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2019.05.30 21:10 原创：新能源小生 欢迎关注
一、新能源电池的简介
动力电池是电动汽车的动力源，也是一直制约电动汽车发展的关键技术。要使电动汽车能与燃油汽车相竞争，关键就是要开发出比能量高、比功率大、使用寿命长、成本低的高效电池。但目前还没有任何一种电池能达到纯电动汽车普及的要求。
电池性能直接影响整车的加速性能、续航里程以及制动能量回收的效率等。电池的成本和循环寿命直接影响车辆的成本和可靠性，所有影响电池性能的参数必须得到优化。
二、新能源电池的主要性能指标
1.端电压和电动势
动力电池的端电压是指动力电池正极和负极之间的电位差。
动力的电动势等于组成电池的两个电极的平衡电极电位差。
2.放电电流
动力电池在放电时所输出的电流称为放电电流。
3.电池容量
电池容量是指充满电的电流在指定的条件下放电到终止电压时所输出的电量，单位为A•h。电池容量又分为理论容量、额定容量和实际容量。
4.电池能量密度
电池能量密度是衡量动力电池性能的一项重重要指标。能量密度又分为质量能量密度和体积能量密度。质量能量密度是指电池单位质量所能输出的电能，单位为瓦•时/千克（W•h/kg).体积能量密度是指电池单位体积所能输出的电能，单位为瓦•时/升（W•h/L)。电池的质量能量密度影响电动汽车的整车质量和续航里程，而体积能量密度影响电池的布置空间。
5.电池功率密度
电池功率密度是评价能量源能否满足电动汽车加速和爬坡性能的重要指标。与电池能量密度一样，功率密度又分为质量功率密度和体积功率密度。质量功率密度是指电池单位质量所能输出的功率，单位为瓦？/千克（W/kg)。体积功率密度是指电池单位体积所能输出的功率，单位为瓦/升（W/L)。
6. 荷电状态
荷电状态（state of charege SOC)a描述了电池的剩余电量，一般用百分比表示，其值为电池在一定放电倍率下，剩余电量与相同条件下的额定容量的比值
7.放电深度
放电深度（depth of discharge DOD)是放电容量与额定容量之比的百分数。
8.电池循环使用寿命
电池的循环使用寿命是指以电池充电和放电一次为一个循环，按一定的测试标准，当电池容量降到某一规定值（一般规定为额定值得80%）以前，电池所经历的充放电循环总次数。
9.电池一致性
对于同一类型，统一规格型号的电池之间在电压、内阻、容量等参数方面存在的差别称为电池的一致性。电池组的寿命在很大程度上取决于电池组的一致性，由于电动汽车的动力电池都是成组使用的，因此电池的一致性是评价电池组性能的关键指标之一。
10.电池的抗滥用能力
电池的抗滥用能力是指电池对短路、过充电、过放电、机械振动、撞击、挤压及遭受高温和着火等非正常使用情况的容忍程度。
三、新能源电池的种类和原理
1. 铅酸电池
铅酸电池由法国物理学家Gaston Plane 于1859年发明，是最早出现并投入使用的可充电动力电池。铅酸蓄电池不仅具有化学能和电能转换效率高、充放电循环次数多、端电压高及容量大等特点，而且还具有放酸、防爆、消氢及耐腐蚀等性能，但目前在电动汽车已经淘汰使用。
工作原理：铅酸电池是以二氧化铅（Pbo2）作为正极，海棉状金属铅作为负极，浓度为27%~37%的硫酸水溶液作为电解质的电池。铅蓄电池内的阳极(PbO2)及阴极(Pb)浸到电解液(稀硫酸)中，两极间会产生2V的电力，这是根据铅蓄电池原理，经由充放电，
（1）、铅酸蓄电池充电后，正极板是二氧化铅（PbO2），在硫酸溶液中水分子的作用下，少量二氧化铅与水天生可离解的不稳定物质—氢氧化铅（Pb（OH）4），氢氧根离子在溶液中，铅离子（Pb）留在正极板上，故正极板上缺少电子。
