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新能源電池汽車用哪些新能源電池做動力?

新能源電池汽車

目前新能源汽車主要有兩種類型,一種混合動力新能源汽車,就是汽油和電池替換使用,提供動力;另一種是純電池提供動力的汽車。在當下新能源汽車備受矚目的情況下,所使用的新能源電池有哪些種類呢?但對于新能源車,續航、充電和安全是消費者最關心的三個問題,而它們表現的好壞很大程度上取決于電池。

新能源電池汽車

1、鎳氫新能源電池與油混合動力的新能源汽車

目前用于混合動力車上的電池大致有三類:鉛酸電池、鎳氫電池和鋰電池。鉛酸電池質量重,不能快充深放,循環壽命短已經被淘汰;鋰離子電池具有大電流性能,并且價格高,但存在一定安全問題,但是隨著電池技術的發展,磷酸鐵鋰電池的出現,讓鋰電池作為動力源成本更有競爭力的選擇。鎳氫電池雖然技術比較成熟,安全性也不錯,也沒有環境污染方面的問題,但是鎳氫電池有優勢也有劣勢:

(1)鎳氫電池具有良好的快速充電性能

(2)鎳氫電池具有良好的低溫性能

1)低溫放電

鎳氫電池采用堿性電解質水溶液,最低可-40℃放電,-20℃下可2C~3放電鋰離子電池采用有機電解質溶液,低溫下電阻迅速增大,0C下性能已大大衰減,不能滿足-10℃下正常使用要求。

2)低溫充電

低溫快充型鎳氫電池最低可-40℃充電,-30℃以上可1C快速充電,-20℃以上可3C或2C快速充電。

鋰離子電池-5℃下不能充電,否則易導致安全性風險。

(3)鎳氫電池具有良好的環保性和可回收性

鎳氫電池不含劇毒物質,主要成分為鎳、稀土,回收價值高(有殘余價值),回收難度小,基本可全部回收再利用,可持續發展。

2、鋰電池新能源純電動汽車

因為固有化學屬性,磷酸鐵鋰電池電壓低,能量密度大概在140Wh/kg左右;而三元鋰電池電壓高,能量密度基本在240kWh/kg。這也就是說,在相同電池重量下,三元鋰的能量密度是磷酸鐵鋰電池能量密度的1.7倍。

目前來說,三元鋰電池有NCM523、NCM622和NCM811三種,其中NCM811電池是主流應用電池。鮮為人知的是,這三類電池命名方式均源自正極材料鎳鈷錳的比例,譬如811電池,正極材料主要是用80%鎳、10%鈷和10%錳,簡單的來說就是在之前的三元鋰電池基礎上面,將電極的材料變成了8:1:1。

值得注意的是,因為對電池續航要求的不斷上升,高鎳NCM811是電池發展重點突破方向。而選擇它的主要原因是:鎳元素含量的升高會促使三元(鎳鈷錳)正極材料的比容量上升,進一步可擴大電芯的能量密度,而電能存儲量會隨著能量密度的增大上升。

事實上,在三元鋰電池出現之前,NCA電池是新能源車動力源的主流,而經過某機構對NCA和NCM811電池的測試,發現只需要使用5%鈷的NCA在性能上要比鈷含量10%的NCM811電池更占有優勢,但因為鎳鈷鋁電池制作工藝、成本都高,而且技術掌握在日韓企業手里,所以現在國內企業主要研發鎳鈷錳電池。

安全性:磷酸鐵鋰電池大于三元鋰電池

因為材料原因,磷酸鐵鋰電池熱穩定性是最好的,電熱峰值大于350℃,當溫度處于500-600℃內部化學成分才會開始分解。但其耐低溫性能較差,容量3500mAh的電池,在零下10℃環境中工作,100次充放電循環以后,電池就處于報廢狀態。

相比較之下,三元鋰電池材料不穩定,經常在200度左右就容易發生分解,并且在高溫作用下電解液會迅速燃燒,引發連鎖反應,甚至引起車輛發生自燃!所以,現在很多搭載三元鋰電池的新能源車,都需要加入過溫防護和電池管理系統來保護電池。

不過,三元鋰電池的低溫性能要比磷酸鐵鋰電池好。在低溫狀態下,磷酸鐵鋰電池充放電的下限值為-20℃,而三元鋰電池的下限值為-30℃,低溫放電性能更好。據測試,在相同低溫條件下,三元鋰電池的低溫續航里程衰減不到15%。

相比較之下,三元鋰電池材料不穩定,經常在200度左右就容易發生分解,并且在高溫作用下電解液會迅速燃燒,引發連鎖反應,甚至引起車輛發生自燃!所以,現在很多搭載三元鋰電池的新能源車,都需要加入過溫防護和電池管理系統來保護電池。

