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電動車都採用蓄電池技術進行驅動,如豐田普銳斯、特斯拉MODEL S等。當然,這裏所講的蓄電池並不是我們日常所講的汽車電瓶,而是對可重復充電電池的統稱,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。
由于電動車蓄電池種類較多,其中很大部分已經被目前市場所淘汰,且對其晦澀原理進行大篇幅講解並不能對實際購車帶來多大幫助,所以我們先通過一個表格大致了解下這些電池的種類和基本特性,然後就目前市場上常見的幾種蓄電池進行詳細説明。
常見電動車用化學電池:
對于電動車用電池,大多數人可能都鮮有認知,因此,我們不妨舉個例子來幫助大家理解。最近,電動車批全新電動車品牌騰勢即將上市銷售,而其所搭載的正是磷酸鐵鋰電池。相比于早期的錳酸鐵鋰電池,磷酸鐵鋰電池在能量密度上並未有太大差別,約為100-110Wh/kg,但其熱穩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,其內部化學成分才開始分解,而同屬鋰電池的鈷酸鐵鋰電池在180-250℃時就內部化學成分就已處于不穩定狀態。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,其也成為目前電動車電池的主要門類之一。
與磷酸鐵鋰電池相比,特斯拉MODEL S使用的三元鐵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鐵鋰電池比磷酸鐵鋰電池的續航裏程更長。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,因此對電池管理係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MODEL S為例,7000余節18650三元鐵鋰電池才能滿足一輛車的裝配用量,這無疑又為電池管理係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鐵鋰電池。
電動車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年代後逐漸發展開來,如以豐田普銳斯為代表的很多混合動力汽車均採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並不大,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係統,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)。因此對于廠商來説,鎳氫電池控制係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”,準確地説是一個大的發電係統。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。簡單來説,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産生的。
理論上講,燃料電池能採用的燃料種類很多,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並不遙遠。據此前報道,世界首款量産燃料電池汽車豐田FCV將于明年3月在日本正式銷售。電動代步車該車配備了兩個70MPa的高壓燃料堆,輸出功率為122Ps(90kW),續航裏程可達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。
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