动力电池基础知识解读
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下面详细讲解一下三电基础知识:一、电池电池是与化学、机械工业、电子控制等相关的一个行业。
电池的关键在电芯,电芯最重要的材料便是正负极、隔膜、电解液。
正极材料广为熟知的有磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、三元、高镍三元。
动力电池是非常“年轻”的产品,1996年通用推出EV-1采用的是铅酸电池,它是现代电动汽车架构雏形,从铅酸电池到日系混动的镍氢电池,再到现在流行的锂电池,也才20多年。
从第四批《新能源汽车推广应用推荐车型目录》新能源乘用车配置电池来看,32款车型采用了17家企业的电池,其中16家是电池厂商,另外一家是长安新能源的,这说明其它乘用车的动力电池直接外购,包括电芯、电池组与电池管理系统等。
大部分自主品牌主机厂都没有自己的电芯与电池组设计能力跨国车企,虽然没有自己的电芯,但是它们却坚持自己设计生产电池组件与管理系统,这是为了加强动力电池的核心竞争力。
与大多自主品牌的差别是,即使不采用这家的电芯,它们可以换个电芯品牌照样能够设计电池组,核心技术还是掌握在自己手里。
但是我们更关心的是动力电池,也是就新能源汽车中的能量来源,目前动力电池中,镍氢电池面临淘汰,铅酸电池全凭保有量在支撑,故目前以锂电池最为主要。
(如下图)先介绍几个重要概念能量密度方面电池肯定不如汽油,但是究竟差别多大呢?一箱50L的汽油可以大概跑600km,续航同样里程的电动车需要多少电池呢?(如下图)下表列出了四类锂电池的主要性能指标差别。
从表中可以看出,四类电池各有优劣。
那各汽车厂商究竟是凭什么选择其中某种电池呢?哪种电池又将是未来的主流呢?数码电子产品对锂电池安全性要求不高,钴酸锂电池最合适3C领域,特斯拉敢于使用此类电池也是未来得到超强的续航能力,但是同时其安全性能要打些折扣。
锰酸锂电池因其不偏不倚的特征赢得动力电池最大的市场占有率,虽然其能量密度不如钴酸锂和三元锂,但其他综合性能相当出色。
如果不是较低的能量密度限制了磷酸铁锂电池,其真的有可能成为动力电池中的霸主。
动力电池的基础知识新能源汽车三大(电池、电机、电控)核心技术,对主机厂工程师而言,动力电池知识是必须要知道的。
但是目前许多工程师对动力电池知识了解甚少,主要原因是,动力电池是电化学领域的,而汽车学院的没有这个课程。
下面做一些简要介绍,供大家参考。
一、电池是什么?其功能是什么?先说水池吧。
水杯、水桶、水缸、水池、这里的杯、桶、池、塘,有一个共同的特点,其基本功能是装水的,不同是容积大小不一样。
水是液体,有一个基本属性,水是能高处流向低地处的。
基本常识是,人们可能没有思考,水池原来是空的,水池的水是人倒进去的,在水水池的低处钻一个孔,一池子水最后会放干的。
这个过程里有什么科学道理?a)空水池,空的容积才能盛水;b)水自己进不了水池里,是人倒进去的;c)有水压的存在,水才会从高处往地处流动的。
同理,电池是盛“电”的容积,电池里面原来也是“空”的,是没有电的,电是人充进去的,电池能放电,是因为电池里面有电压差。
水池是物理学原理,是装的液体,水是分子结构的;电池是电化学学原理,是装的带“电”的,是比分子更小的离子。
二、干电池的基本常识大家常见在体收音机、收录机、照相机、电子钟、玩具等电池,归类为干电池。
在干电池里面的电解质是一种不能流动的糊状物,才叫做干电池(见图1),这是相对于具有可流动电解质的电池说的。
图1 干电池外形及内部结构其外壳是用锌做成的圆筒型容器,锌筒中央立着一根碳棒,碳棒顶端固定着一个铜帽。
碳棒和锌筒叫做干电池的电极。
聚集正电荷的碳棒叫正极,(符号+,表示电池的正极),聚集负电荷的锌筒叫负极(符号-,表示电池的负极)。
放电的基本原理:碳极周围填满了二氧化镁,锌电极组成了干电池的外壳,碳电极则放在中心。
电子是有电子化了的锌金属(氧化作用)所给出,流进外部的电路到达炭电极。
靠近碳电极的二氧化镁得到电子(还原作用)生成氢氧离子,并形成了新的化合物叫做氧化镁。
氧化反应把电池负极的电子推出去,而还原反应则在正极吸收它们。