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新能源汽車電池簡介

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  • 發(fā)布時間:2017/11/27 16:25:00
  • 作者:pl_yinhe

  在過去的幾年里,隨著新能源汽車產(chǎn)銷的快速增長,我國的動力電池產(chǎn)業(yè)有了長足的發(fā)展。新能源汽車的核心部件當屬汽車動力電池,也就是新能源汽車的能量來源,直接決定了汽車的續(xù)航里程。

  中國動力電池市場以本土企業(yè)占主導,企業(yè)格局分層明顯,按照技術水平和市場表現(xiàn)主要分為四個梯隊,第一梯隊企業(yè)比亞迪和寧德時代技術領先,規(guī)模效應導致成本下降明顯,在競爭中占據(jù)絕對優(yōu)勢。

  三元電池和磷酸鐵鋰電池在乘用車和商用車領域都是主導應用,目前乘用車電池以三元為主,商用車電池以磷酸鐵鋰電池為主。

新能源汽車動力電池簡介

  動力電池主要由正極、負極、電解液、隔膜等組成,要求高能量密度、長壽命、可靠安全。其工作原理是通過正負極材料及電解液之間的化學反應產(chǎn)生電子的移動從而產(chǎn)生電流。

  充電時(以估算鋰電池為例),電池的正極上有Li﹢生成,Li﹢從正極脫嵌經(jīng)過電解液嵌入負極;放電時則相反,Li﹢從負極脫嵌,經(jīng)過電解液嵌入正極。

鈷酸鋰電池工作原理示意圖

  以下時目前動力電池中最常見的三種,鎳氫電池面臨淘汰,鉛酸電池全憑保有量在職稱,故目前以鋰電池最為主流。

最常見的三種動力電池

新能源汽車動力電池的性能

01比能量和比功率

  比能量是指電池單位質(zhì)量所能輸出的電能,單位是Wh/kg;

  比功率是描述電池在瞬間能放出能量的能力,單位是W/kg;

  比能量高的動力電池就像龜兔賽跑里的烏龜,耐力好,可以長時間工作,續(xù)航里程長;而比功率高的動力電池就像百米賽跑里的博爾特,速度快,可以提供很高的瞬間電流,以保證汽車的加速性能。然而魚與熊掌不可兼得,通常一種電池不能同時具備高比能量和高比功率。

比能量和比功率

  能量密度方面電池肯定不如汽油,但是究竟差別多大呢?

  一箱50L的汽油大概可以跑600km,續(xù)航同樣里程的電動車需要多少電池呢:

  汽油的比能量為11kWh/kg,1L汽油約重0.742kg,按車載50L計算,滿載是37.1kg,釋放的能量為408.1kWh。

  三元鋰電池的比能量為150Wh/kg,408.1kWh的能量需電池2700kg,假設汽油發(fā)動機和電動機的效率差為3倍,相當于900kg電池的能量。

比能量和比功率

02電池的穩(wěn)定性

  動力電池作為新能源汽車上的能量源,必然會比我們平時生活中使用的電池有更高的穩(wěn)定性要求。高溫、低寒、強碰撞等情況都有可能出現(xiàn),故作為動力電池,穩(wěn)定性也是至關重要的一個指標。

電池的穩(wěn)定性

03電池的使用壽命

  對于動力電池,電池的一致性、充放電的循環(huán)次數(shù)直接決定了車輛的使用壽命。

  什么是電池的一致性?簡單的說就是同型號單個電池之間的重量、電壓、內(nèi)阻等關鍵指標的偏差程度,偏差越大,一致性越差。事實上,新能源汽車電池是把大量的單個電池通過串聯(lián)和并聯(lián)的方式組成電池組,串聯(lián)得越多,不一致性放大倍數(shù)越多,電池壽命越短。這也是我們?nèi)粘I钪胁煌放?、新舊程度不一的電池不要混用的原因。

單個電池組成的電池組

單個電池組成的電池組

  另外,電池的循環(huán)壽命還和用戶的充放電習慣相關,不同類型的鋰電池其充放電特性會有些許差別,但大體趨勢是一致的,這里就目前特斯拉采用的三元里電池來說明。

三元鋰電池循環(huán)次數(shù)和充放電特性圖

三元鋰電池循環(huán)次數(shù)和充放電特性圖

  從上圖可以看出,同樣衰減至60%的容量,不同充放電方式的結(jié)果大不一樣。其中以25%~75%的充電方式(即所謂“淺充淺放”)最為合適,可達2500次,每天充放一次壽命都大概達到7年!

新能源汽車動力電池分類

  目前使用較多的鋰動力電池主要有以下幾類,以正極材料為劃分依據(jù):

新能源汽車動力電池分類

  以下列出了四類鋰電池的主要性能指標差別

四類鋰電池的主要性能指標差別

  從上表可以看出,以上四類電池各有優(yōu)劣,哪種電池又將是未來的主流呢?

01鈷酸鋰電池

  數(shù)碼電子產(chǎn)品對鋰電池安全性要求不高,故鈷酸鋰電池最合適的其實是3C領域,特斯拉敢于使用此類電池,也是為了得到超強的續(xù)航能力,但同時其安全性能要打些折扣,即便其有著號稱最頂尖的電池管理系統(tǒng)。總的來說,鈷酸鋰電池并不適合做動力電池。

鈷酸鋰電池

02錳酸鋰電池

  錳酸鋰電池因其不偏不倚的特征贏得動力電池最大的市場占有率,雖然其能量密度不如鈷酸鋰和三元鋰,但其他綜合性能相當出色!

錳酸鋰電池

03磷酸鐵鋰電池

  磷酸鐵鋰電池是中國企業(yè)的“彎道超車”夢想,如果不是較低的能量密度限制了磷酸鐵鋰電池,其真的有可能成為動力電池中的霸主,其安全性能和壽命這兩個關鍵指標都是頂尖的。

磷酸鐵鋰電池

04三元鋰電池

  如果說國內(nèi)把鋰電池的發(fā)展重心放在了磷酸鐵鋰電池上,國際動力鋰電池行業(yè)的新星非三元鋰電池莫屬了,它比鈷酸鋰更高的能量密度,成本低于鈷酸鋰,安全性亦好于鈷酸鋰。

三元鋰電池

結(jié)語

  不同車企對于動力鋰電池的不同選擇都是基于不同的側(cè)重點。

從安全穩(wěn)定性、能量密度和循環(huán)壽命三個方面對比新能源汽車電池

  從安全穩(wěn)定性、能量密度和循環(huán)壽命三個方面對比來看,文中所述這四種電池的排序如下:

  各類鋰電池及其代表車型數(shù)據(jù)如下表所示:

各類鋰電池及其代表車型數(shù)據(jù)


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