【电动汽车及动力电池分类及其特点分析5400字】

电动汽车及动力电池分类及其特点分析目录TOC\o"1-3"\h\u14146电动汽车及动力电池分类及其特点分析 1136961.1电动汽车分类及其特点 1318891.2.1电动汽车特点 132471.2.2电动汽车分类 2277341.2动力电池的类型及特点 475641.2.1车用蓄电池 4227501.2.2锂离子电池 4152881.2.3燃料电池 540051.2.4飞轮电池 7116811.2.5超级电容 863581.2.6石墨烯电池 942001.2.7比亚迪刀片电池 992311.2.8常见电池性能比较 111.1电动汽车分类及其特点电动汽车诞生于内燃机汽车开始发展之前的1873年，当时科技水平尚不发达，电池和起动控制系统还存在一些缺陷，这使得电动汽车发展落后于内燃机汽车。二十世纪70年代，人们对于资源的过度使用引发了巨大的石油危机，在面临石油资源枯竭的危机之下，电动汽车发展技术引起了发达工业国家的重点关注。以日本、美国为代表的国家首先对此展示出了浓厚的兴趣，对电动汽车进行了仔细的探索和研究，还取得了一些关键技术的研究成果。在经过后来经济科技水平的进步以及汽车研发学者们的不懈努力下，电动汽车由之前的用单一电池提供能量的纯电动汽车发展为现在的纯电动汽车、混合动力电车、燃料电池电动汽车三种类型。1.2.1电动汽车特点电动汽车在近几年的发展中具有以下特点：（1）污染低由电力驱动，行驶过程中极少产生有害气体。（2）动力来源范围广电动汽车使用的是一种由其他能源经过加工转化得来的新的能源，我们称之为次级能源或者是人工能源。其种类丰富，主要有天然气、潮汐能、地热能、太阳能等等。（3）高效率电动汽车由电动机提供动力，因此没有内燃机在空转时为了不熄火而消耗的这部分能量。其电池能量可以通过制动过程从发动机转换到车辆。效率高于内燃机。（4）噪声低影响汽车的噪声、振动大小的最重要因素是发动机性能，与传统汽车相比，电动汽车电动机运转时声音很小，尤其是加速的更为明显。（5）有利于实现汽车智能化。电动汽车已经达到电气化和智能化。将电子信息技术与汽车技术结合起来运用到汽车研发中，利用电子技术中的电机控制系统对汽车电气设备进行控制。（6）构造精简，方便维护修理。电动汽车无燃油发动机，不需要经过复杂的齿轮传动产生和传递能量。单一的电机驱动使得电动汽车结构比较简单，操作起来也更加容易方便。内燃机需要定期维护而电动汽车不需要维护，日后保养维护起来也更加容易和便利。（7）能量来源广、经济效率高。电动汽车的能量来源非常广泛。电动汽车在制动时会暂时性地转化为一个类似于发电机的装备，以实现制动延时期间的能量回收。1.2.2电动汽车分类（1）纯电动汽车纯电动汽车是只需要用蓄电池供电和电动机带动行驶。纯电动汽车行驶时不排放有害气体，是当前有利于环境保护的交通工具。十九世纪以来，纯电动汽车就已经出现在世界上很多国家，英国所有的纯电动汽车数量在世界排行中占据领先地位。现阶段下的纯电动汽车技术虽然相对比较完善，但是运用于纯电动汽车的蓄电池技术还存在缺陷，如比功率比能量略小，带来了车辆本身重量过大、单次行驶路程短的缺点，而且现在的蓄电池反复使用次数不够多，且制造成本有点高。纯电动汽车的推广应用还未全面实现。（2）混合动力电动车混合动力电动汽车是一种拥有两种不同动力源的汽车，发动机和电动机既可以单独工作，也可以根据需要相互配合一起工作。根据内燃机和电动机的连接方式的不同可分为并联式和串联式两种。混合动力汽车的推出引起了汽车行业的广泛关注。混合动气电动汽车可以通过控制系统，将内燃机、电动机和储能装置联系成为一个整体。电动机补充车辆起动和加速所需的转矩，并通过发电机吸收内燃机的功率。当内燃机的功率不能充分利用时，车辆制动的多余功率和能量可返回储能装置进行制动存储。减少释放出大量被污染的废气。（3）燃料电池汽车燃料电池汽车通过化学反应将燃料电池中的化学能转化为电能，然后通过电能供汽车使用，其效率可达50%以上，远高于普通内燃机技术。随着与氢气相关的燃料电池技术的发展，采用燃料转化的这种方法使得电动汽车不再只局限于只用电能源作为能量供给的方式。然而，由于燃料转化为电能的化学反应需要一定的时间，所以当汽车启动和加速时所需要的瞬时大功率需要由其他动力源来提供，因此它必须搭配电动车辆的电源以及其他储能元件一起使用。（4）三种电动汽车的比较纯电动汽车：可充电电池提供动力，电机驱动。是真正的无污染排放，在提倡绿水青山就是金山银山的当今时代具有很大的意义，对保护环境起到了促进作用。