電動車動力電池包成剖析

電動車電池簡介

電動車電池分兩大類，蓄電池和燃料電池。蓄電池適用于純電動車，包括鉛酸電池、鎳基電池、鈉硫電池、二次鋰離子電池、空氣電池。

燃料電池專用于燃料電池電動車，包括堿性燃料電池（AFC）、磷酸燃料電池（pAFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）、質子交換膜燃料電池（pEMFC）、筆直甲醇燃料電池（DMFC）。

電動車電池功能

隨著電動車的種類不同而略有差異。在僅裝備蓄電池的純電動車中，蓄電池的作用是汽車驅動系統的惟一動力源。而在裝備傳統發動機（或燃料電池）與蓄電池的混合動力汽車中，蓄電池既可扮演汽車驅動系統主要動力源的角色，也可充當輔助動力源的角色。可見在低速和啟動時，蓄電池扮演的是汽車驅動系統主要動力源的角色;在全負荷加速時，充當的是輔助動力源的角色;在正常行駛或減速、制動時充當的是儲存能量的角色。

電動車電池包成

燃料電池由陽極、陰極、電解質和隔膜構成。燃料在陽極氧化，氧化劑在陰極還原。如果在陽極（即外電路的負極，也可稱燃料極）上連續供給氣態燃料（氫氣），而在陰極（即外電路的正極，也可稱空氣極）上連續供給氧氣（或空氣），就可以在電極上連續發生電化學反應，并萌生電流。由此可見，燃料電池與常規電池不同，它的燃料和氧化劑不是儲存在電池內，而是儲存在電池外部的儲罐中。當它工作（輸出電流并做功）時，需要不間斷地向電池內輸人燃料和氧化劑并同時排出反應產物。因此，從工作方式上看，它類似于常規的汽油或柴油發電機。由于燃料電池工作時要連續不斷地向電池內送入燃料和氧化劑，所以燃料電池使用的燃料和氧化劑均為流體（氣體或液體）。最常用的燃料為純氫、各種富含氫的氣體（如重整氣）和某些液體（如甲醇水溶液），常用的氧化劑為純氧、凈化空氣等氣體和某些液體（如過氧化氫和硝酸的水溶液等）。

燃料電池陽極的作用是為燃料和電解液提供公共界面，并對燃料的氧化萌生催化作用，同時把反應中萌生的電子傳輸到外電路或者先傳輸到集流板后再向外電路傳輸。陰極（氧電極）的作用是為氧和電解液提供公共界面，對氧的還原萌生催化作用，從外電路向氧電極的反應部位傳輸電子。由于電極上發生的反應大多為多相界面反應，為提高反應速率，電極一般采用多孔材料并涂有電催化劑。

電解質的作用是輸送燃料電極和氧電極在電極反應中所萌生的離子，并能阻止電極間筆直傳遞電子。隔膜的作用是傳導離子、阻止電子在電極間筆直傳遞和分隔氧化劑與還原劑。因此隔膜非得是抗電解質腐蝕和絕緣的物質，并具有良好耐潤濕性。

電池包

電動車電池包由多個電池串聯疊置組成。一個典型的電池包約莫有96個電池，充電到4.2V的鋰電池而言，這樣的電池包可萌生超過400V的總電壓。盡管汽車電源系統將電池包看作單個高壓電池，每次都對整個電池包進行充電和放電，但電池控制系統非得獨立考慮每個電池的情況。如果電池包中的一個電池容量略微低于其他電池，那么經過多個充電/放電周期后，其充電狀態將逐漸偏離其它電池。如果這個電池的充電狀態沒有周期性地與其它電池平衡，那么它最終將進入深度放電狀態，從而導致損壞，并最終形成電池包故障。為戒備這種情況發生，每個電池的電壓都非得監視，以確定充電狀態。此外，非得有一個裝置讓電池單獨充電或放電，以平衡這些電池的充電狀態。

電池包監視系統的一個緊要考慮因素是通信接口。就pC板內的通信而言，常用的選項包括串行外設接口（SpI）總線、I2C總線，每種總線的通信開銷都很低，適用于低干擾環境。另一個選項是控制器局域網（CAN）總線，這種總線在汽車使用中被廣泛使用。CAN總線非常魯棒，具有誤差測試和故障容限特性，但是它的通信開銷很大，材料成本也很高。盡管從電池系統到汽車主CAN總線的連接是值得要的，但在電池包內采用SpI或I2C通信是有優點的。

