動力電池(EV 電池)基礎知識
什么是 EV 電池
EV 電池是適配電動汽車(Electric Vehicle)使用的蓄電池。
它并非一次性用完就報廢,充電后可以反復循環(huán)使用。目前電動汽車搭載的主流電池為鋰離子電池。
相較于此前的鉛酸蓄電池,鋰離子電池重量更輕、容量更大、能量密度更高;但也存在電解液滲漏、起火事故的安全隱患。正因如此,業(yè)界目前正大力研發(fā)不含液態(tài)電解液的全固態(tài)電池,作為下一代車用動力電池方案。
EV 電池應用場景
EV 電池作為車載電源,為混合動力汽車、純電動汽車供給動力。近些年,EV 電池的應用邊界進一步拓展,除作為車輛動力源之外,搭載在車輛上的動力電池還可參與虛擬電廠建設,助力電網(wǎng)電力穩(wěn)定調配。
電能大規(guī)模儲存難度較高,電力缺口引發(fā)的突發(fā)性停電是一大風險。在電力供應緊張時段,虛擬電廠模式可以統(tǒng)籌調配發(fā)電廠、企業(yè)及居民家用光伏發(fā)電設備、儲能電池、電動汽車富余電量進行互補調劑,在此模式下,電動汽車與車載動力電池的應用價值得到進一步延伸。
EV 電池工作原理
當前車用主流鋰離子電池,以及尚處于研發(fā)階段的全固態(tài)電池,工作原理具體如下:
一、鋰離子電池
鋰離子電池依靠鋰離子在液態(tài)電解液中于正、負極之間來回遷移,完成充電與放電過程。鋰離子電池主要組成包含溶有鋰化合物的有機溶劑、含鋰金屬氧化物的正極、石墨材質負極,以及高分子材料制成的隔膜。
外部充電器通入電流,向負極輸送電子時,帶正電的鋰離子會從正極穿過隔膜孔隙移動至負極,正負極之間形成電位差,電池完成充電。放電過程中,儲存在負極的鋰離子回流至正極,帶有負電荷的負極向外部用電負載釋放電子,電池內部儲存的電能向外輸出做功。
二、全固態(tài)電池
全固態(tài)電池同樣依靠鋰離子在正負極之間往返移動實現(xiàn)電化學反應,原理框架和鋰離子電池一致。區(qū)別在于全固態(tài)電池不再使用液態(tài)電解液,鋰離子在固態(tài)電解質內部完成遷移;同時能夠規(guī)避正負極直接接觸短路的問題,因此無需配置隔膜。
EV 電池分類
EV 電池基本都采用可反復充放電的二次電池,目前已經(jīng)完成研發(fā)并實現(xiàn)量產裝車的車用電池主要有以下三類:
1. 鉛酸蓄電池
鉛酸蓄電池原材料儲量充足、成本低廉,發(fā)生碰撞時起火爆炸風險偏低,優(yōu)勢突出,一般用作電動汽車車載低壓輔助電池。
車輛單獨配備空調、車燈供電的輔助電瓶,即便發(fā)生事故驅動動力電池受損,輔助電瓶仍可保障相關零部件正常運轉。憑借使用壽命長、價格低廉的特點,鉛酸蓄電池應用十分廣泛。
2. 鋰離子電池
核心優(yōu)勢為能量密度遠超其他二次電池,可達同類產品的 1.5~5 倍;不存在容量虛降的記憶效應,標稱單體電壓 3.6V,優(yōu)勢顯著。
短板在于能量密度高的特性使其在高溫環(huán)境下存在起火風險,因此作為車輛驅動動力電池使用時,必須做好防護,抵御劇烈撞擊造成的殼體破損。各大車企在驅動動力電池開發(fā)過程中,都會重點針對安全性能進行優(yōu)化設計。
3. 鎳氫電池
電池結構以氫氧化鎳作為正極、儲氫合金作為負極。鎳氫電池在能量密度等性能指標上不及鋰離子電池,但在制造成本與安全性方面更有優(yōu)勢。受限于偏低的能量密度,該電池多用于混合動力汽車(HEV)。
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