不過,三元鋰電池的低溫性能要比磷酸鐵鋰電池好。在低溫狀態下,磷酸鐵鋰電池充放電的下限值為-20℃,而三元鋰電池的下限值為-30℃,低溫放電性能更好。據測試,在相同低溫條件下,三元鋰電池的低溫續航里程衰減不到15%。

壽命:磷酸鐵鋰電池大于三元鋰電池

電池壽命就是電池在多次完全充放電后的電量衰減,一般電動車電池充滿后有效電量衰減到原有80%電量以下就代表需要更換電池,更換標準和手機電池是一樣的。

正常來講,磷酸鐵鋰電池完全充放電循環次數可達3500次,之后每充放電一次,電量衰減一次,多次衰減后到原有電量的80%以下。換算成時間,每天充放電一次,磷酸鐵鋰電池將近10年才會開始走向衰減,更換電池。

不同于磷酸鐵鋰電池,三元鋰電池比磷酸鐵鋰壽命短一些,完全充放電循環超過2000次就會開始出現衰減現象,時間一般是6年左右。不過,通過電池管理等方法可以稍微延長一點電池壽命,但也僅是稍加延緩而已。

當然,電池組的壽命并非是單體電池壽命簡單的總和。作為組合體,只有當電池組里面的多個電池單體性能高度一致時,電池組的壽命才能發揮出接近單體電池的水平。

制造成本:三元鋰電池大于磷酸鐵鋰電池

在電池成本上,磷酸鐵鋰電池也有巨大優勢,它沒有貴重金屬(鎳鈷金屬元素),所以在生產成本上較低。三元鋰電池使用了鎳鈷錳多種材料,并且高鎳電池的生產需要比較嚴格的工藝環境,目前成本比較高。

其次,這些年,鋰、鈷等金屬資源面臨稀缺問題,尤其是金屬鈷,價格一路飛漲,報價20萬元/噸以上。而一噸電解鎳的價格,現在也就11萬元左右。所以,很多電池企業不得不往811發展,提升鎳含量,降低鈷含量,進而降低成本。

書歸正傳,綜合電池能量密度、低溫性能、安全性、使用壽命以及成本來看,磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池是各有優勢,但若非要說誰輸誰贏,還真的難以下定論。

不過,現在特斯拉已經在研發固態電池了,所以套用理想汽車創始人李想的一句話:磷酸鐵鋰電池屬于大巴,三元鋰電池屬于乘用車,而固態電池屬于未來。

3、新能源燃料電池純電動汽車

燃料電池電動汽車實質上是電動汽車的一種,在車身、動力傳動系統、控制系統等方面,燃料電池電動汽車與普通電動汽車基本相同,主要區別在于動力電池的工作原理不同。一般來說,燃料電池是通過電化學反應將化學能轉化為電能,電化學反應所需的還原劑一般采用氫氣,氧化劑則采用氧氣,因此最早開發的燃料電池電動汽車多是直接采用氫燃料,氫氣的儲存可采用液化氫、壓縮氫氣或金屬氫化物儲氫等形式。

盡管燃料電池車目前不如純電車成熟,但它的種種優點,足以讓其在未來與純電車一爭高低。氫氣可以永久儲存、傳輸。氫燃料電池車相比于純電動車補充能源時間短,能量密度高,續航里程長;而且燃料電池本身無污染,不像純電汽車電池存在重金屬污染問題。由于這些優點,氫燃料電池汽車在國際社會上被視為比純電動車更為終極的技術路徑。

氫燃料電池動力有效減少了氫燃料與電池能量轉換的損耗,氫能量轉化效率相當于傳統燃油發動機的兩倍,達到了60%??稍?30℃的超低溫環境下正常、穩定的啟動。而這,曾經是傳統氫燃料電池車的痛點,也是純電汽車的最大痛點之一。

就目前的技術看,氫燃料電池車在商用車領域發展空間更大,純電動車則在乘用車領域有著很強的優勢。從長遠看,兩者并存的局面將會逐漸形成。

  純燃料電池車只有燃料電池一個動力源,汽車的所有功率附和都有燃料電池承擔。燃料電池汽車多采用混合驅動形式,在燃料電池的基礎上,增加了一組電池或超級電容作為另一個動力源。主要結構有:能量控制單元,空氣壓縮機,燃料電池堆,高壓儲氫瓶,動力電池組,電動機。高壓儲氫瓶提供燃料,動力電池組提供而外的功率,讓車加速、爬坡和高速運行。在車輛滑行時,能量控制單元將驅動電機變為發電機,從而將部分汽車動能變為電能給動力電池充電。也就是說采用混合動力形式后,不僅可以采用功率較小的電池系統,還可以實現制動能回收。還可以是燃料電池系統的運行工況相對比較穩定,有利提高燃料電池系統效率和壽命。

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