動力電池基礎與動力電池發(fā)展規(guī)劃

動力電池電池作為新能源汽車的動力源，一直以來被認為是電動汽車發(fā)展的重要標志性技術，也是制約電動汽車發(fā)展的重要瓶頸，其性能好壞直接關系到整車續(xù)航里程的長短和使用上安全。

一．動力電池的分類：

動力電池從廣義上講主要可分為化學電池、物理電池和生物電池三大類，其中化學電池和物理電池已經(jīng)應用于量產(chǎn)電動汽車中，而生物電池則被視為未來電動汽車電池的重要發(fā)展方向之一。

電動汽車電池分類

車型與動力電池

二．化學電池

化學電池是目前電動汽車領域應用最為廣泛的電池種類，如鎳氫電池、鋰離子電池、鋰聚合物電池、燃料電池等都屬于這一范疇。從結構角度上講，其可進一步分成蓄電池及燃料電池兩大類別，我們目前所見的絕大多數(shù)電動汽車都采用蓄電池技術進行驅(qū)動，如豐田普銳斯、特斯拉MODEL S等。當然，這里所講的蓄電池并不是我們?nèi)粘Ｋv的汽車電瓶，而是對可重復充電電池的統(tǒng)稱，其中車載電瓶通常使用的鉛酸蓄電池僅僅是細分門類的一種。

1、鋰電池

鋰電池是目前電動汽車上最常用的電池種類之一，雖然其從1970年誕生至今時間并不算長，但憑借能量密度高、循環(huán)使用壽命長等特點迅速占據(jù)了電動汽車電池市場的絕大部分江山。如今，在售電動汽車配備的鋰電池主要有磷酸鐵鋰電池及三元鋰電池兩種，且這兩種電池在自身特點上存在顯著差異，因此我們有必要對其進行一番細致的講解與對比。

2、磷酸鐵鋰電池為什么安全？

對于電動汽車用電池，大多數(shù)人可能都鮮有認知，因此，我們不妨舉個例子來幫助大家理解。最近，由比亞迪同戴姆勒共同出資成立的全新電動汽車品牌騰勢已上市銷售，而其所搭載的正是磷酸鐵鋰電池。相比于早期的錳酸鋰電池，磷酸鐵鋰電池在能量密度上并未有太大差別，約為100-110Wh/kg，但其熱穩(wěn)定性是目前車用鋰電池中最好的，當電池溫度處于500-600℃高溫時，其內(nèi)部化學成分才開始分解，而同屬鋰電池的鈷酸鋰電池在180-250℃時就內(nèi)部化學成分就已處于不穩(wěn)定狀態(tài)。換而言之，磷酸鐵鋰電池的安全性在鋰電池中首屈一指，也正因如此，其也成為目前電動汽車電池的主要門類之一。

3、特斯拉為何選擇三元鋰電池？

與磷酸鐵鋰電池相比，特斯拉MODEL S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(xù)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(nèi)部化學成分就開始分解，因此對電池管理系統(tǒng)提出了極高的要求，需要為每節(jié)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(shù)量非常龐大，以MODEL S為例，7000余節(jié)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(tǒng)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。

4、鎳氫電池更注重充放電控制

鎳氫電池是目前除鋰電池外另一主流電動汽車動力電池種類，于上世紀90年代后逐漸發(fā)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(tǒng)，不過其更注重電池的充放電管理。之所以存在這樣的區(qū)別，主要是源于鎳氫電池具有“記憶效應”，即電池在循環(huán)充放電過程中容量會出現(xiàn)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(tǒng)在設定上都會主動避免過度充放電，如將電池的充放電區(qū)間人為控制在總?cè)萘康囊欢ò俜直确秶鷥?nèi)，以降低容量衰減速度。

5、燃料電池是未來汽車最理想能源

燃料電池其實不是“電池”，準確地說是一個大的發(fā)電系統(tǒng)。其因能量轉(zhuǎn)換效率高、無污染、壽命長、運行平穩(wěn)等特點被業(yè)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(zhuǎn)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(chǎn)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(tǒng)內(nèi)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(jù)此前報道，世界首款量產(chǎn)燃料電池汽車豐田FCV已在日本正式銷售。該車配備了兩個70MPa的高壓燃料堆，輸出功率為122Ps(90kW)，續(xù)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(tǒng)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(nèi)何時能夠買到還不得而知，只能再耐心等待一段時日。

三.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(tǒng)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(tǒng)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(fā)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(yōu)勢，首先，其反復充放電達數(shù)十萬次（傳統(tǒng)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(huán)境適應能力更佳，通常室外溫度在-40℃-65℃時，其都能穩(wěn)定正常工作（傳統(tǒng)電池一般為-20℃～60℃）。

當然，有優(yōu)勢就會有不足，能量密度低就是制約超級電容發(fā)展的首要瓶頸，所以，目前其主要應用于車輛啟動系統(tǒng)、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(zhuǎn)動時產(chǎn)生能量的原理來實現(xiàn)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911 GT3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(tǒng)。即便如此，我們依然有理由相信，隨著技術的不斷發(fā)展及價格進一步降低，飛輪電池的應用前景將十分廣闊。

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