鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：511次 | 2023年06月30日
三元鋰離子電池逐漸成為主流 新能源汽車電池分類介紹
作為新能源汽車的重要組成部分，電池的性能在很大程度上決定了車輛的綜合表現(xiàn)。目前，市面上的新能源車采用的電池種類各不相同，那么它們分別有怎么樣的特性呢？究竟哪種電池的綜合表現(xiàn)更佳？下面，我們就對(duì)幾種主流的新能源汽車電池類型做一個(gè)盤(pán)點(diǎn)。
22650磷酸鐵鋰離子電池
顧名思義，磷酸鐵鋰離子電池，是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。雖然目前市面上大多數(shù)新能源車型已經(jīng)轉(zhuǎn)而使用三元鋰離子電池，但是在新能源車發(fā)展的早期階段，不少車輛都采用了磷酸鐵鋰離子電池作為儲(chǔ)能裝置。尤其是以比亞迪車型為主，在2017年大面積轉(zhuǎn)向三元鋰離子電池之前，絕大多數(shù)比亞迪車型都搭載了磷酸鐵鋰離子電池。
那么，為何大量純電動(dòng)汽車都選擇了磷酸鐵鋰離子電池呢？這重要有以下幾個(gè)原因。首先，磷酸鐵鋰離子電池的使用壽命較長(zhǎng)，一般情況下，它的循環(huán)壽命可以達(dá)到2000次以上。
此外，磷酸鐵鋰離子電池在熱穩(wěn)定性方面也有著一定的優(yōu)勢(shì)，在所有鋰離子電池中，磷酸鐵鋰離子電池的熱穩(wěn)定性最佳。其電熱峰值可達(dá)350-500℃，當(dāng)溫度達(dá)到500℃左右時(shí)，內(nèi)部化學(xué)成分才開(kāi)始分解。這樣的特性也使得磷酸鐵鋰離子電池的安全性得到了保證。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
磷酸鐵鋰離子電池得到廣泛推廣的原因還在于其較低的成本，眾所周知，電池成本在一輛純電動(dòng)汽車的總成本中占比極大，降低電池成本是提升車輛性價(jià)比最有效的方式之一。關(guān)于磷酸鐵鋰離子電池來(lái)說(shuō)，其不含鈷等貴重元素，原料為資源含量豐富的磷、鐵，所以成本相對(duì)容易控制。
磷酸鐵鋰能量密度不占優(yōu)勢(shì)
雖然磷酸鐵鋰離子電池有著上述優(yōu)點(diǎn)，不過(guò)它也存在一些缺點(diǎn)，使得近兩年車企紛紛拋棄磷酸鐵鋰離子電池轉(zhuǎn)而使用三元鋰離子電池。其中最重要的一項(xiàng)就在于，此類電池的能量密度較低，相同續(xù)航里程下，采用磷酸鐵鋰離子電池的車輛自重更高，而過(guò)高的自重關(guān)于能耗的控制顯然是不利的。另外，我國(guó)的新能源政策也在逐年提高關(guān)于能量密度的要求，受限于材料本身的特性，磷酸鐵鋰離子電池的能量密度很難得到提高，這也是其被棄用的原因之一。
下面咱們來(lái)說(shuō)說(shuō)最近主流的一類電池三元鋰離子電池。
三元鋰離子電池是指正極材料使用鎳鈷錳酸鋰三元正極材料的鋰離子電池。相比磷酸鐵鋰離子電池，三元鋰離子電池的綜合表現(xiàn)更為平均，能量密度較高，體積比能量也更高，并且隨著電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，三元鋰離子電池的價(jià)格也來(lái)到了一個(gè)廠家能夠接受的范圍。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
三元鋰離子電池綜合表現(xiàn)均衡
三元鋰離子電池最大的優(yōu)勢(shì)在于電池能量密度高，其儲(chǔ)能密度通常在200Wh/kg以上，相關(guān)于磷酸鐵鋰的90-120Wh/kg來(lái)說(shuō)，這樣的表現(xiàn)關(guān)于輕量化設(shè)計(jì)更加友好，也更適合現(xiàn)階段新能源乘用車市場(chǎng)對(duì)續(xù)航里程的需求。
三元鋰離子電池的缺點(diǎn)也同樣突出，其分解溫度在250-350℃左右，此時(shí)內(nèi)部化學(xué)成分開(kāi)始分解，釋放氧分子，在高溫用途下電解液會(huì)迅速燃燒，新增電池發(fā)生自燃及爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。因此搭載三元鋰離子電池的車型對(duì)電池管理系統(tǒng)提出了極高的要求，在設(shè)計(jì)過(guò)程中要做好過(guò)充保護(hù)、過(guò)放保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)和過(guò)流保護(hù)等。不過(guò)隨著技術(shù)的進(jìn)步，尤其是在應(yīng)用了陶瓷隔膜之后，三元鋰離子電池的安全問(wèn)題已得到改善，由于其出色的綜合表現(xiàn)，目前在市場(chǎng)上得到了大量應(yīng)用。
