均為流體(氣體或液體)。最常用的燃料為純氫、各種富含氫的氣體(如重整氣)和某些液體(如甲醇水溶液),常用的氧化劑為純氧、凈化空氣等氣體和某些液體(如過氧化氫和硝酸的水溶液等)。


  燃料電池陽極的作用是為燃料和電解液提供公共界面,并對燃料的氧化產生催化作用,同時把反應中產生的電子傳輸到外電路或者先傳輸到集流板后再向外電路傳輸。陰極(氧電極)的作用是為氧和電解液提供公共界面,對氧的還原產生催化作用,從外電路向氧電極的反應部位傳輸電子。由于電極上發生的反應大多為多相界面反應,為提高反應速率,電極一般采用多孔材料并涂有電催化劑。


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