蓄电池有哪些种类
蓄电池是电动汽车的动力源泉。蓄电池的种类大致可以为:铅酸蓄电池、镍氢蓄电池、镍氢蓄电池、锂离子电池、镍镉电池、钠硫蓄电池、镍锌蓄电池、锌空气蓄电池、飞轮电池。目前,制约电动汽车发展的关键因素是动力蓄电池不理想。其成本贵,使用寿命短,蓄电能力不强。要使电动汽车能与内燃机汽车相竞争,关键是开发出比能量高、比功率大、使用寿命长、成本低的蓄电池。
铅酸蓄电池:
铅酸蓄电池的发展历史最久用于最广泛的一种电池,广泛用用于内燃机汽车的起动动力源。它也是成熟的电动汽车蓄电池,它可靠性好、原材料易得、价格便宜;比功率也基本上能满足电动汽车的动力性要求。但它也存在很大的缺点;一是比能量低,所占的质量和体积太大,且一次充电行驶里程较短;另一个是使用寿命短,使用成本过高;属于强酸型,污染严重。
镍氢蓄电池:
镍氢蓄电池属于碱性电池,镍氢蓄电池循环使用寿命较长,无记忆效应,但价格较高。它的初期购置成本虽高,但由于其在能量和使用寿命方面的优势,因此其长期的实际使用成本并不高。目前国外生产电动汽车镍氢蓄电池的公司主要是Ovonie、丰田和松下的一个合资公司。Ovonie现有80A•h和130A•h两种单元电池,其比能量达75-80W•h/kg,循环使用寿命超过600次。这种蓄电池装在几种电动汽车上试用,其中一类车一次充电可行驶345km,有一辆车一年中行驶了8万多公里。由于价格较高,目前尚未大批量生产。国内已开发出55A•h和100A•h 单元电池,比能量达65 W•h/kg,功率密度大于800W/kg的镍氢蓄电池。
锂离子电池:
锂离子二次电池作为新型高电压、高能量密度的可充电电池,其独特的物理和电化学性能,具有广泛的民用(如手机电池)和国防应用的前景。其突出的特点是:重量轻、储能大、无污染、无记忆效应、使用寿命长。在同体积重量情况下,锂电池的蓄电能力是镍氢电池的1.6倍,是镍镉电池的4倍,并且目前人类只开发利用了其理论电量的20%~30%,开发前景非常光明。同时它是一种真正的绿色环保电池,不会对环境造成污染,是目前最佳的能应用到电动车上的电池。
镍镉电池:
镍镉电池的应用广泛程度仅次于铅酸蓄电池,其比能量可达55W•h/kg,比功率超过190W/kg。可快速充电,循环使用寿命较长,是铅酸蓄电池的两倍多,可达到2000多次,但价格为铅酸蓄电池的4~5倍。它的初期购置成本虽高,但由于其在能量和使用寿命方面的优势,因此其长期的实际使用成本并不高。缺点是有“记忆效应”,容易因为充放电不良而导致电池可用容量减小。须在使用十次左右后,作一次完全充放电,如果已经有了“记忆效应”,应连续作3~5次完全充放电,以释放记忆。另外镉有毒,使用中要注意做好回收工作,以免镉造成环境污染。
钠硫蓄电池:
钠硫电池的优点:一个是比能量高。其理论比能量为760W•h/kg,实际已大于100W•h/kg,是铅酸电池的3~4倍;另一个是可大电流、高功率放电。其放电电流密度一般可达200~300mA/mm2,并瞬时间可放出其3倍的固有能量;再一个是充放电效率高。由于采用固体电解质,所以没有通常采用液体电解质二次电池的那种自放电及副反应,充放电电流效率几乎100%。钠硫电池缺点,主要其工作温度在300~350℃,所以,电池工作时需要一定的加热保温。而高温腐蚀严重,电池寿命较短。现在已有采用高性能的真空绝热保温技术,可有效地解决这一问题。也有性能稳定性及使用安全性不太理想等问题。在80~90年代,国外重点发展钠硫电池作为固定场合下(如电站储能)应用,并越来越显示其优越性。
镍锌蓄电池:
