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现如今,全球都面临资源紧缺的问题。就目前来说,能源短缺对于传统汽车的限制和影响是极其巨大的。不仅如此,机动车尾气直接排放的污染物会造成严重的环境污染及温室效应。因此,为了降低对石油能源的依赖以及缓解环境保护的压力,发展节能环保的新能源汽车是未来汽车行业的必然趋势。
新能源汽车改变了传统汽车的动力模式,用可再生资源代替汽油等不可再生资源。电池作为新能源汽车的动力来源,是整车中最重要的部分,占整车成本30%~40%,这也是区别于其他传统燃油汽车的标志性部件。汽车电池技术发展方向是为了增加新能源汽车的行驶距离,并快速高质量的进行充电,提高新能源汽车的使用频率,有助于加快新能源汽车的市场推广。
新能源汽车所使用的电池主要分为三大类,即化学电池、物理电池以及生物电池。我们目前最常见的汽车用电池主要有以下几类:
1.三元锂电池
三元锂电池是指正极材料使用镍钴锰酸锂(Li(NiCoMn)O2)或者镍钴铝酸锂的三元正极材料的锂电池,三元复合正极材料是以镍盐、钴盐、锰盐为原料,里面镍钴锰的比例可以根据实际需要调整,三元材料做正极的电池相对于钴酸锂电池安全性高,三元锂电池是一种集高能量密度和高电压为一体的储能装置,已广泛应用于移动和无线电子设备、电动工具、混合动力和电动交通工具等领域。在容量与安全性方面三元锂电池比较均衡,循环性能好于正常钴酸锂,前期由于技术原因其标称电压只有3.5-3.6V,在使用范围方面有所限制,随着配方的不断改进和结构完善,电池的标称电压已达到3.7V,在容量上已经达到或超过钴酸锂电池水平。
三元锂电池之所以受到众多车企的青睐,主要是得益于三元锂电池的能量密度较高,能量密度越大,就意味着动力电池的单位体积或重量内存储的电量越多。一般来说,电池的能量密度越高,纯电动车的续航能力就越高,因此对于追求极力追求长续航里程的新能源车企来说,三元锂电池的续航优势非常有吸引力。同时,三元锂电池在抗低温性能上也有一定的优势,在同样的低温条件下,相比其它类型的电池,三元锂电池的冬季电量衰减更小,更适合寒冬的北方地区。而三元锂电池的缺点是稳定性较差,当温度达到-℃时容易热失控,在快速充电过程中存在较高的自燃风险,因此三元锂电池对散热性能的要求很苛刻,这对于BMS电池管理系统也有更高的技术要求。目前,特斯拉旗下车型就采用的该类电池。
2.磷酸铁锂电池
磷酸铁锂电池,是一种使用磷酸铁锂(LiFePO4)作为正极材料,碳作为负极材料的锂离子电池,单体额定电压为3.2V,充电截止电压为3.6V-3.65V。目前磷酸铁锂电池的热稳定性是最好的,热失控温度普遍在摄氏度以上,电池自燃的风险很低。其次,磷酸铁锂电池的循环寿命也比较长,充放电循环次数大于0次后才会开始衰减,相当于可以用10年之久。除此之外,它还具有安全性高、工作电压高、能量密度大、自放电率小、无记忆效应的优点,同时,磷酸铁锂电池的价格也有很大优势。不过,由于磷酸铁锂电池的能量密度不如三元锂电池高,其能量密度平均为-Wh/kg,而三元锂电池平均为Wh/kg,因此在续航方面很难与三元锂电池相提并论,当温度低于-5℃时,充电效率低,不适合北方在冬天充电的需求,这也是为什么采用磷酸铁锂电池的纯电动车少的原因。
年3月29日,比亚迪正式发布“刀片电池”,该电池采用磷酸铁锂技术,将首先搭载于“汉”车型。“刀片电池”通过结构创新,在成组时可以跳过“模组”,大幅提高了体积利用率,最终达成在同样的空间内装入更多电芯的设计目标。相较传统电池包,“刀片电池”的体积利用率提升了50%以上,也就是说续航里程可提升50%以上,达到了高能量密度三元锂电池的同等水平,最关键的是成本降低了20%-30%。
“刀片电池”通过了电池安全测试领域的“珠穆朗玛峰”——针刺测试,并成功挑战了极端强度测试——46吨重卡碾压测试,具备超级安全、超级强度、超级续航、超级寿命的特点。超级安全:针对电池使用七重安全维度测试,涵盖内部短路、外部短路、过充、碰撞、高压、连接以及危险气体;超级强度:电池包具备挤压不起火、不爆炸特性,并通过了模拟碰撞,抗压强度等测试;超级续航:续航里程轻松突破km;超级寿命:满足充放电次以上,满足车辆行驶全生命周期需求。
(图为比亚迪“汉”车型)
3.镍氢电池
镍氢电池是一种性能良好的蓄电池。镍氢电池分为高压镍氢电池和低压镍氢电池。镍氢电池正极活性物质为Ni(OH)2(称NiO电极),负极活性物质为金属氢化物,也称储氢合金(电极称储氢电极),电解液为6mol/L氢氧化钾溶液。镍氢电池作为氢能源应用的一个重要方向越来越被人们注意。镍氢电池优点在于成本低、技术成熟、寿命长、耐用;但缺点是能量密度低、体积大、电压低、有电池记忆效应。含有重金属,遗弃后对环境造成污染。镍氢电池是目前混合动力汽车所用电池体系中唯一被实际验证并被商业化、规模化的电池体系,现有混合动力电池99%的市场份额为镍氢电池,商业化的代表是丰田,常见于旗下的双擎混动车型。国内镍氢电池在汽车上的运用仍处于研发匹配阶段,主要向国外采购。
从一定程度上来说,不同种类的电池并没有严格意义上的好坏之分,在不同的使用环境下都能发挥其自身的优势。相信未来,新能源汽车动车电池的应用技术会更加成熟。