（2）、铅酸蓄电池充电后，负极板是铅（Pb），与电解液中的硫酸（H2SO4）发生反应，变成铅离子（Pb 2），铅离子转移到电解液中，负极板上留下多的两个电子（2e）
2.镍氢电池
镍氢电池（NI-MH)是由氢离子和金属镍合成的，是一种碱性电池。碱性电池是以氢氧化钾等碱性水溶液作为电解液的二次电池的总称，包括镍镉电池、镍氢电池和镍锌电池等，1984年，飞利浦公司成功研制出LaNi5储氢合金并成功制备出镍氢电池。
工作原理：镍氢电池主要由氢氧化镍正极、储氢合金负极、隔膜纸、电解液、铜壳、顶盖及密封等组成。镍氢电池的正极活性炭物质为氢氧化镍，负极活性炭物质为金属氢化物，也称为储氢合金，电解液为30%的氢氧化钾水溶液。
充电时，负极析出的氢气储存在容器中，正极由氢氧化镍变成氢氧化镍和水；放电时，氢气在负极被消耗掉，正极由氢氧化镍变成氢氧化亚镍。氢氧电池的开路电压为1.2~1.3V，因材料不同而异。
3.锂离子电池
锂离子电池是继镍隔和镍氢电池之后出现的新一代绿色可充电电池，锂离子最早由M.Armand 在1981年提出，锂离子电池在短短十几年的时间中得到了空前的发展，被认为是未来极具发展潜力的动力电池，目前正在被电动汽车广泛使用。
电动汽车的动力电池目前使用的有两种，分别是磷酸铁锂锂离子电池和三元锂电池
磷酸铁锂电池全名是磷酸铁锂锂离子电池，由于其性能特别适于做动力方面的应用，故多称为磷酸铁锂动力电池。磷酸铁锂动力电池是用磷酸铁锂（LIFepo4)材料作电池的正极，石墨作为负极材料。目前作锂离子电池的正极材料有钴酸、镍酸、锰酸、磷酸和钛酸等材料。
工作原理：如下图左边是橄榄石结构的LiFePO4作为电池的正极，由铝箔与电池正极连接，中间是聚合物的隔膜，它把正极与负极隔开，但锂离子Li+可以通过而电子e-不能通过，右边是由碳(石墨)组成的电池负极，由铜箔与电池的负极连接。电池的上下端之间是电池的电解质，电池由金属外壳密闭封装。磷酸铁锂电池在充电时，正极中的锂离子Li+通过聚合物隔膜向负极迁移；在放电过程中，负极中的锂离子Li+通过隔膜向正极迁移。
三元锂电池又称三元聚合物锂电池，指的是以镍钴锰三元材料作为正极材料，石墨作为负极材料的电池，其把镍盐、钴盐、锰盐作为三种不同的成分比例进行不同的调整，所以称为三元。三元锂电池最大的优势在于电池储能密度高，其储能密度通常在200WH/kg，更适合乘用车市场对续航里程的需求，但是三元锂电池电池材料分解温度在200℃左右，它会释放氧分子，在高温作用下电解液会迅速燃烧，引发电池自燃和易爆风险，因此它对电池管理要求很高，需要做好过充保护（OVP)、过放保护（UVP)、过温保护（OTP)和过流保护(OCP)。
三元锂电池按形状来区分：
1. 软包电池
2.圆柱电池
3.方形硬壳电池
4.燃料电池
燃料电池是一种将化学能直接转变为电能的点化学反应装置，通常由多孔渗透的阳极、阴极和电解质组成。按所用原始燃料类型的不同，燃料电池大致可分为氢燃料电池、甲烷燃料电池、甲醇燃料电池和汽油燃料电池等几种类型。
工作原理：燃料电池（以氢燃料电池为例）类似于燃油发动机，燃料和氧化剂不储存在电池内部，而是储存在电池外的储罐中。燃料电池通常由三部分组成，分正极、负极和电解质。燃料电池的正极为燃料电极，在催化剂作用下发生氧化反应并输出电子到外电路，负极（氧气电级）在催化剂作用下发生还原反应，并从外电路接受电子。
5.锌空气电池
1932年G.W.海泽与E.A.舒梅赫尔发明了采用碱性电解液的锌空气电池。锌空气电池是利用金属锌与空气中的氧气发生化学反应产生的电能的装置，由空气极、锌板极及氢氧化钾电解液组成。当电池放电时，空气极中的氧气发生还原反应，而锌电极发生氧化反应并溶解，生成氧化锌，同时锌电级进行电化学氧化反应，产生电流。
6.超级电容