新型密封镍锌电池具有高质量能、高质量功率和大电流放电的优势。这种优势使得镍锌电池能够满足电动车辆在一次充电行程、爬坡和加速等方面对能量的需求。镍锌电池是美国国家能源研究公司(ERC)开发和生产的产品,厦门电池总厂已与其合作引进了此产品。镍锌电池是极具竞争力的电池。其优点:是其比能量达到50Wh/k以上,体积能量已超过镍镉电池,小于镍氢电池。大电流放电,电池的电压将在宽广的范围是平衡的,且具很长的使用寿命,循环寿命≥500次。充电时间≤3.5h,快速充电≤1h。特别值得一提的是自放电抗电荷量衰减性十分好,在室温下一个月,自放电量不到30%额定电荷量。在50℃高温,以C/3放电,电池电荷量衰减≤10%额定电荷量,而在-15℃,C/3放电≤30%。镍锌电池与铅酸电池外廓上具有很好的兼容性,凡现在应用铅酸电池的车辆,均可换用镍锌电池。从现在的价格看,镍锌还显稍贵些,但相信待其应用量上去后,价格自然会降下来。与铅酸电池外形轮廓的兼容性,使镍锌电池更方便替代铅酸电池而成为电动车的理想动力电源。
锌空气蓄电池:
锌空气电池又称锌氧电池,是金属空气电池的一种。锌空气电池比能理论值是1350W•h/kg,现在的比能量已达到了230Wh/kg,几乎是铅酸电池的8倍。可见锌空气电池的发展空间非常大。锌空气电池只能采取抽换锌电极的办法进行“机械式充电”。更换电极的时间在3min即可完成。换上新的锌电极,“充电”时间极短,非常方便。如此种电池得到发展,省去了充电站等社会保障设施的兴建。锌电极可在超市、电池经营点、汽配商店等购买,对普及此电池电动车十分有利。这种电池具有体积小,电荷容量大,质量小,能在宽广的温度范围内正常工作,且无腐蚀,工作安全可靠,成本低廉等优点。现在试验电池的电荷容量仅是铅酸电池的5倍,不甚理想。但5倍于铅酸电池的电荷量已引起了世人的关注,美国、墨西哥,新加坡及一些欧洲国家都已在邮政车、公共汽车、摩托车上进行试用,也是一极有前途的电动车用电池。
飞轮电池:
飞轮电池是90年代才提出的新概念电池,它突破了化学电池的局限,用物理方法实现储能。当飞轮以一定角速度旋转时,它就具有一定的动能。飞轮电池正是以其动能转换成电能的。高技术型的飞轮用于储存电能,就很像标准电池。飞轮电池中有一个电机,充电时该电机以电动机形式运转,在外电源的驱动下,电机带动飞轮高速旋转,即用电给飞轮电池“充电”增加了飞轮的转速从而增大其功能;放电时,电机则以发电机状态运转,在飞轮的带动下对外输出电能,完成机械能(动能)到电能的转换。当飞轮电池出电的时,飞轮转速逐渐下降,飞轮电池的飞轮是在真空环境下运转的,转速极高(200000r/min),使用的轴承为非接触式磁轴承。据称,飞轮电池比能可达150W•h/kg,比功率达5000~10000W/kg,使用寿命长达25年,可供电动汽车行驶500万公里。
电动车电池按电解质性质,可分为酸性和碱性电池。酸性电池主要指铅酸电池,即采用酸性电解液的电池。碱性电池则指用碱性电解液如KOH,NaOH等的电池如铁镍(FENi)电池、镉镍(CdNi)电池、金属氢化物镍(MHNi)电池、锌镍(ZnNi)和锂(Li)电池等。按电池的排气方法,电池可分开敞型和密封型两种。开敞型电池,在每组单体电池气室上盖的中部开有注液孔,并用钻有排气孔的塞子塞住注液孔,这种 电池多用于固定型和燃油机动车上作起动电瓶,电动车不采用这种 电池。密封型电池则不管是酸性和碱性,设有单 向排气阀(无注液孔),称为安全阀。中等能量型比能量在 50-80WH /KG; 之间,如金属氢化物-镍 电池。低能量型比能量在30-50WH /KG; <= 之间,如铅酸 电池和镉镍 电池。可以反复充放电的电池称二次电池,它们 的寿命 以在一定的规范下完全充放 电的次数衡量。目前市场上绝大部分是 %"" 次以下的,如铅酸 电池、镉镍 电池、铁镍 电池、氢镍 电池等。品质差的电池,甚至寿命只有一百次或以下。目前市场上常用的电池有以下四种动力蓄电池,即阀控铅酸免维护蓄电池、胶体铅酸蓄电池、镍氢蓄电池和锂离子蓄电池