纯电动汽车目前主要的问题是能源的特殊性和变得更加耗电，因此开发低成本和高效率的电池是需要不断攻克的难题。混合动力电动汽车：由两种或两种以上动力源，通常由蓄电池和发动机组合提供动力并且配合电机驱动行驶。可以长时间行驶，满足人们日常工作和旅行出游的需要。主要缺点是成本高，并且目前还未找到代替石油供其使用的可替代清洁能源。燃料电池电动汽车：以氢气燃料发生反应产生的电能作为动力源，电机驱动。能量利用率高，在消耗相同的能量时其行驶距离较长。材料来源广，可通过化学反应获得，汽车行驶过程中不产生有害气体。但就现在的经济水平而言，其成本过高且技术还不能达到广泛运用的要求。用历史发展的眼光来看，发展前景最好的汽车产品是纯电动汽车和燃料电池汽车，但由于多方面因素的影响，现阶段人们生活中使用最多的还是混合动力汽车。混合动力汽车相较于其他两种新能源汽车，是当今时代发展最为成熟的一种，也是最适合于当下经济状况要求的一种新能源汽车。在未来零排放无污染超节能的理想汽车尚未取得实质性进展时，混合动力汽车依然是人们使用最广的交通工具，依然有其存在的价值。1.2动力电池的类型及特点1.2.1车用蓄电池我们把储存化学能源，在需要时将化学能源转化为电能供其他设备使用的这种装置叫做蓄电池。车用动力蓄电池的功能主要是驱动电机，使汽车行驶。车用铅酸蓄电池是由6个电压为2V的单格电池串联组成的电压为12V的电池。其组成部件主要有：极板、隔板、电解液、联条等，其结构如图2-1所示。图2-1铅酸蓄电池结构及工作原理车用动力蓄电池通过充电后将电能转化为化学能进行储存以供下次使用。工作原理如图1所示。铅酸蓄电池实际比能量较低，为10~50W·h/kg。目前我国生产的蓄电池充放电寿命在3~4年左右。1.2.2锂离子电池锂离子电池由正负极、电解质等部件组成，是一种具有稳定充电周期的电池。其结构如图2所示。原理是锂离子在正负极之间活动，不断积累和丢失电子。电池放电时，负极中的锂离子进入电解液，通过运动回到正极，返回正极的锂离子数与放电容量成正比，充电时相反，工作原理见图2-2。含锂材料常被用作电池电极，锂离子电池的技术效率达到当前技术所能触及的顶端，尤其是输出功率。锂离子电极材料经过不断地研究和优化，性能有了很大的提升，比能量可接近300W·h/kg。图2-2锂离子电池结构及工作原理因此，锂离子技术已经完全接近成熟。锂离子电池单位体积或单位质量产生的电能非常高，加上其有很大的容量并且没有储存器等，这些优点使它在整个汽车开发领域非常受欢迎，是许多国家重点研究的电池。关于锂离子电池性能的优化还在进一步研究和开发中，其有非常广的应用前景，不仅仅是在汽车领域，还可以运用到其他电子设备中，相信也会有令人惊喜的效果。1.2.3燃料电池燃料电池的概念最早是在十九世纪30年代被英国物理学家威廉·葛洛夫提出来的，他提出的理论是燃料电池可以通过我们生活常见的一些化学反应把化学能转化为电能。目前，国内燃料电池汽车尚处于起步阶段。由于客车是目前很多城市的主要中短途交通工具，需求量很大。现下国内的燃料电池汽车产品主要集中在客车上。我们国家掌握了燃料电池在电池堆技术方面的重要零件用料和技术，并且拥有了我国自己的燃料电池汽车技术开发平台，与国际研究水平的差距正在逐渐缩小。氢氧燃料电池一般用石墨作电极材料，正负极各通入氧气和氢气。其结构及反应过程中的反应及原理如图2-3所示：图2-3氢氧燃料电池结构及工作原理目前的燃料电池类型有碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池等，它们的性能比较如表2-1所示。表2-1燃料电池性能比较电池类型碱性燃料电池磷酸燃料电池熔融碳酸盐燃料电池固体氧化物燃料电池质子交换膜燃料电池极板材料镍石墨镍不锈钢陶瓷石墨、金属燃料H2天然气、甲醇天然气、液化石油气H2、CO、HCH2电解质、腐蚀性KOH、有腐蚀H3PO4、有腐蚀Li2CO3-K2CO3、有腐蚀Y2O3-ZrO2、无腐蚀固体稳定氧化锆系、无腐蚀氧化剂O2空气空气空气空气比功率（W/kg）35~105100~22030~40300~100015~20单位面积功率（W/cm2）0.50.10.20.31~2发电效率%45~6035~6045~6035~4550~60工作温度（℃）50~200180~200~650室温~80500~1000工作压力（MPa）<0.5<0.8<1常压<0.5启动时间几分钟2~4h≥10h几分钟几分钟应用参考航空器（曾试用）应用广泛、分布式电站有可能用于大型发电厂有可能用于大型发电厂电动汽车1.2.4飞轮电池飞轮电池的概念是1990年被提出来的，飞轮通过旋转运动这种物理方法就能产生一定的动能，然后将动能转化为电能供电。