電動汽車動力電池特性研究

① 電動汽車動力電池漫談-剩餘電量是如何測量的

我們一般所說的動力電池指的是電動汽車或者電動兩輪車、三輪車車載的，用於驅動車輛行駛的電池，即用作車輛動力的電池，主要區別於儲能電池、低壓供電電池等。

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② 電動汽車的電池有什麼特點

電動汽車蓄電池放電後，用直流電按與放電電流相反的方向通過蓄電池，使它恢復工作能力，這個過程稱為蓄電池充電。蓄電池充電時，電池正極與電源正極相聯，電池負極與電源負極相聯，充電電源電壓必須高於電池的總電動勢。充電方式有恆電流充電和恆電壓充電兩種。

電動汽車充電技術充電方法的研究：常規充電制度是依據1940年前國際公認的經驗法則設計的。其中最著名的就是「安培小時規則」：充電電流安培數，不應超過蓄電池待充電的安時數。實際上，常規充電的速度被蓄電池在充電過程中的溫升和氣體的產生所限制。這個現象對蓄電池充電所必須的最短時間具有重要意義。

③ 電動汽車鋰離子電池的研究

上圖為鋰離子電池的工作原理圖。其主要通過離子的遷移來實現化學能與電能之間的轉換，從而實現儲能和放電。鋰離子電池的單體電壓為鎳氫電池的3倍，並且
具有比能量密度相對較大、無記憶效應、充放電效率高、自放電率低、循環壽命長和無污染性等優點，因此，鋰離子電池成為了目前在純電動汽車上應用最廣泛的動
力電池。其中，以磷酸鐵鋰三元材料為代表的鋰離子電池，因其能量密度可達到130Wh/kg-140Wh/kg，且充放電平台穩定、安全性能良好、低溫性
能和循環壽命較好2015年10月11日，在合肥中國新能源汽車動力電池材料高峰論壇上，華中科技大學材料學材料與工程學院院長黃雲輝也表示，磷酸鐵鋰電
池通過納米技術和富鋰技術等手段而應用，其實際能量密度將會大幅度提升，並且磷酸鐵鋰電池實現2元/瓦時以下的成本沒有問題。因此，以磷酸鋰鐵為代表的三
元材料電池，現在是目前純電動汽車主要的動力電源。

雖然鋰離子電池經過發展能量密度及其他性能都得到了很大的提高，但是按照現在車輛油箱的位置大小，且電池重量符合車輛承載能力和軸荷分配要求，動力電
池比能量應達到
500-700Wh/kg。而目前的鋰離子電池的能量密度遠遠低於該值。因此目前提高動力電池能量密度是制約鋰離子電池發展的一個瓶頸問題。

目前，為了突破能量密度低這個電池的瓶頸問題，國內外學者主要做了以下幾個方面的研究。

在材料方面，而以硅基和錫基合金作為鋰離子電池的負極材料。通過這種材料的改進的鋰離子電池其理論的容量可分別高達4200Wh/kg和990Wh
/kg，完全能滿足純動力汽車動力電池能量的要求，但是硅基鋰離子電池由於充放電過程產生巨大材料體積膨脹效應，以及鋰在硅膜中擴散系數相對較小、電化學
性能顯著惡化；錫基合金負極材料電池理需解決首次不可逆容量高，充放電循環性能差的問題，目前未能在純電動汽車動力電池領域得到產業化。

另外一方面，主要是從制備技術和成組技術上進行突破。從電池的制備技術綜合考慮，採用納米技術制備來提高電池的性能，開發新型的納米材料。從成組技術
上考慮，可合理設計動力電池系統模塊化結構，減少由電池單體組成的電池組產生的性能衰減，減小電池組中電池單體一致性的影響；並且通過對實車上電池系統進
行能量管理，實現能量的進一步合理分配利用。目前主要集中在對電池組的能量管理、充放電均衡、以及SOC估算等方面。在電池組能量管理研究方面，針對混合
動力電動汽車能量分配，國內外學者對電池組能量管理分配策略做了大量的研究，總結出了功率跟隨控制策略、開關式控制策略、固定因子功率分配控制策略、模糊
控制策略等一系列能量管理控制策略。

綜合以上分析，目前純電動汽車動力電池，主要採用的是鋰離子電池。其提高性能的主要的技術瓶頸在於進一步提高純電動汽車單體電池的性能水平，以及提升純電動汽車動力電池系統的管理等方面。