完全充放电指在使用中按出厂规定,充电到规定的充电终止电压,之后在使用中又放电到规定的放 电终止电压。所谓终止电压,并非是将 电池内电量完全放尽,充电和放 电终止电压的限值是为保护电池极板不受损坏。完全充放电达到 300-500 次是很理想的,一般情况下在300 次左右。如果每次放电都没有达到规定的终止电压值,那么电池的寿命还应长些。 2时率的标定值(c2 )更适合于电动自行车的实际情况,如果是以c20,或c10,标注的容量,则应按后面表4-4 和表4-5来换算成c5或c2,实际上,换算的结果往往不能使用,因为容量已经很低。应当明确一点,即上述条件只适用于以充电的方式补充电能的电池。按工作温度、电池有高温、中温、低温、常温 四种。以充电方式补充电能的电池绝大部分是常温电池;而高中低温则绝大部分是指燃料电池和特殊品种电解质的电池。高中低温的分类方法,主张不太相同,下面只是其中的一种。在高温条件下才能处于熔融状态的盐类 电解质,其工作温度在 100-170°C 以上,属于高温电池。这种电池开始工作以前有一个加热起动过,转入正常工作以后,燃料电池以自身产生的热维持电解质的熔融状态,有时还有多余的热可以放出和利用中温,在200-750°之间工作的电池。
电池采用贫液式结构;内部没有多余的液体,可任意放置,在行车颠簸或激烈摇晃条件下无电解液溢出。充电时产生的气体只能由专设的单 向排气 阀定压排 出,内部产生的气体压力不 够时安全阀不能打开,可以防止有害气体和杂质侵入、电解液的逸出和水分蒸发。由于结构的改进,一般情况下,充电时不产生气体或自己能消化产生的气体。按使用性质,电池有固定型和移动型(或称携带型)。 固定型多用于通信、军事和供 电。移动型又分起动型和牵引型,两种 电池工作性质完全不同,内燃机起动时,起动型电池要在短时间内提供超大 电流;牵引型则基本上是长时 均匀提供较大电流以维持电动机运转。使用性质不同,电池极板结构也不相同,主要原因是为适应放 电状态的需要。同时它们的容量标定方法和放 电时率也不相同。车用 电池 的放 电时率应为5 时率以下,对电动自行车来讲,应在3 时率以下。 低温,工作温度在 200cC 以下,如燃料 电池中的固体聚合物 电池(SPFC)的工作温度为60-80°,碱性电池( AFC )等的工作温度为60-80°。钠硫(Na-S )电池中电解质钠需要达到98才能熔解,而硫要熔解需达119°
燃料电池的工作温度常用热力学温度表示,对应于摄 氏温度0°C时的绝对温度值为-40-+50°C用绝对温度表示则为 573K。常温,指既不需要加温又不需要特殊 降温处理而能正常工作 以及其它在 50°之间正常工作的电池类别。车用电池的工作温度适宜采用-40-+50°C之间,既能适应我 国北方寒冷地区又能适应南方夏季炎热气温条件使用。对需要加温起动工作的燃料电池,在行车前也不需要等待较长时间和功率较大的加热设施,达到轻便实用和快捷。按比能量分,电池有高能量型、中等能量和低能量三个等级。钠硫、锂以及部分燃料电池属高能量型。其能量与自身重量比在 80WH/KG以上的,就目前条件讲,当属比能量较高的电池。
电池是电动汽车的动力源泉。目前,制约电动汽车发展的关键因素是动力蓄电池不理想。电动汽车蓄电池的主要性能指标是比能量、比功率和使用寿命等。要使电动汽车能与内燃机汽车相竞争,关键是开发出比能量高、比功率大、使用寿命长、成本低的蓄电池。
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