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        动力蓄电池的定义是什么?

        钜大LARGE  |  点击量:5464次  |  2018年07月24日  

        摘要
        水和热。如果氢是通过可再生能源产生的,整个循环就是彻底的不产生有害物质排放的过程。

        电池技术是一项伟大的发明,有着精彩而悠久的历史,电池英文“Battery”首次出现在1749年,它由美国发明家本杰明*富兰克林首次使用,当时他使用了一组串联的电容器来进行电学实验。


        1786年,意大利解剖学家伽伐尼在做青蛙解剖时,发现生物电,并公布于学术界,1800年,伏打受到伽伐尼青蛙实验的启发,用铜、锡、食盐水为材料成功地制造了伏打电池,1836年,英国的丹尼尔对“伏特电堆”进行了改良。


        他使用稀硫酸作电解液,解决了电池极化问题,制造出第一个不极化,能保持平衡电流的锌─铜电池,又称“丹尼尔电池”。


        1860年,法国的普朗泰发明出用铅做电极的电池,也是蓄电池的前身;与此同时,法国的雷克兰士发明了碳锌电池,让电池技术走向了干电池领域。


        电池技术商用始于干电池,它由英国人赫勒森在1887年发明,并于1896年在美国批量生产,与此同时,ThomasEdison在1890年发明可充电的铁镍电池,也于1910年实现商业化量产。


        至此以后,得力于商业化驱动,电池技术迎来了突飞猛进的时代,ThomasEdison在1914年发明碱性电池,SchlechtandAkermann在1934年发明镍镉电池烧结极板,Neumann在1947年开发出密封镍镉电池,LewUrry(Energizer)在1949年开发出小型碱性电池,由此迎来碱性电池时代。


        进入1970年代以后,电池技术受能源危机的影响,逐步往物理电源方向发展,除了1954年就出现了的太阳能电池技术持续进步外,锂电池和镍氢电池也逐步被发明和商业应用。


        什么是动力电池


        它与普通电池的区别


        新能源汽车的动力来源一般主要是以动力电池为主。动力电池实际上就是为交通运输工具提供动力来源的一种电源。它与普通电池的主要区别为:


        一、性质不同


        动力电池是指为交通运输工具提供动力的电池,一般是相对于为便携式电子设备提供能量的小型电池而言;而普通电池是一种以锂金属或锂合金为负极材料,使用非水电解质溶液的一次电池,与可充电电池锂离子跟锂离子聚合物电池是不一样的。


        二、电池容量不同


        在都是新电池的情况下,用放电仪测试电池容量,一般动力电池的容量在1000-1500mAh左右;而普通电池的容量在2000mAh以上,有的能到3400mAh。


        三、放电功率不同


        一颗4200mAh的动力电池可以在短短几分钟内将电量放光,但是普通电池完全做不到,因此普通电池的放电能力完全无法与动力电池相比。动力电池与普通电池最大的差别,在于其放电功率大,比能量高。由于动力型电池主要用途为车用能源供给,所以相较于普通电池要有更高的放电功率。


        四、应用不同


        为电动汽车提供驱动动力的电池被称为动力电池,包括传统的铅酸电池、镍氢电池以及新兴的锂离子动力电锂电池,分为功率型动力电池(混合动力汽车)以及能量型动力电池(纯电动汽车);手机、笔记本电脑等消费电子产品使用的锂电池一般统称为锂电池,以区别于电动汽车用的动力电池。


        动力电池现有主要种类


        目前市场上主流技术仍以铅酸电池技术、镍氢电池技术、燃料电池技术、锂电池技术为主。


        铅酸蓄电池


        铅酸蓄电池的应用历史最长,技术最为成熟,是成本、售价最低廉的蓄电池,已实现大批量生产。其中阀控式密封铅酸蓄电池(VRLA)一度成为重要的车用动力电池,应用在众多欧美汽车公司开发的EV和HEV上,例如通用在20世纪80年代和90年代分别开发出的Saturn和EVI电动汽车等。


        但是,铅酸电池的比能量较低,续航时间短,自放电率高,循环寿命低;其主要原料铅的重量大,而且在生产和回收过程中可能产生重金属的环境污染。所以,目前铅酸电池主要用于汽车启动时的点火装置,以及电动自行车等小型设备。


        镍氢电池


        镍氢(Ni/MH)电池具有良好的耐过充、过放能力,不存在重金属污染问题,而且在工作过程中不会出现电解液增减现象,可以实现密封设计、免维护。与铅酸电池和镍镉电池相比,镍氢电池具有较高的比能量、比功率及循环寿命。


        其缺点是电池具有的记忆效应较差,而且随着充放电循环的进行,贮氢合金逐渐失去催化能力,电池内压会逐渐升高,影响到电池的使用。此外,镍金属昂贵的价格,也导致成本较高。


        在关键材料上,镍氢电池主要由正极、负极、隔膜和电解质构成,正极为镍电极(Ni(OH)2);负极一般采用金属氢化物(MH);电解质主要为液体,主要成份是氢氧化钾(KOH)。目前镍氢电池的研究重点主要在正、负极材料上,其技术研发相比较成熟。


        车用镍氢电池已实现了批量生产和使用,是混合动力汽车研制中应用最多的车载电池类型。最典型的代表即目前混合动力汽车量产规模最大的丰田Prius。丰田与松下合资成立的PEVE公司是目前世界最大的镍氢动力电池制造商。


        如今镍氢电池现阶段已经退出主流动力电池行列,那么为何丰田还会固执己见的坚守镍氢电池的阵营呢?


        这就不得不说到镍氢电池最大的优势:超强的耐用性!