④ 新能源汽車電池性能主要取決於哪幾個特性參數

1.端電壓和電動勢
動力電池的端電壓是指動力電池正極和負極之間的電位差。
動力的電動勢等於組成電池的兩個電極的平衡電極電位差。
2.放電電流
動力電池在放電時所輸出的電流稱為放電電流。
3.電池容量
電池容量是指充滿電的電流在指定的條件下放電到終止電壓時所輸出的電量，單位為A•h。電池容量又分為理論容量、額定容量和實際容量。
4.電池能量密度
電池能量密度是衡量動力電池性能的一項重重要指標。能量密度又分為質量能量密度和體積能量密度。質量能量密度是指電池單位質量所能輸出的電能，單位為瓦•時/千克（W•h/kg).體積能量密度是指電池單位體積所能輸出的電能，單位為瓦•時/升（W•h/L)。電池的質量能量密度影響電動汽車的整車質量和續航里程，而體積能量密度影響電池的布置空間。
5.電池功率密度
電池功率密度是評價能量源能否滿足電動汽車加速和爬坡性能的重要指標。與電池能量密度一樣，功率密度又分為質量功率密度和體積功率密度。質量功率密度是指電池單位質量所能輸出的功率，單位為瓦？/千克（W/kg)。體積功率密度是指電池單位體積所能輸出的功率，單位為瓦/升（W/L)。
6. 荷電狀態
荷電狀態（state of charege SOC)a描述了電池的剩餘電量，一般用百分比表示，其值為電池在一定放電倍率下，剩餘電量與相同條件下的額定容量的比值
7.放電深度
放電深度（depth of discharge DOD)是放電容量與額定容量之比的百分數。
8.電池循環使用壽命
電池的循環使用壽命是指以電池充電和放電一次為一個循環，按一定的測試標准，當電池容量降到某一規定值（一般規定為額定值得80%）以前，電池所經歷的充放電循環總次數。
9.電池一致性
對於同一類型，統一規格型號的電池之間在電壓、內阻、容量等參數方面存在的差別稱為電池的一致性。電池組的壽命在很大程度上取決於電池組的一致性，由於電動汽車的動力電池都是成組使用的，因此電池的一致性是評價電池組性能的關鍵指標之一。
10.電池的抗濫用能力
電池的抗濫用能力是指電池對短路、過充電、過放電、機械振動、撞擊、擠壓及遭受高溫和著火等非正常使用情況的容忍程度。

