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新能源汽车电池简介

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  • 发布时间:2017/11/27 16:25:00
  • 作者:pl_yinhe

  在过去的几年里,随着新能源汽车产销的快速增长,我国的动力电池产业有了长足的发展。新能源汽车的核心部件当属汽车动力电池,也就是新能源汽车的能量来源,直接决定了汽车的续航里程。

  中国动力电池市场以本土企业占主导,企业格局分层明显,按照技术水平和市场表现主要分为四个梯队,第一梯队企业比亚迪和宁德时代技术领先,规模效应导致成本下降明显,在竞争中占据绝对优势。

  三元电池和磷酸铁锂电池在乘用车和商用车领域都是主导应用,目前乘用车电池以三元为主,商用车电池以磷酸铁锂电池为主。

新能源汽车动力电池简介

  动力电池主要由正极、负极、电解液、隔膜等组成,要求高能量密度、长寿命、可靠安全。其工作原理是通过正负极材料及电解液之间的化学反应产生电子的移动从而产生电流。

  充电时(以估算锂电池为例),电池的正极上有Li﹢生成,Li﹢从正极脱嵌经过电解液嵌入负极;放电时则相反,Li﹢从负极脱嵌,经过电解液嵌入正极。

钴酸锂电池工作原理示意图

  以下时目前动力电池中最常见的三种,镍氢电池面临淘汰,铅酸电池全凭保有量在职称,故目前以锂电池最为主流。

最常见的三种动力电池

新能源汽车动力电池的性能

01比能量和比功率

  比能量是指电池单位质量所能输出的电能,单位是Wh/kg;

  比功率是描述电池在瞬间能放出能量的能力,单位是W/kg;

  比能量高的动力电池就像龟兔赛跑里的乌龟,耐力好,可以长时间工作,续航里程长;而比功率高的动力电池就像百米赛跑里的博尔特,速度快,可以提供很高的瞬间电流,以保证汽车的加速性能。然而鱼与熊掌不可兼得,通常一种电池不能同时具备高比能量和高比功率。

比能量和比功率

  能量密度方面电池肯定不如汽油,但是究竟差别多大呢?

  一箱50L的汽油大概可以跑600km,续航同样里程的电动车需要多少电池呢:

  汽油的比能量为11kWh/kg,1L汽油约重0.742kg,按车载50L计算,满载是37.1kg,释放的能量为408.1kWh。

  三元锂电池的比能量为150Wh/kg,408.1kWh的能量需电池2700kg,假设汽油发动机和电动机的效率差为3倍,相当于900kg电池的能量。

比能量和比功率

02电池的稳定性

  动力电池作为新能源汽车上的能量源,必然会比我们平时生活中使用的电池有更高的稳定性要求。高温、低寒、强碰撞等情况都有可能出现,故作为动力电池,稳定性也是至关重要的一个指标。

电池的稳定性

03电池的使用寿命

  对于动力电池,电池的一致性、充放电的循环次数直接决定了车辆的使用寿命。

  什么是电池的一致性?简单的说就是同型号单个电池之间的重量、电压、内阻等关键指标的偏差程度,偏差越大,一致性越差。事实上,新能源汽车电池是把大量的单个电池通过串联和并联的方式组成电池组,串联得越多,不一致性放大倍数越多,电池寿命越短。这也是我们日常生活中不同品牌、新旧程度不一的电池不要混用的原因。

单个电池组成的电池组

单个电池组成的电池组

  另外,电池的循环寿命还和用户的充放电习惯相关,不同类型的锂电池其充放电特性会有些许差别,但大体趋势是一致的,这里就目前特斯拉采用的三元里电池来说明。

三元锂电池循环次数和充放电特性图

三元锂电池循环次数和充放电特性图

  从上图可以看出,同样衰减至60%的容量,不同充放电方式的结果大不一样。其中以25%~75%的充电方式(即所谓“浅充浅放”)最为合适,可达2500次,每天充放一次寿命都大概达到7年!

新能源汽车动力电池分类

  目前使用较多的锂动力电池主要有以下几类,以正极材料为划分依据:

新能源汽车动力电池分类

  以下列出了四类锂电池的主要性能指标差别

四类锂电池的主要性能指标差别

  从上表可以看出,以上四类电池各有优劣,哪种电池又将是未来的主流呢?

01钴酸锂电池

  数码电子产品对锂电池安全性要求不高,故钴酸锂电池最合适的其实是3C领域,特斯拉敢于使用此类电池,也是为了得到超强的续航能力,但同时其安全性能要打些折扣,即便其有着号称最顶尖的电池管理系统。总的来说,钴酸锂电池并不适合做动力电池。

钴酸锂电池

02锰酸锂电池

  锰酸锂电池因其不偏不倚的特征赢得动力电池最大的市场占有率,虽然其能量密度不如钴酸锂和三元锂,但其他综合性能相当出色!

锰酸锂电池

03磷酸铁锂电池

  磷酸铁锂电池是中国企业的“弯道超车”梦想,如果不是较低的能量密度限制了磷酸铁锂电池,其真的有可能成为动力电池中的霸主,其安全性能和寿命这两个关键指标都是顶尖的。

磷酸铁锂电池

04三元锂电池

  如果说国内把锂电池的发展重心放在了磷酸铁锂电池上,国际动力锂电池行业的新星非三元锂电池莫属了,它比钴酸锂更高的能量密度,成本低于钴酸锂,安全性亦好于钴酸锂。

三元锂电池

结语

  不同车企对于动力锂电池的不同选择都是基于不同的侧重点。

从安全稳定性、能量密度和循环寿命三个方面对比新能源汽车电池

  从安全稳定性、能量密度和循环寿命三个方面对比来看,文中所述这四种电池的排序如下:

  各类锂电池及其代表车型数据如下表所示:

各类锂电池及其代表车型数据