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电动汽车没它不行!大众汽车讲师详解动力电池

新能源汽车补贴新 北京市新能源车目录 2020年07月03日

图1

在4月25日的新闻中,公众发起了“普及电动汽车动力电池科普”线下活动。公共汽车学院通过原电池实验、现场讲座、现场问答等方式,深入简单地讲解了汽车动力电池的一般知识,并介绍了混合动力汽车和纯电动汽车电池的特点。

一、电池成长汗青及分类

开演前,公交学院讲师陈庆贵请观众做了一个关于原电池发电的小实验。他利用电解液中镁和碳薄片的回声形成外部电流来点亮小灯泡。这个有趣的实验让每个人对原电池的发电原理有了初步的直观理解。

图2

随后,他具体介绍了汽车动力电池的发展历史,不同类型的电池,不同形状电池各自的优缺点,以及PHEV和贝夫所用电池的特点。

图3

1799年,伏特完成了世界上第一个电池实验,并制造了世界上第一个电池“伏特反应堆”。从那时起,碱性电池,镍镉电池,铅酸电池,镍氢电池和锂金属电池将依次发展。

图4

许多种类的电池通常分为化学电池、物理电池和生物电池。

其中,化学电池是最常用的,分为原电池、二次电池和燃料电池。只能使用一次且不能充电的电池称为原电池,而汽车中使用的电池是可以多次充电和放电的二次电池。

根据正极材料的不同,二次电池分为镍铬电池(NiCd)、镍氢电池(镍氢电池)、铅酸电池和锂电池。

陈庆贵解释了这四种电池的分离:

1.镍镉电池

镍镉电池是一种非常奇特的DC电源电池,可以实现500次以上的重复充放电,经济耐用。其内阻小,可快速充电,可向负载提供大电流,放电时电压变化很小。

它最大的缺点是有记忆效应。如果上次用了80%的电,只剩下20%,那么下次只能放出80%的电。

2.铅酸电池

铅酸电池是一种经典的车载电池,至今仍被广泛使用。它采用铅作为电池的负极,二氧化铅作为电池的正极,电解液采用30%的硫酸溶液。

放电时,电池的正极获得电子,负极失去电子;充电时,电池的正极失去电子,负极获得电子。响应方程为:

图5

车载铅酸电池的电压通常为12V,由6个串联的2V铅酸板组成。传统的铅酸电池是湿电池。在使用过程中,水会蒸发,这将导致电解质浓度的变化。应该定期添加水和电解液来维护电池。

后来,开发了一种强化富液蓄电池(EFB)和一种玻璃纤维蓄电池(AGM),以解决铅酸电池中水的蒸发问题,并且不需要液体添加维护。

3.镍氢电池

镍氢电池比镍镉电池具有更高的能量密度。正极材料为氢氧化镍,负极材料为金属氢化物(即储氢合金或储氢电极),电解液为6摩尔/升氢氧化钾溶液。混响方程为:

镍氢电池还具有不含有毒金属和无记忆效应的优点。它的电解质以固体形式存在,使电池加倍安全。

4.锂离子电池

锂离子电池是新一代电池,也是目前最常用的电池。广泛应用于充电宝、手机和电动车。

它使用碳材料(石墨、软碳、硬碳等)。)作为负极材料,锂金属化合物作为正极材料,锂盐溶剂作为电解质。

锂离子电池分为钴酸锂LCO、镍酸锂LNO、锰酸锂LMO、磷酸铁锂LFP、镍钴铝酸锂NCA、镍钴锰酸锂NCM等。根据阴极材料的不同,又分为NCM 611、NCM 811等。根据t

当放电时,电池连接到外部负载,锂离子锂从负电极移除并嵌入正电极,从而释放充电期间存储的电势能量。因为这个原因,锂电池也被称为摇椅电池。

锂离子电池只含有少量的水,没有记忆效应。它的能量密度是镍镉电池的两倍。

二、几种主流电池类型优错误对比

1与四种电池功能的比较

电池的主要功能指标包括:电压、容量、内阻、能量、能量密度、功率、使用寿命等。在这些指标的基础上,人民汽车研究所比较了四种电池的功能:

图8

由此可见,锂电池具有高电压、高比能量、长循环寿命、每月自放电率低、安全性高、充电速度快等优点,但谬误在于使用成本非常高,几乎是铅酸电池的三倍。

2.三种锂离子电池形状的比较

根据电池的形状,锂离子电池可分为圆柱形电池、软包/聚合物电池和方形电池。

图9

它们的优点和缺点是:

1.气缸:体积小,组成灵活,功率和能量密度高,适合大规模生产,一致性好;缺点是分组后散热差,电池处理系统复杂。

2.软袋/聚合物:内阻小、尺寸灵活、重量轻、能量密度高、不爆炸、强度低、密封工艺复杂、一致性差、无防爆装配、液体易泄漏。

3.方形外壳:散热好,组装容易,可靠性好,包括防爆阀。误差是低能量密度(外壳占用大量重量)、固定尺寸、高成本和多种型号(不同制造商的不同型号)。

陈庆贵表示,公众使用方形电池,并已参与相关标准的制定。方形电池的组装过程如下:

三、电池单体两种毗邻格局

电动车辆的电池模块由多个串联/并联的电池单元连接。两个相邻模式的总输出是连通的,但是输出电压和电流变化很大。

并联电池组电池具有较低的输出电压(多个通信电源并联而不增加电压),并且具有较高的安全性,但是输出电流将高于控制器的输出电流,需要较厚的电缆,这很难安装在车辆上,并且较高的电流将会给电池芯带来更多的热量。

串联电池组电池具有较低的输出电流,可以使用较细的导线,但输出电压较高,安全性较差,安全保护成本将大大增加。

图11

多个电池模块(8/16/27等。)串联、并联和串联,形成大电池组,即电动汽车底部的大功率电池,功率电池的总电压控制在300-400伏左右

那么,哪种类型的电池组用于公交车下的新能源汽车?

1.GTE(PHEV)公共场所的电池组

电池模块由12个电池单元(每个电池单元3.7V)串联而成,每个模块的电压约为3.712=44.4V。

电池组由8个串联的电池模块组成,总电压约为44.4伏8=355.2伏(考虑到电池的其他损耗,此算法仅供参考)

2.BEV电池组

电池模块由12个电池单元(每个电池单元3.6V)混合而成,分为两种类型:大电池和小电池。

在大模块中,前三个单体与后三个单体并联,中间六个单体串联。模块的总电压只有14.4伏,输出电流更高。小模块的总电压较低,为7.2V.

电池组由16或27个大而薄的模块串联而成,整个电池组具有“土壤”结构。

在公开课结束时,陈庆贵回答了为什么PHEV使用液体冷却而贝芙使用空气冷却的问题。

他解释说,PHEV是一款插电式混合动力汽车。车辆的底盘装有内燃机和排气管。电池将接收更大的热辐射。此外,PHEV的电池组结构紧凑,散热困难,因此采用液体冷却技术。

对于纯电动汽车(BEV),汽车底盘没有来自内燃机和排气管的热辐射,其电池组布局为低

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