        曾经美国著名的汽车媒体《消费者报告》对一台使用了十年后的第一代普锐斯进行了对比测试。测试结果显示,采用镍氢电池的第一代普锐斯车型在经过了10年行驶33万公里之后,将其与新车时的数据对比,无论是在油耗性能还是在动力性能都保持在同一水平,说明混动系统和镍氢电池组仍然工作正常。


        此外,即便在使用十年跑了33万公里之后,这辆第一代普锐斯其镍氢电池组从未发生过问题,人们十年前所质疑因电池容量衰减将大幅影响油耗和动力性能的情况也没有出现。由此看来,一向严谨保守的日本人对于镍氢电池的钟爱确实有其独到的原因。


        燃料电池


        燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池,电就被生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等,像一个蓄电池,但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。


        和普通化学电池相比,燃料电池可以补充燃料,通常是补充氢气。一些燃料电池能使用甲烷和汽油作为燃料,但通常是限制在电厂和叉车等工业领域使用。氢燃料电池基本原理是电解水的逆反应,把氢和氧分别供给阳极和阴极,氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后,放出电子通过外部的负载到达阴极。


        氢燃料电池的工作原理是:将氢气送到燃料电池的阳极板(负极),经过催化剂(铂)的作用,氢原子中的一个电子被分离出来,失去电子的氢离子(质子)穿过质子交换膜,到达燃料电池阴极板(正极),而电子是不能通过质子交换膜的,这个电子,只能经外部电路,到达燃料电池阴极板,从而在外电路中产生电流。


        电子到达阴极板后,与氧原子和氢离子重新结合为水。由于供应给阴极板的氧,可以从空气中获得,因此只要不断地给阳极板供应氢,给阴极板供应空气,并及时把水蒸气带走,就可以不断地提供电能。


        燃料电池发出的电,经逆变器、控制器等装置,给电动机供电,再经传动系统、驱动桥等带动车轮转动,就可使车辆在路上行驶。与传统汽车相比,燃料电池车能量转化效率高达60~80%,为内燃机的2~3倍。


        燃料电池的燃料是氢和氧,生成物是清洁的水,它本身工作不产生一氧化碳和二氧化碳,也没有硫和微粒排出。因此,氢燃料电池汽车是真正意义上的零排放、零污染的车,氢燃料是完美的汽车能源!


        氢燃料电池的特点:


        1、无污染:燃料电池对环境无污染。它是通过电化学反应,而不是采用燃烧(汽、柴油)或储能(蓄电池)方式--最典型的传统后备电源方案。燃烧会释放象COx、NOx、SOx气体和粉尘等污染物。如上所述,燃料电池只会产生水和热。如果氢是通过可再生能源产生的,整个循环就是彻底的不产生有害物质排放的过程。


        2、无噪声:燃料电池运行安静,噪声大约只有55dB,相当于人们正常交谈的水平。这使得燃料电池适合于室内安装,或是在室外对噪声有限制的地方。


        3、高效率:燃料电池的发电效率可以达到50%以上,这是由燃料电池的转换性质决定的,直接将化学能转换为电能,不需要经过热能和机械能(发电机)的中间变换。


        4、氢燃料电池车的优势毋庸置疑,劣势也是显而易见。随着科技的进步,曾经困扰氢燃料电池发展的诸如安全性、氢燃料的贮存技术等问题已经逐步攻克并不断完善,然而成本问题依然是阻碍氢燃料电池车发展的最大瓶颈。


        氢燃料电池的成本是普通汽油机的100倍,这个价格是市场所难以承受的。另外加氢站的背后,是一整套氢能源生产和运输网络作为支撑,而世界上绝大多数国家没有意愿和空间去大力发展一种不常用能源的体系化。


        尤其氢能源的转化率较低,且在能源生产中会造成污染。另一方面是加氢站本身的建设要求与成本极高,需要专门的低温设备来满足能源存储需要。目前只有日本、韩国和美国加州有较多的加氢站,而这个较多其实也就是几十所左右。


        进入2017,原本有些沉寂的燃料电池汽车市场仿佛突然有了一些回暖。


        一方面是一直被寄予厚望的纯电动车电池技术升级连续遇到了瓶颈。而行驶里程太短和充电时间过长这两大因素依旧制约着新能源汽车的前景。


        另一方面,是燃料电池汽车在多个领域的性价比正在不断提升。


        原本高昂的燃料电池汽车生产成本正在经历快速下降。相比于处在竞争状态的中高档纯电动车,5分钟充满燃料的体验和500km以上的里程当然更具诱惑力。


        锂离子电池


        车用锂离子动力电池是在一次性锂电池基础上发展起来的,是目前纯电动车用电池研发的主要方向。锂离子电池具有无记忆性、自放电率低、环保、高比能量、高比功率等诸多优点,是继镍氢电池之后,最受研发机构和汽车厂商青睐的潜力车载电池。


        锂离子电池特性


        1、电压平台


        锂离子电池由于采用的正负极材料不同,其单体电池的工作电压范围为3。7~4v,其中应用规模较大的磷酸铁锂单体电池工作电压为3。2v,是镍氢电池的3倍、、铅酸电池的2倍


        2、比能量大


        当前乘用车锂离子动力电池的能量密度接近200wh/kg,预计2020年达到300wh/kg


        3、电池寿命短


        由于电化学材料特性的制约,锂离子电池的循环次数没有取得突破,以磷酸铁锂为例,单体电池循环次数可以达到2000次以上,成组后仅为1000次以上。


        4、对环境影响较大


        锂离子电池采用轻金属锂,尽管不含汞、铅、有害重金属,被认为是绿色电池,对环境污染较小。

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