电动汽车动力电池特性研究

① 电动汽车动力电池漫谈-剩余电量是如何测量的

我们一般所说的动力电池指的是电动汽车或者电动两轮车、三轮车车载的，用于驱动车辆行驶的电池，即用作车辆动力的电池，主要区别于储能电池、低压供电电池等。

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② 电动汽车的电池有什么特点

电动汽车蓄电池放电后，用直流电按与放电电流相反的方向通过蓄电池，使它恢复工作能力，这个过程称为蓄电池充电。蓄电池充电时，电池正极与电源正极相联，电池负极与电源负极相联，充电电源电压必须高于电池的总电动势。充电方式有恒电流充电和恒电压充电两种。

电动汽车充电技术充电方法的研究：常规充电制度是依据1940年前国际公认的经验法则设计的。其中最著名的就是“安培小时规则”：充电电流安培数，不应超过蓄电池待充电的安时数。实际上，常规充电的速度被蓄电池在充电过程中的温升和气体的产生所限制。这个现象对蓄电池充电所必须的最短时间具有重要意义。

③ 电动汽车锂离子电池的研究

上图为锂离子电池的工作原理图。其主要通过离子的迁移来实现化学能与电能之间的转换，从而实现储能和放电。锂离子电池的单体电压为镍氢电池的3倍，并且
具有比能量密度相对较大、无记忆效应、充放电效率高、自放电率低、循环寿命长和无污染性等优点，因此，锂离子电池成为了目前在纯电动汽车上应用最广泛的动
力电池。其中，以磷酸铁锂三元材料为代表的锂离子电池，因其能量密度可达到130Wh/kg-140Wh/kg，且充放电平台稳定、安全性能良好、低温性
能和循环寿命较好2015年10月11日，在合肥中国新能源汽车动力电池材料高峰论坛上，华中科技大学材料学材料与工程学院院长黄云辉也表示，磷酸铁锂电
池通过纳米技术和富锂技术等手段而应用，其实际能量密度将会大幅度提升，并且磷酸铁锂电池实现2元/瓦时以下的成本没有问题。因此，以磷酸锂铁为代表的三
元材料电池，现在是目前纯电动汽车主要的动力电源。

虽然锂离子电池经过发展能量密度及其他性能都得到了很大的提高，但是按照现在车辆油箱的位置大小，且电池重量符合车辆承载能力和轴荷分配要求，动力电
池比能量应达到
500-700Wh/kg。而目前的锂离子电池的能量密度远远低于该值。因此目前提高动力电池能量密度是制约锂离子电池发展的一个瓶颈问题。

目前，为了突破能量密度低这个电池的瓶颈问题，国内外学者主要做了以下几个方面的研究。

在材料方面，而以硅基和锡基合金作为锂离子电池的负极材料。通过这种材料的改进的锂离子电池其理论的容量可分别高达4200Wh/kg和990Wh
/kg，完全能满足纯动力汽车动力电池能量的要求，但是硅基锂离子电池由于充放电过程产生巨大材料体积膨胀效应，以及锂在硅膜中扩散系数相对较小、电化学
性能显著恶化；锡基合金负极材料电池理需解决首次不可逆容量高，充放电循环性能差的问题，目前未能在纯电动汽车动力电池领域得到产业化。

另外一方面，主要是从制备技术和成组技术上进行突破。从电池的制备技术综合考虑，采用纳米技术制备来提高电池的性能，开发新型的纳米材料。从成组技术
上考虑，可合理设计动力电池系统模块化结构，减少由电池单体组成的电池组产生的性能衰减，减小电池组中电池单体一致性的影响；并且通过对实车上电池系统进
行能量管理，实现能量的进一步合理分配利用。目前主要集中在对电池组的能量管理、充放电均衡、以及SOC估算等方面。在电池组能量管理研究方面，针对混合
动力电动汽车能量分配，国内外学者对电池组能量管理分配策略做了大量的研究，总结出了功率跟随控制策略、开关式控制策略、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。

综合以上分析，目前纯电动汽车动力电池，主要采用的是锂离子电池。其提高性能的主要的技术瓶颈在于进一步提高纯电动汽车单体电池的性能水平，以及提升纯电动汽车动力电池系统的管理等方面。

