动力蓄电池的定义
根据国准GB/T 19596-2017《电动汽车术语》中的规定:动力蓄电池(traction battery)的定义为:为电动汽车动力系统提供能量的蓄电池。
动力电池分类
动力电池可分为化学电池、物理电池、生物电池。
化学电池:是利用物质的化学反应产生电能的电池,如镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池等。
铅酸电池:是一种电极主要由铅及其氧化物制成,电解液是硫酸溶液的蓄电池。铅酸电池成本低且技术成熟,目前大约95%的四轮低速电动车都在使用铅酸电池。
镍氢电池:是20世纪90年代发展起来的一种新型蓄电池。它的正极活性物质主要由镍制成,负极活性物质主要由储氢合金制成,是一种碱性蓄电池。
锂离子电池:一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。锂离子蓄电池具有工作电压高、比能量高、循环使用寿命长等优点,广泛应用在电动汽车中。
锂离子蓄电池的负极是储锂材料,电解质是锂盐的有机溶液或聚合物,正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料等。目前,车用锂电池正极主要选用磷酸铁锂和三元两种材料。
磷酸铁锂电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池,具有循环寿命(100%DOD)达到800次以上、使用安全、可大电流快速放电、热稳定性好、金属资源丰富、无记忆效应等特点。
“铁电池”曾经是比亚迪新能源汽车的一大标签。磷酸铁锂电池曾靠着更长的充放寿命和更好的安全性成功占领了市场的主流。但是磷酸铁锂电池有一个致命的缺点:能量密度低。
三元锂电池:正极使用镍钴锰酸锂三元材料,具有能量密度大、单体电压高、循环使用寿命(100%DOD)高、热稳定性好等特点。
燃料电池是一种将燃料与氧化剂的化学能通过电化学反应直接转换成电能的发电装置。
燃料电池具有以下特点:
-理论热效率100%
-电化学反应清洁
-比能量高
-噪声低
氢燃料电池基本原理:把氢和氧分别供给阴极和阳极,氢通过阴极向外扩散和电解质(铂)发生反应后,放出的电子通过外部负载到达阳极。燃料的化学能直接转换为电能,不需要进行燃烧,能量转换率可达60%~80%
物理电池:是利用光、热、物理吸附等物理能量发电的电池,如太阳能电池、超级电容器、飞轮电池等。
保时捷911 GT3及保时捷918 Spyder混合动力跑车均在两前轮处安装有飞轮电池,用于制动能量回收再利用。当飞轮转速上升时电池为储能状态,转速下降时,电池为功能状态。
超级电容功率密度极高,可达300W/kg-500W/kg,是普通电池的5-10倍,不过其内阻较大,不能用于交流电路。
2010年上海世博会时,61辆超级电容公交投入运营。充电时间很短,仅需几十秒,但续航里程也仅能维持3-5公里,因此距走入百姓家庭还有不小差距。
生物电池:是利用生物化学反应发电的电池,如微生物电池、酶电池、生物太阳电池等。
太阳能诱导的直接使用生物质发电的生物电池如图所示。这种生物电池依赖于POM催化剂(小瓶中所示),当与光发生反应,它改变了颜色。
由于技术条件的制约,生物燃料电池的研究和使用还处于不成熟阶段,电池的输出功率小、使用寿命短,远没有达到全面推广的时期。