超级电容又称电化学双层电容，是一种20世纪60年代发展起来的通过极化电解液来储存电能的一种新型储能装置。
工作原理：超级电容中能量的储存主要是基于在高比表面积炭电极/电解液界面形成的双电层或者是基于过渡金属氧化物或导电聚合物的表面及体相所发生的氧化环氧反应来实现。超级电容的构造和电池类似，主要包括正负电极、电解液、隔膜和集流体。传统电容器由电极和电解质构成并通过电极间的电解质在电场作用下产生的极化效应来储存能量，而超级电容则是依靠电解质与电极接触面上形成的特有双电层结构来储存能量。
四、新能源电池成组应用技术
1.电池成组应用技术
动力电池是各种电动车辆的主要能量载体和动力来源，也是电动车辆成本的主要组成部分，其寿命直接影响电动车辆的成本。由于单体电池的能量、功率等性能参数不能直接满足电动汽车的使用要求，所以发展动力电池成组应用技术是电动车辆市场化和商业化的关键因素之一。
2.电池成组特性的影响因素：
1.不一致性 2.环境温度
3.充放电率 4.连接方式
五、新能源汽车的充电方式
不同类型的新能源汽车的充电需求和运行特点决定各自不同的能量补充方式。下面我们就来介绍一下电动汽车的充电方式。
根据电动汽车充电时动力电池是否与车体分离，电动汽车的电能补充方式可以分为：
1.整车充电方式
整车充电主要是指采用交流/直流充电桩、车载充电机、非车载充电机等充电设备直接对电动汽车车载动力电池进行充电。当车辆采用整车充电方式进行电能补给时，充电机或者充电桩与车辆通过专用充电插头进行连接，并与车载电池管理系统主机通信，自动完成充电控制。
整车充电方式根据充电装置与车辆接受装置连接方式的不同可以分为接触式和感应式两种。其特点是：简单、效率高、不足主要是充电电流小，充电时间长。
①接触式充电根据充电时间的长短又可以分为交流慢充和直流快充两种。
1）交流慢充
交流慢充是指采用小电流在较长时间内对车载动力电池进行慢速充电，充电功率一般不高于3.7KW，故又称为普通充电或者常规充电，在常规充电中，动力电池均采用小电流的恒压恒流三段式充电方式，充电时间一般需要5～10h。
2）直流快充
直流快充又成为应急充电，是指采用较大电流，在1h的时间内为电动汽车充满电，由于直流快充的充电功率一般比较大，因此充电时间明显少于交流慢充方式，便于电动汽车的运行，但是直流快充需要配备专门的非车载充电机，安装成本和工作成本相应提高，并且快速充电对电池寿命的影响也较大，大电流会显著降低电池的使用寿命，存在一定的安全隐患。
②感应式充电方式，通过电磁感应耦合的方式进行能量转换从而给电池充电。其特点是：使用方便，在恶劣的气候环境下进行充电也无触电的危险。充电器将50～60Hz的普通电转换成80～300Hz的高频电，然后将高频交流电感应到电动汽车上。充电时间大大缩短。
②电池更换方式。
在电池更换方式中，由于电池在充电时与车体分离，因而在充电时段的选择上相对自由，即可利用电网低谷时段给电池充电，同时又能在很短的时间内完成电动汽车的电能补给，整个电池更换过程可以在10min内完成，与现有传统汽车的加油时间大致相当。
六、新能源电池的发展趋势
大力发展电动汽车是国际社会有效应的对能源危机和环境污染，实现汽车工业可持续发展的重要战略举措。电动汽车的应用可有效地减少对石油资源的依赖，而电动汽车技术关键是发展高性能的动力电池。电池的比能量决定了汽车在一次充电后的续航里程，而续航里程又决定了电动汽车驾驶的便利性，并最终影响到电动汽车的市场接受度。因此，在确保电池具有高安全性、长寿命、低成本及良好的高低温性能和倍率性能等技术经济指标的前提下，大幅度提升动力电池的能量密度对电动汽车的发展和普及十分重要。
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