鎳氫電池是大家相對(duì)陌生的一類電池，目前除豐田旗下車型外，幾乎沒(méi)有搭載此類電池的車型。
鎳氫電池也是一種性能良好的蓄電池。鎳氫電池分為高壓鎳氫電池和低壓鎳氫電池。其正極活性物質(zhì)為Ni（OH）2，負(fù)極活性物質(zhì)為金屬氫化物，也稱儲(chǔ)氫合金。我們經(jīng)常接觸的新能源汽車采用的是低壓鎳氫電池。
鎳氫電池
其實(shí)，早在上世紀(jì)90年代，鎳氫電池就開(kāi)始進(jìn)入人們的視野，大家最為熟知的豐田普銳斯就是搭載鎳氫電池的代表性車型，而豐田也一直執(zhí)著于使用鎳氫電池，直到今日，大量豐田旗下的新能源車型還在沿用此類電池，如卡羅拉雙擎、凱美瑞雙擎、普銳斯等。
在能量密度方面，其表現(xiàn)與普通鋰離子電池差距并不大，但由于電池單體電壓僅為1.2V，是鋰離子電池的1/3，因此在需求電壓一定的情況下，其電池組的體積要比鋰離子電池大不少，這也是鎳氫電池的重要劣勢(shì)所在。
不過(guò)，豐田堅(jiān)持使用鎳氫電池也不是完全沒(méi)有道理的。曾經(jīng)有美國(guó)汽車媒體進(jìn)行過(guò)調(diào)查，在進(jìn)行測(cè)試后，他們發(fā)現(xiàn)采用鎳氫電池的第一代普銳斯在經(jīng)過(guò)了10年、33萬(wàn)公里的行駛之后，無(wú)論是在油耗性能還是在動(dòng)力性能方面都與新車保持在同一水平，并沒(méi)有出現(xiàn)明顯的電池容量衰減以及性能下降的情況，相信如此出色的穩(wěn)定性也是豐田采用鎳氫電池的原因所在。
最后咱們來(lái)說(shuō)說(shuō)被視為未來(lái)發(fā)展方向之一的氫燃料動(dòng)力電池。
氫燃料動(dòng)力電池
氫燃料動(dòng)力電池的基本原理是電解水的逆反應(yīng)，把氫和氧分別供給陽(yáng)極和陰極，氫通過(guò)陽(yáng)極向外擴(kuò)散，并與電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，釋放出的電子通過(guò)外部的負(fù)載到達(dá)陰極，是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。它從外表上看有正負(fù)極和電解質(zhì)等，像一個(gè)蓄電池，但實(shí)質(zhì)上它不能儲(chǔ)電而是一個(gè)發(fā)電廠。也就是說(shuō)，氫燃料動(dòng)力電池與其他純電動(dòng)汽車不同的是，其無(wú)需充電，只需加氫，使用習(xí)慣上類似于普通燃油車，非常方便。
氫燃料動(dòng)力電池電動(dòng)汽車能量轉(zhuǎn)換效率高、無(wú)污染、壽命長(zhǎng)、運(yùn)行平穩(wěn)，而其最大的優(yōu)勢(shì)則在于沒(méi)有污染物排放，雖然純電動(dòng)汽車看似同樣沒(méi)有出現(xiàn)污染排放，但是在發(fā)電環(huán)節(jié)，關(guān)于重要依靠火電的我國(guó)來(lái)說(shuō)，純電動(dòng)汽車的使用只是起到了轉(zhuǎn)移污染的效果。
有朋友會(huì)問(wèn)了，既然氫燃料動(dòng)力電池車在環(huán)保方面表現(xiàn)如此出色，為何市場(chǎng)占有率如此低下呢？問(wèn)題重要出在氫的制造、運(yùn)輸和儲(chǔ)存上。目前除了制造環(huán)節(jié)發(fā)展較為成熟外，其他部分都還有不少問(wèn)題亟待解決。
我國(guó)氫燃料相關(guān)配套設(shè)施尚不完善
首先，制造出氫氣勢(shì)必要用容器進(jìn)行儲(chǔ)存，但是氣態(tài)氫氣要高壓氣罐儲(chǔ)存，液態(tài)氫氣則需保持低溫，對(duì)容器的要求較高。其次，在運(yùn)輸過(guò)程中，由于氫氣的易燃易爆特性，也要專門(mén)鋪設(shè)新的管道。這也就意味著想要實(shí)現(xiàn)氫燃料動(dòng)力電池車的普及，要建立一整套配套設(shè)施，前期投資成本過(guò)高。這也造成了氫燃料動(dòng)力電池車推廣力度不大的現(xiàn)狀。