④ 新能源汽车电池性能主要取决于哪几个特性参数

1.端电压和电动势
动力电池的端电压是指动力电池正极和负极之间的电位差。
动力的电动势等于组成电池的两个电极的平衡电极电位差。
2.放电电流
动力电池在放电时所输出的电流称为放电电流。
3.电池容量
电池容量是指充满电的电流在指定的条件下放电到终止电压时所输出的电量，单位为A•h。电池容量又分为理论容量、额定容量和实际容量。
4.电池能量密度
电池能量密度是衡量动力电池性能的一项重重要指标。能量密度又分为质量能量密度和体积能量密度。质量能量密度是指电池单位质量所能输出的电能，单位为瓦•时/千克（W•h/kg).体积能量密度是指电池单位体积所能输出的电能，单位为瓦•时/升（W•h/L)。电池的质量能量密度影响电动汽车的整车质量和续航里程，而体积能量密度影响电池的布置空间。
5.电池功率密度
电池功率密度是评价能量源能否满足电动汽车加速和爬坡性能的重要指标。与电池能量密度一样，功率密度又分为质量功率密度和体积功率密度。质量功率密度是指电池单位质量所能输出的功率，单位为瓦？/千克（W/kg)。体积功率密度是指电池单位体积所能输出的功率，单位为瓦/升（W/L)。
6. 荷电状态
荷电状态（state of charege SOC)a描述了电池的剩余电量，一般用百分比表示，其值为电池在一定放电倍率下，剩余电量与相同条件下的额定容量的比值
7.放电深度
放电深度（depth of discharge DOD)是放电容量与额定容量之比的百分数。
8.电池循环使用寿命
电池的循环使用寿命是指以电池充电和放电一次为一个循环，按一定的测试标准，当电池容量降到某一规定值（一般规定为额定值得80%）以前，电池所经历的充放电循环总次数。
9.电池一致性
对于同一类型，统一规格型号的电池之间在电压、内阻、容量等参数方面存在的差别称为电池的一致性。电池组的寿命在很大程度上取决于电池组的一致性，由于电动汽车的动力电池都是成组使用的，因此电池的一致性是评价电池组性能的关键指标之一。
10.电池的抗滥用能力
电池的抗滥用能力是指电池对短路、过充电、过放电、机械振动、撞击、挤压及遭受高温和着火等非正常使用情况的容忍程度。