⑤ 混合動力汽車和純電動汽車的動力電池有何差異

汽車電動化的速度在近幾年內發展的飛快！回想起十幾年前，電動車當時候還只是天馬行空的想法，而到了現在，全球汽車市場上已經有幾十款不同的混合動力『Hybrid』、插電混合動力『Plug-inHybrid』以及電動車能夠讓消費者選擇購買。
就連法拉利、保時捷、邁凱倫以及柯尼塞格這些高端品牌的旗艦車型都已經是混合動力，再加上特斯拉推出性能強大的電動車型之下，曾幾何時，電動車型已經不再是以環保為目的，也開始和性能、速度掛鉤。
汽車電動化的關鍵，在於電池科技的進步。在近十年間，由於越來越多汽車製造商和相關領域的車廠加入資金研發，電池的效能、重量、體積等各方面都有了大幅改善。但是，電池的種類多樣，究竟哪一種形式的電池才是最適合汽車使用呢？
今天小編就來介紹目前汽車市場最常見的車輛電池種類，並且比較這些電池的優缺點！！！
鋰電池Lithium-ion（Li-ion）Batteries
不只是汽車領域，目前多數商用電子產品當中普遍使用了鋰電池，而在過去十多年以來，鋰電子也因為廣泛的使用，在效能上不斷進化。因此，除了現在多數的混合動力和電動車都使用鋰電池之外，包括了智能手機、平板電腦、筆記本電腦等消費電子產品都是使用鋰電池。
不過，『鋰』只是一種通稱，在這種形式的電池之下還分憂很多種類。以消費電子產品來說，最常使用的是鋰鈷氧化電池『LiCoO2』，是鋰電池當中能量密度最高的一種。但是這種電池有著『熱失控（thermalrunaway）』的缺點，也就是在過度充電或者溫度較高的環境之下，如果沒有正確使用即很容易發生過熱甚至爆炸起火的狀況，這也是鋰鈷氧化電池縱使有著最高的能量密度，也鮮有使用在汽車領域當中。
多數電動工具、醫療工具以及車用電動系統所使用的鋰電池多半為磷酸鋰鐵電池『LiFePO4』、錳酸鋰電池『LMO』、鎳鈷錳三元電池『NMC』等，雖然這幾種電池的能量密度低於鋰鈷氧化電池，但是使用壽命以及安全性都更加優異，因此相當適合在電動化汽車領域當中，其中以鎳鈷錳三元電池最為廣泛應用在混動動力和電動車上，目前FormulaE電動方程式賽車所使用的電池也是基於鎳鈷錳三元電池（NMC）製造而成。
『全新FormulaE電動方程式賽車』
為什麼鋰電池是目前電動化汽車電池的大客戶？基本上，鋰電池有著優異的『能量重量比』、『充電速度快』以及『幾乎沒有記憶效應』這三大優勢。
較高的能量密度意味著電池重量較輕，這對於追求輕量化、高性能以及講究續航力的汽車來說相當合適。充電速度快當然也是電動車使用與否的關鍵之一，但是在現實環境當中鋰電池的充電速度只是稍微比其他形式的電池快而已，絕對不是天與地的分別。至於電池記憶效應則是幾乎不會發生在鋰電池上，因此鋰電池的電力容量並不容易隨著使用次數增加而大幅減少。
『現在高端啟動電池使用磷酸鋰電池】
但是這並不代表鋰電池就沒有缺點，以目前的電池製造商技術來看，鋰電池主要缺點在於成本比其他種類電池高出不少，以鎳基電池為例，鋰電池製造成本大約高出40%，這通常會讓希望推出平民電動車型的汽車製造商打退堂鼓。不過，無論是何種電池，在近年經濟模式的擴張之下，成本和多年前相比都已經大幅降低。
此外，鋰電池雖然不用「煩惱」記憶效能的問題，但是仍然會隨著時間以及使用環境所產生衰退。以目前汽車製造商的評估，車用鋰電池使用壽命大約在10年左右，但是目前還沒有電動車運轉足夠時間和實際資料來驗證這個理論。不過從目前的各大車廠掌握的電池技術來看，鋰電池是所有種類電池當中缺點最少的，因此被視為當下最佳車用電池來源。
鎳氫電池Nickel-metal-hydride（Ni-MH）Batteries
在鋰電池未廣泛應用之前，較早起的混合動力車型多半使用的是鎳氫電池（Ni-MH），及時到現在逐漸被鋰電池取代，還是有不少混合動力車型在使用這種類型的電池。
鎳氫電池的優勢為相對低廉的製造成本，這種電池主要以鎳、氫、鈦或者其他類型的金屬組成，在製造成本上比鋰電池低廉許多，但是隨著市場投入越來越多的資源到鋰電池領域，兩種電池之間的成本正在不斷的縮小。
即使如此，鋰電池也有著一個相當大的優勢，就是耐用性。只要保養得宜，鎳氫電池可以擁有非常久的使用壽命。除此之外，因為鎳氫電池含有有毒元素非常少，使得其回收成本相對低，而成本當中含有大量的鎳金屬以及其他貴金屬電池的回收利潤比其他種類電池還要高。
『舊款豐田混動車型都在使用鎳氫電池』
可惜，鎳氫電池的能量密度並不高，大約比一般鋰電池低了40%，這意味著要達到同樣的電容量，鎳氫電池需要更大的體積也更重，這使得鎳氫電池和現在汽車製造商追求大空間和輕量化理念背道而馳。
另外，在密集且快速的沖放電情況下，鎳氫電池也容易產生大量熱能，因此需要額外的冷卻系統，使得整個電池系統重量又增加不少。
其他種類的電池
除了以上兩種電池之外，目前許多研究機構都在研發效能更高的電池系統，包括了氧化物電池、磷酸鐵電池、磷酸鋰鐵電池、鋰空氣電池、鋰聚合物電池、鎳鈷錳電池、鎳鈷鋁電池以及錳氧化物尖晶石電池都是未來有可能成為電動車能量來源的電池種類。
鈷氧化物電池已經問世很長一段時間，但是目前的困境仍然在於熱失控以及製造成本，否則這種電池的高能效密度將會是極佳的高性能車用電池。
磷酸鐵電池則是目前最穩定且成本合理的電池派別，可惜因為其採取低電壓的運作方式，如果要作為車用電池，將需要使用更多的電池數量，造成重量和體積增加。
鋰聚合物電池也是鋰電池的一種，但是現今鋰聚合物電池需要製成「袋狀」，對於空間配置較為不利，因為目前僅有少數電動車使用此類型電池。
鎳鈷錳電池和鎳鈷鋁電池現在製造成本還是太高，而且熱失控問題尚未解決，因為無論是效能如何，距離商用還是有相當長的路要走。
鋰空氣電池較為新的電池技術，擁有極佳的能量密度，其能量重量比幾乎和現在的汽油相當，更是目前鋰電池的5~15倍之多，但是仍處於開發初期，因為也是需要好一段時間才能夠達成量產。

⑥ 動力電池的工作特性是什麼

目前在交通運輸用動力源方面，主要有四種技術路線：鋰離子電池、氫燃料電池、超級電容和鋁空氣電池。其中鋰離子電池、超級電容和氫燃料電池得到廣泛的應用，而鋁空氣電池尚處於實驗室研究階段。下面電動邦小編為大家介紹：四種動力電池特性優點和缺點。

電池特性優點和缺點-鋰離子電池特性

鋁空氣電池特性-材料成本低、能量密度高

鋁空氣電池的負極活性材料是含量豐富的金屬鋁，價格便宜，環保，正極活性物質是空氣中的氧氣，正極容量可視無限大。因此鋁空氣電池具有質量輕，體積小，使用壽命長的優勢。

鋁空氣電池特性-關鍵技術未取得突破，尚未走出實驗室

空氣電極極化和氫氧化鋁沉降等問題是影響金屬空氣電池走向市場化的重要障礙，鋁空氣電池性能的提高遇到很大的瓶頸。目前尚處於實驗室階段，距離商業化推廣還有一段不小的距離。