總結(jié)：通過(guò)上面的文章，相信大家對(duì)新能源車的電池分類有了一定的認(rèn)識(shí)。其實(shí)從電池的本質(zhì)來(lái)看，并沒(méi)有哪一種電池有著絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，只是在特定的需求和政策的導(dǎo)向之下，三元鋰離子電池逐漸成為了市面上新能源車的重要選擇。雖然我國(guó)的新能源汽車發(fā)展迅猛，不過(guò)現(xiàn)階段的動(dòng)力鋰電池，在充電速度、續(xù)航里程、重量控制、低溫性能等方面，都還有很大的提升空間。相信隨著進(jìn)一步的發(fā)展，一定會(huì)有更加適合新能源車特性的電池誕生。
純電動(dòng)汽車高壓電安全設(shè)計(jì)
純電動(dòng)汽車高壓電安全設(shè)計(jì)
高壓電系統(tǒng)的功能是保證整車系動(dòng)力電能的傳輸，并隨時(shí)檢測(cè)整個(gè)高壓系統(tǒng)的絕緣故障、斷路故障、接地故障和高壓故障等，以保證設(shè)備和人員安全為首要任務(wù)，也是電動(dòng)汽車輛產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)之一。自1970年前后，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO,IEC)和美國(guó)、歐洲、日本等都先后成立了開(kāi)展電動(dòng)汽車輛標(biāo)準(zhǔn)研究和制定工作的標(biāo)準(zhǔn)化組織和機(jī)構(gòu)，相繼公布了若干電動(dòng)汽車輛的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。人們對(duì)電動(dòng)汽車輛的高壓電安全及控制制定了較為嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和要求，并規(guī)定了高壓系統(tǒng)必須具備高壓自動(dòng)切斷裝置。其中涉及與純電動(dòng)汽車安全有關(guān)的氣特性有：絕緣特性、漏電流、充電器的過(guò)流特性、爬電距離及電氣間隙等。
純電動(dòng)汽車高壓電安全保護(hù)的執(zhí)行要點(diǎn)是，首先確保高壓電源等的運(yùn)行安全和高壓電的接通必須具備既定的先決條件，以及基于外部故障診斷的自動(dòng)斷開(kāi)和被動(dòng)斷開(kāi)。
1．高壓互鎖
為確保高壓母線快速連接器的連接可靠，在高壓電回路中并聯(lián)一組隨快速連接器一起安裝的高壓互鎖回路，并連接到EVSM，用來(lái)動(dòng)態(tài)檢測(cè)高壓快速連接器連接的可靠程度。當(dāng)檢驗(yàn)到商壓回路的連接沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的完整性要求時(shí)，EVSM將直接或通過(guò)整車控制器禁止相關(guān)動(dòng)力電源的輸出，直到該故障完全排除為止。否則會(huì)存在高壓電暴露、連接不良造成動(dòng)力回路輸出功率下降，甚至使連接器燒毀等不良后果。
2．接通信號(hào)的互鎖控制
只有電動(dòng)汽車上與高壓電控制相關(guān)的管理模塊都發(fā)出許可閉合的線控信號(hào)后，才能使專門(mén)設(shè)計(jì)的高壓電閉合模塊進(jìn)入預(yù)充電過(guò)程，而只有符合事先設(shè)計(jì)要求的預(yù)充電過(guò)程才能最終使高壓電回路完全閉合，電源系統(tǒng)才有能力向外供給能量。同樣，在緊急的情況下，所有參與高壓電控制的相關(guān)管理模塊都可超越整車控制器，通過(guò)COMM控制線強(qiáng)行要求EVSM切斷高壓電源的輸出。
3．被動(dòng)安全控制
在遇到緊急情況時(shí)，尤其是嚴(yán)重的碰撞，將會(huì)使車內(nèi)的純電動(dòng)汽車蓄電池單元、高壓用電器等與車身固定件之間發(fā)生碰撞擠壓等情況，造成潛在的脫落、短路等瞬間絕緣性能的快速下降或高壓主回路電路的短接等非常危險(xiǎn)的情況。為適應(yīng)這種被動(dòng)控制的需求，在EVSM中可以設(shè)置一個(gè)加速度傳感器的信號(hào)輸入電路，經(jīng)過(guò)一個(gè)專門(mén)的數(shù)據(jù)處理模塊，診斷出一個(gè)被動(dòng)安全信號(hào)送CPU處理，并通過(guò)事件CAN幀及時(shí)與整車控制器通信，快速切斷電源系統(tǒng)的輸出。