⑤ 混合动力汽车和纯电动汽车的动力电池有何差异

汽车电动化的速度在近几年内发展的飞快！回想起十几年前，电动车当时候还只是天马行空的想法，而到了现在，全球汽车市场上已经有几十款不同的混合动力『Hybrid』、插电混合动力『Plug-inHybrid』以及电动车能够让消费者选择购买。
就连法拉利、保时捷、迈凯伦以及柯尼塞格这些高端品牌的旗舰车型都已经是混合动力，再加上特斯拉推出性能强大的电动车型之下，曾几何时，电动车型已经不再是以环保为目的，也开始和性能、速度挂钩。
汽车电动化的关键，在于电池科技的进步。在近十年间，由于越来越多汽车制造商和相关领域的车厂加入资金研发，电池的效能、重量、体积等各方面都有了大幅改善。但是，电池的种类多样，究竟哪一种形式的电池才是最适合汽车使用呢？
今天小编就来介绍目前汽车市场最常见的车辆电池种类，并且比较这些电池的优缺点！！！
锂电池Lithium-ion（Li-ion）Batteries
不只是汽车领域，目前多数商用电子产品当中普遍使用了锂电池，而在过去十多年以来，锂电子也因为广泛的使用，在效能上不断进化。因此，除了现在多数的混合动力和电动车都使用锂电池之外，包括了智能手机、平板电脑、笔记本电脑等消费电子产品都是使用锂电池。
不过，『锂』只是一种通称，在这种形式的电池之下还分忧很多种类。以消费电子产品来说，最常使用的是锂钴氧化电池『LiCoO2』，是锂电池当中能量密度最高的一种。但是这种电池有着『热失控（thermalrunaway）』的缺点，也就是在过度充电或者温度较高的环境之下，如果没有正确使用即很容易发生过热甚至爆炸起火的状况，这也是锂钴氧化电池纵使有着最高的能量密度，也鲜有使用在汽车领域当中。
多数电动工具、医疗工具以及车用电动系统所使用的锂电池多半为磷酸锂铁电池『LiFePO4』、锰酸锂电池『LMO』、镍钴锰三元电池『NMC』等，虽然这几种电池的能量密度低于锂钴氧化电池，但是使用寿命以及安全性都更加优异，因此相当适合在电动化汽车领域当中，其中以镍钴锰三元电池最为广泛应用在混动动力和电动车上，目前FormulaE电动方程式赛车所使用的电池也是基于镍钴锰三元电池（NMC）制造而成。
『全新FormulaE电动方程式赛车』
为什么锂电池是目前电动化汽车电池的大客户？基本上，锂电池有着优异的『能量重量比』、『充电速度快』以及『几乎没有记忆效应』这三大优势。
较高的能量密度意味着电池重量较轻，这对于追求轻量化、高性能以及讲究续航力的汽车来说相当合适。充电速度快当然也是电动车使用与否的关键之一，但是在现实环境当中锂电池的充电速度只是稍微比其他形式的电池快而已，绝对不是天与地的分别。至于电池记忆效应则是几乎不会发生在锂电池上，因此锂电池的电力容量并不容易随着使用次数增加而大幅减少。
『现在高端启动电池使用磷酸锂电池】
但是这并不代表锂电池就没有缺点，以目前的电池制造商技术来看，锂电池主要缺点在于成本比其他种类电池高出不少，以镍基电池为例，锂电池制造成本大约高出40%，这通常会让希望推出平民电动车型的汽车制造商打退堂鼓。不过，无论是何种电池，在近年经济模式的扩张之下，成本和多年前相比都已经大幅降低。
此外，锂电池虽然不用“烦恼”记忆效能的问题，但是仍然会随着时间以及使用环境所产生衰退。以目前汽车制造商的评估，车用锂电池使用寿命大约在10年左右，但是目前还没有电动车运转足够时间和实际资料来验证这个理论。不过从目前的各大车厂掌握的电池技术来看，锂电池是所有种类电池当中缺点最少的，因此被视为当下最佳车用电池来源。
镍氢电池Nickel-metal-hydride（Ni-MH）Batteries
在锂电池未广泛应用之前，较早起的混合动力车型多半使用的是镍氢电池（Ni-MH），及时到现在逐渐被锂电池取代，还是有不少混合动力车型在使用这种类型的电池。
镍氢电池的优势为相对低廉的制造成本，这种电池主要以镍、氢、钛或者其他类型的金属组成，在制造成本上比锂电池低廉许多，但是随着市场投入越来越多的资源到锂电池领域，两种电池之间的成本正在不断的缩小。
即使如此，锂电池也有着一个相当大的优势，就是耐用性。只要保养得宜，镍氢电池可以拥有非常久的使用寿命。除此之外，因为镍氢电池含有有毒元素非常少，使得其回收成本相对低，而成本当中含有大量的镍金属以及其他贵金属电池的回收利润比其他种类电池还要高。
『旧款丰田混动车型都在使用镍氢电池』
可惜，镍氢电池的能量密度并不高，大约比一般锂电池低了40%，这意味着要达到同样的电容量，镍氢电池需要更大的体积也更重，这使得镍氢电池和现在汽车制造商追求大空间和轻量化理念背道而驰。
另外，在密集且快速的冲放电情况下，镍氢电池也容易产生大量热能，因此需要额外的冷却系统，使得整个电池系统重量又增加不少。
其他种类的电池
除了以上两种电池之外，目前许多研究机构都在研发效能更高的电池系统，包括了氧化物电池、磷酸铁电池、磷酸锂铁电池、锂空气电池、锂聚合物电池、镍钴锰电池、镍钴铝电池以及锰氧化物尖晶石电池都是未来有可能成为电动车能量来源的电池种类。
钴氧化物电池已经问世很长一段时间，但是目前的困境仍然在于热失控以及制造成本，否则这种电池的高能效密度将会是极佳的高性能车用电池。
磷酸铁电池则是目前最稳定且成本合理的电池派别，可惜因为其采取低电压的运作方式，如果要作为车用电池，将需要使用更多的电池数量，造成重量和体积增加。
锂聚合物电池也是锂电池的一种，但是现今锂聚合物电池需要制成“袋状”，对于空间配置较为不利，因为目前仅有少数电动车使用此类型电池。
镍钴锰电池和镍钴铝电池现在制造成本还是太高，而且热失控问题尚未解决，因为无论是效能如何，距离商用还是有相当长的路要走。
锂空气电池较为新的电池技术，拥有极佳的能量密度，其能量重量比几乎和现在的汽油相当，更是目前锂电池的5~15倍之多，但是仍处于开发初期，因为也是需要好一段时间才能够达成量产。

⑥ 动力电池的工作特性是什么

目前在交通运输用动力源方面，主要有四种技术路线：锂离子电池、氢燃料电池、超级电容和铝空气电池。其中锂离子电池、超级电容和氢燃料电池得到广泛的应用，而铝空气电池尚处于实验室研究阶段。下面电动邦小编为大家介绍：四种动力电池特性优点和缺点。

电池特性优点和缺点-锂离子电池特性

铝空气电池特性-材料成本低、能量密度高

铝空气电池的负极活性材料是含量丰富的金属铝，价格便宜，环保，正极活性物质是空气中的氧气，正极容量可视无限大。因此铝空气电池具有质量轻，体积小，使用寿命长的优势。

铝空气电池特性-关键技术未取得突破，尚未走出实验室

空气电极极化和氢氧化铝沉降等问题是影响金属空气电池走向市场化的重要障碍，铝空气电池性能的提高遇到很大的瓶颈。目前尚处于实验室阶段，距离商业化推广还有一段不小的距离。