私人購買新能源汽車補貼標準出臺后，部分試點城市的再補貼政策也隨即出臺，新能源汽車消費正逐步啟動。面對廣闊的將來方向，國家電網、南方電網、中海油、中石化等巨頭紛紛跑馬圈地，各地掀起一股興建充電站的風潮。

截至目前，上海漕溪、深圳龍崗、成都石羊、唐山南湖、延安、鄭州、南寧等地已經建成、在建或近期將開建大量的充電站，其中上海計劃在三年內達到5000個充電樁的規模；長春計劃三年內建成15個充電站和5000個充電樁……電池尺寸、充電接口是不是統一？電池質量能否過關？快速充電對電池的損害到底有多大？等一系列問題開始暴露出來。

電動車電池基本分類

電動車用電池為化學電源，它的分類辦法很多。按電解液分為：

a.堿性電池。即電解液為堿性水溶液的電池；

b.酸性電池。即電解液為酸性水溶液的電池；

c.中性電池。即電解液為中性水溶液的電池；

d.有機電解質溶液電池。即電解液為有機電解質溶液的電池。

按活性物質的存在方式分為：

a.活性物質保存在電極上。可分為一次電池（非再生式，原電池）和二次電池（再生式，蓄電池）；

b.活性物質連續供給電極。可分為非再生燃料電池和再生燃料電池。

按電池的某些特點分為：

a.高容量電池；

b.免維護電池；

c.密封電池；

d.燃結式電池；

e.防爆電池；

f.扣式電池、矩形電池、圓柱形電池等。

盡管由于化學電源品種繁多，用途廣泛，外形差別大，使上述分類辦法難以統一，但習慣上按其工作性質及存貯方式不同，一般分為四類：

一次電池

一次電池，又稱原電池，即放電后不能用充電的辦法使它復原的電池。換言之，這種電池只能使用一次，放電后電池只能被遺棄了。這類電池不能再充電的原由，或是電池反應本身不可逆，或是條件限制使可逆反應很難進行。如：

鋅錳干電池Zn│NH4ClZnCl2│MnO2（C）

鋅汞電池Zn│KOH│HgO

銀鋅電池Zn│KOH│Ag2O

二次電池

二次電池，又稱蓄電池，即放電后又可用充電的辦法使活性物質復原而能再次放電，且可反復多次循環使用的一類電池。這類電池實際上是一個化學能量貯存裝置，用直流電將電池充分，這時電能以化學能的形式貯存在電池中，放電時，化學能再轉換為電能。如：

鉛酸蓄電池pb│H2SO4│pbO2

鎳鎘電池Cd│KOH│NiOOH

鎳氫電池H2│KOH│NiOOH

鋰電池LiCoO2│有機溶劑│6C

鋅空氣電池Zn│KOH│O2（空氣）

貯備電池

貯備電池，又稱激活電池，是正、負極活性物質和電解液不筆直接觸，使用前臨時注入電解液或用其他辦法使電池激活的一類電池。這類電池的正、負極活性物質的化學變質或自放電，因與電解液的隔離而基本上被排除，從而使電池能長時間貯存。如：

鎂銀電池Mg│MgCl2│AgCl

鈣熱電池Ca│LiCl-KCl│CaCrO4（Ni）

鉛高氯酸電池pb│HclO4│pbO2

燃料電池

燃料電池，又稱連續電池，即只要活性物質連續地注入電池，就能長期不斷地進行放電的一類電池。它的特點是電池自身只是一個載體，可以把燃料電池看成一種需要電能時將反應物從外部送入電池的一種電池。如：

氫燃料電池H2│KOH│O2

肼空燃料電池N2H4│KOH│O2（空氣）

非得指出，上述分類辦法并不意味著某一種電池體系只能分屬一次電池、二次電池、貯備電池或燃料電池。恰相反，某一種電池體系可以依據需要設計成不同類型的電池。如鋅銀電池，可以設計成一次電池，也可以設計成二次電池，或貯備電池。

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