4．接通過(guò)程的安全珍斷與控制
正確的接通過(guò)程就是一個(gè)檢驗(yàn)和確保供電（蓄電池等）、負(fù)載（電機(jī)及控制器、DC/DC等）及高壓控制繼電器自身的安全運(yùn)行的過(guò)程。控制命令可以來(lái)自于線控信號(hào)，也可以來(lái)自于CAN網(wǎng)絡(luò)。所有的請(qǐng)求接通命令，都要一個(gè)按時(shí)的確認(rèn)過(guò)程，確認(rèn)的周期大約為60ms，與人工操作的反應(yīng)時(shí)間相當(dāng)。這樣就十分有效地兼顧了命令的正確傳遞和必要的響應(yīng)速度，提高了高壓電接通過(guò)程的可靠性。引入預(yù)充電電阻，目的就是為了在安全接通高壓系統(tǒng)前，正確感知輸出線路是否存在負(fù)載過(guò)大甚至可能短路等故障。對(duì)高壓輸出端實(shí)行預(yù)充電，可有足夠的時(shí)間來(lái)實(shí)時(shí)檢測(cè)預(yù)充電過(guò)程中高壓回路中電壓與時(shí)間的變化關(guān)系，并據(jù)此來(lái)判斷輸出線路的狀態(tài)，以確定下一步的控制操作完全接通還是禁止接通。這種直流電源與負(fù)載接通過(guò)程的安全控制，可以最大程度地防止高壓用電器的永久性損壞，及時(shí)告知駕駛員進(jìn)行必要的車輛維護(hù)。
5．運(yùn)行過(guò)程中絕緣電阻的安全診斷
電動(dòng)汽車在行駛過(guò)程中，由于振動(dòng)、沖擊以及動(dòng)力鋰電池腐蝕性液體、氣體等的影響，使高壓。電路與電底盤(pán)等低壓電路之間的當(dāng)量絕緣電阻成為一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的物理參量，其大小與高壓電路回路中高壓用電器的多少及用電的狀態(tài)有關(guān)。為此對(duì)高壓電絕緣狀態(tài)的在線動(dòng)態(tài)檢測(cè)是安全診斷的關(guān)鍵，它綜合了蓄電池主供電回路、高壓電回路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等高壓用電器與汽車車身之間的絕緣狀況。在出現(xiàn)絕緣故障時(shí)，首先啟動(dòng)故障診斷程序來(lái)對(duì)故障進(jìn)行分級(jí)，通過(guò)判斷故障的變化趨勢(shì)來(lái)確定故障是漸進(jìn)變化而來(lái)，還是突發(fā)出現(xiàn)。若故障是突發(fā)出現(xiàn)的，則迅速啟動(dòng)CAN事件幀通知上級(jí)控制器，否則仍然按既定的時(shí)序通報(bào)給上級(jí)控制器，上級(jí)控制器應(yīng)當(dāng)反饋相應(yīng)的處理結(jié)果。
6．?dāng)嚅_(kāi)過(guò)程的控制策略
在正常或在無(wú)重大故障時(shí)，與接通過(guò)程相同，接受請(qǐng)求斷開(kāi)的命令也要一個(gè)確認(rèn)的過(guò)程，同時(shí)保證命令的正確傳遞和必要的響應(yīng)速度，邂免電動(dòng)汽車正常行駛時(shí)的非正常斷開(kāi)，提高工作可靠性。而當(dāng)高壓電系統(tǒng)存在故障時(shí)，如何斷開(kāi)供電回路，是一個(gè)非常值得仔細(xì)研究的問(wèn)題。在人身安全受到威脅的情況下應(yīng)當(dāng)毫不猶豫地?cái)嚅_(kāi)高壓電，而在其他情況下的斷開(kāi)則必須服從一定的優(yōu)先級(jí)。首先必須了解高壓電故障的嚴(yán)重等級(jí)，了解整車的驅(qū)動(dòng)和能源裝置的運(yùn)行狀態(tài)，并使整車控制器盡快轉(zhuǎn)入非驅(qū)動(dòng)狀態(tài)等。其中包括在極端情況下的緊急斷開(kāi)策略；考慮到行車擋位和車速的高壓安全斷開(kāi)策略；考慮各能源裝置運(yùn)行狀況的斷開(kāi)策略。而一旦斷開(kāi)高壓供電，則必須由操作者有意識(shí)地動(dòng)作進(jìn)行復(fù)位，并在一定的時(shí)間間隔待原先的故障消失后，才能進(jìn)入下一次的接通過(guò)程。
