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【MFC推荐】干货|新能源汽车动力电池的作用与分类

2023-05-26 13:26:05 来源：

导读：

1：动力电池作用

在新能源汽车中动力电池作为整个汽车的动力源，为车辆提供动力。纯电动汽车的核心部件，也是新能源汽车上价格最高的部件之一。它的性能好坏直接决定了这辆车的实际价值。

动力电池的作用是接收和储存由车载充电机、发电机、制动能量回收装置或外置充电装置提供的高压直流电，并且为电动汽车提供高压直流电。

1：动力电池分类

动力电池应用方案主要有铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池、燃料电池、超级电容器，飞轮电池等。

铅酸电池：

铅酸蓄电池已有100多年的历史，广泛用作内燃机汽车的起动动力源。它也是成熟的电动汽车蓄电池，可靠性好、原材料易得、价格便宜；比功率也基本上能满足电动汽车的动力性要求。但它有两大缺点；一是比能量低，所占的质量和体积太大，且一次充电行驶里程较短；另一个是使用寿命短，使用成本过高。目前铅酸电池已不作为动力电池使用。

镍氢蓄电池：

镍氢蓄电池属于碱性电池，镍氢蓄电池循环使用寿命较长，无记忆效应，但价格较高。

国外生产电动汽车镍氢蓄电池的公司主要是Ovonie，该公司是丰田和松下的一个合资公司。Ovonie现有80Ah和130Ah两种单元电池，其比能量达75－80Wh/kg，循环使用寿命超过600次。这种蓄电池装在几种电动汽车上试用，其中一类车一次充电可行驶345km，有一辆车一年中行驶了8万多公里。由于价格过高，目前尚未大批量生产。

国内已开发出55Ah和100Ah 单元电池，比能量达65 Wh/kg，功率密度大于800W/kg的镍氢蓄电池。

锂离子电池：

锂离子电池是指在电极材料中使用了锂元素作为主要活性物质的一类电池，主要包括锂金属电池和锂离子电池两大类。本文中讲的锂电池主要为锂离子电池。

锂离子二次电池作为高电压、高能量密度的可充电电池，其突出的特点是：重量轻、储能大、无污染、无记忆效应、使用寿命长。在同体积重量情况下，锂电池的蓄电能力是镍氢电池的1.6倍，并且人类只开发利用了其理论电量的20%～30%，开发前景非常光明。同时它是一种真正的绿色环保电池，不会对环境造成污染，是目前最佳的能应用到电动车上的电池。

根据材料的不同，锂电池可分为磷酸铁锂电池、钴酸锂电池、三元聚合物锂电池。

磷酸铁锂电池技术相对成熟、安全，但能量密度相对较低，电池一致性问题难以解决，精确性和稳定性很难控制，虽然装车较多，但电动汽车续航里程短，难以满足消费者需求；钴酸锂电池相比于磷酸铁锂电池，虽然能量密度较大，但安全性较低，且成本高；三元电池能量密度高成本更低，但目前高温，导致安全性能保障力度不够。

表1-1 主流锂离子动力电池关键属性

表1-2磷酸铁锂和三元锂电池的参数比较

燃料电池：

燃料电池是指把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。它是按电化学原理把贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能。实际过程就是氧化还原反应。反应产物对环境无污染。

燃料电池主要由三部分组成，电极、电解质和外部电路。燃料主要是氢气、甲醇等碳氢化合物。常用的燃料电池按其电解质不同，可以分为质子交换膜燃料电池（PEMFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、磷酸燃料电池（PAFC）和碱性燃料电池（AFC）。

其中质子交换膜燃料电池（PEMFC）由于具有多种性能优势，包括电池操作温度低、启动速度快等，是目前应用较为成熟和广泛的燃料电池，在全球出货量占据主导地位。

燃料电池与普通电池的区别在于：

燃料电池通过电化学反应转化为电能的活动物质是从外部输入，不是在内部的。

燃料电池放电过程中所消耗的活性物质无需通过充电来还原，只需向电池内部不断输入燃料及氧化剂，并将反应产物及时排除即可持续提供电能。

超级电容器：

超级电容器又名法拉电容，是从上世纪七、八十年代发展起来的通过极化电解质来储能的一种电化学元件。它是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量，依靠双电层和氧化还原电荷储存电能，在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。