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教师说课程-新能源汽车动力电池原理


  • 2021
  • 08/24
  • 19:50
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动力电池作为新能源汽车的核心部件对其的发展起着至关重要的作用。新能源动力电池是新能源汽车的三大核心技术之一,被誉为新能源汽车的心脏。按照电池的工作性质和贮存方式,可以划分为两大类:蓄电池和燃料电池。蓄电池,又称为二次电池,即可充电电池,如铅酸蓄电池、镍基电池、锂电池、空气电池等;燃料电池,即活性材料在电池工作时才连续不断地从外部加入电池,如氢氧燃料电池、质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池等。

新能源汽车按工作原理可以分为混合动力汽车和纯电动汽车。纯电动汽车以动力电池系统完全取代内燃机,可以真正做到零排放。为满足节能减排的需求及传统汽车向新能源汽车的平稳过渡,混合动力汽车不失为当下最优的选择。混合动力汽车同时拥有内燃机和动力电池作为驱动系统,这对动力电池的功率性能要求较高,能量方面满足一定的续航里程即可。随着人们生活质量的不断提升以及科技的发展,长续航里程的纯电动汽车将是新能源汽车发展的最终目标。

随着人们生活质量的不断提升以及科技的发展,长续航里程的纯电动汽车将是新能源汽车发展的最终目标。电池能量密度的不足使得有限体积的电池系统不足以满足更高的续航里程,因此高能量密度的动力电池将是未来发展的主要方向。 

常用的动力电池包括锂离子电池、镍氢电池,以及燃料电池。不同的电池特点不同应用的领域也不同,镍氢电池功率及安全性能较高,在混合动力中发挥优势;锂离子电池能量密度较高且可以继续提升,是纯电动汽车的首选;燃料电池加氢速度快,可以更快地完成能量补充过程。长远来看,新能源汽车对动力电池的需求将向着高能量密度(包括质量能量密度和体积能量密度)、高安全性发展,同时需要解决其充电时间比起传统内燃机加油时间过长的问题。

从这个角度出发,动力电池发展最有可能的一条路径如下:

镍氢电池—传统锂离子电池—全固态锂离子电池—燃料电池—锂空气电池。


从目前的技术来看,动力电池可以预见的发展路线就是镍氢电池、锂离子电池、全固态锂离子电池、燃料电池和锂空气电池。

伴随着锂离子电池的成熟发展,镍氢电池将面对着前所未有的巨大挑战。

降本将长时间成为传统锂离子电池发展重点。电池的成本是纯电车能否取代内燃机车的关键点。随著锂离子电池单体技术,Pack技术的进步,高能量密度Pack技术将会给传统锂离子电池注入新的发展动力。比亚迪的刀片电池和宁德时代的CTP电池都属于这类技术。在成本上,CTP 电池包体积利用率提高了 15%-20%,零部件数量减少 40%,生产效率提升了 50%。拿带电量76度电的比亚迪汉来说,用“刀片电池”,其成本可以比用同电量的三元电池下降接近2万元。

另外一个值得关注的是长寿命锂离子电池。宁德时代推出的新型电池,可实现16年超长寿命,循环续航可达200万公里。Tesla宣称在研发100万英里的锂离子电池都属于这个研究方向。这类电池可以使得汽车电池的使用成本急剧下降而成为推动锂离子电池驱动汽车走进千家万户的重要推手。

半固态电池或者准固态电池将作为过渡型电池,固态电解质将会应用于改良的高能量密度的锂离子电池中,考虑到界面问题仍会添加一些液态电解液以提高性能。

到 2025 年固态电池将会得到全面的发展,届时动力的电池的能量密度将会有显著的提高。而到 2030 年,燃料电池、锂空气电池等将会得到初步的发展。

新能源汽车在未来的占有额将会越来越高,无论是从能源环境还是智能化的角度考虑,新能源汽车都具有极大的优势。动力电池作为新能源汽车的核心,从市场的角度出发其高速发展也是必然的趋势。随着广大企业和科研单位的不懈努力,动力电池及新能源汽车的未来将会越来越光明。



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