拥有成熟技术的飞轮可以储存电能，因此被叫做飞轮电池。飞轮电池有着高比能量和比功率，功率密度超过5kW/kg，能量密度远超过锂电池，可达2×104W·h/kg。因此有更长的使用寿命，并且充电时间短，还不会过度放电，是一种人们理想中的高品质电池。飞轮电池储能系统由飞轮、电动机、电力电子变换装置等部件组成，其结构图如图2-5所示。变换装置向电动机输入电能驱动电动机旋转，电动机将能量传给飞轮，飞轮以一定角速度做旋转运动产生电能并储存电能。当飞轮电池外接电子设备需要能量时，飞轮做旋转运动将动能转化为电能，经变换装置将电能转化为个用电器所适合的电压和频率，为外接负载供电。但目前飞轮电池技术尚未成熟，还不能广泛运用到汽车实践中，因此关于飞轮电池，还在进一步的研究摸索中。图2-5飞轮电池结构简图1.2.5超级电容超级电容电池对人们来说是一种较新的概念，是一种特殊的电源。超级电容的储能装置是一种由活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构，可以储存大量的电能量。超级电能通过极化电解质储能，该过程不发生化学反应而且是一种可逆的储能过程，因此超级电容电池可以反复充电放电。超级电容储电能力强，能够达到5×103法拉，功率密度在3×102W/kg~5×104W/kg之间，远远高于蓄电池。但其能量密度只有10W·h/kg，仅仅是锂离子电池的5%。图2-6超级电容电池原理超级电容电池工作原理如图2-6，根据其充放电反应原理，我们可以发现它有充电周期短、寿命长可反复使用、效率高想能良好等许多优点。它的这些特点更加证明超级电容电池是一种节能省源有利于环境保护的绿色环保电池。但就目前的技术而言，无法解决超级电容能量密度太低的问题。1.2.6石墨烯电池石墨烯电池是一种新型电池，它的工作原理主要是利用穿梭在石墨烯表面和电极之间的大量锂离子不断运动产生能量。这种电池的特殊性就在于其电极材料石墨烯的特殊性，石墨烯是超薄透明性很高的、超高硬度的纳米材料，其优良的导热导电性能非常适合用作电池电极材料。石墨烯电池现在还未大量投入实际使用中，但它的技术研究已有一些进展，这为未来汽车发展提供了一个新的方向，若能批量生产并投入现实生活中使用，将会给汽车发展带来一个新的时代。由此看来，石墨烯具有非常好的发展前景。1.2.7比亚迪刀片电池因为磷酸铁锂在安全性上，相比于三元锂电池具有一定的优势，所以刀片电池依旧采用磷酸铁锂作为其正极材料，但刀片电池改变了电池电芯的形状，其具体结构如图2-7所示。REF_Ref31\r\h[19]刀片电池把电芯做的更长更薄，刀片电池的结构，是由像刀片那么薄的电芯组合在一起形成的，这也是它为什么叫做刀片电池的原因了。刀片电池通过改变形状改变了电池组内空间布局，刀片电池的空间布局极具特色，其可以类似于一个简单的支架，这样的结构节省了空间，空间利用率提高解决了传统的磷酸铁锂电池单位体积能量密度过小的缺点。因此刀片电池所能容纳的电芯数目要比传统的电池多，增加了电池容量，带电量也随之增加，因此续航里程和电池供电时间也大大提高。图2-7刀片电池内部结构刀片电池克服了磷酸铁锂不耐低温的缺点，并且拥有较高效率，可以在低温环境下稳定运行。但刀片电池也有属于它的一定的局限性，因为其电芯形状类似于刀片很薄很长，稍加碰撞就会产生变形，并且很难修复。用电芯做支架虽然可以节省空间但却失去了原本支架对电池的保护作用。因此受到外力冲击就无法保证电池完整。总体来说，刀片电池是一种对传统电池结构改变，其本质工作原理并未改变，依旧有着磷酸铁锂电池的原理，其充放电工作反应原理如图2-8所示。图2-8磷酸铁锂电池反应原理刀片电池属于一种创新，这种理念非常先进，值得学习。但距离其广泛应用还缺乏一定的实际性。因此，属于刀片电池的研究开发还在进行中。虽然其结构存在一定的缺陷，但其电极材料磷酸铁锂本身成本不高，相信通过不断修正和完善，在未来可以实现有刀片电池代替三元锂电池。除去其结构上的缺陷，刀片电池续航能力、使用寿命、功率、温度特性等方面都具有良好的性能，综合性能比较优异。总之，刀片电池在未来的发展值得我们期待。1.2.8常见电池性能比较动力电池是新能源汽车的核心技术，动力电池从发展初始到现在已经经历了许多阶段，动力电池的种类也越