1.蓄电池的作用。 蓄电池是电动汽车的动力源,它供给汽车驱动行驶所需的电能,同时它也供应汽车上各种辅助装置的工作电源。动力电池一直以来被视为电动车发展的重要标志性技术,也是制约电动车发展的重要瓶颈,其性能好坏直接关系到整车续航里程的长短。 2.蓄电池的组合。 蓄电池在车上安装前需要通过串并联的方式进行组合,组合后电压一般为12V或24V,电动机驱动一般要求为高压电源,并且所采用的电动机类型不同,其要求的电压等级也不同。为满足该要求可以用多个12V或24V的蓄电池串联成96~384V高压直流电池组,再通过DC/DC转换器供给所需的不同电压。也可按所需要求的电压等级,直接由蓄电池组合成不同电压等级的电池组,不过这样会给充电和能源管理带来相应的麻烦。 另外,由于制造工艺等因素,即使同一批量的蓄电池其电解液浓度和性能也会有所差异,所以在安装电池组之前,要求对各个蓄电池进行认真的检测并记录,尽可能把性能接近的蓄电池组合成同一组,这样有利于动力电池组性能的稳定和延长使用寿命。 如图3-21所示,电池需要经过国家碰撞试验检验,正面和侧面碰撞不能发生过短路或漏电现象。
3.蓄电池的类型。
电池从广义上讲主要可分为化学电池、物理电池和生物电池三大类,常见的电动汽车使用化学电池,见表3-1所示。
4.锂离子电池。
锂离子电池是目前电动汽车上最常用的电池种类之一,其优点是能量密度高、循环使用寿命长等。
如今,在售电动汽车配备的锂电池主要有磷酸铁锂电池和三元锂电池两种。
(1)磷酸铁锂电池。
磷酸铁锂电池是用磷酸铁锂( LiFePO4)材料作电池正极的锂离子电池,是2002年后推岀的产品是锂离子电池家族的新成员。
磷酸铁锂电池外形如图3-22所示,它的能量密度约为100~110Wh/kg,其热稳定性是目前车用锂电池中最好的,当电池温度处于500℃~600℃高温时,其内部化学成分才开始分解,而同属锂电池的钻酸锂电池在180℃~250℃时内部化学成分就已处于不稳定状态。所以,在锂电池中磷酸铁锂电池的安全性较高,也正因如此,其在电动汽车高压电池市场占有率非常高。例如,比亚迪e6、k9及秦上的 ET-POWER铁电池实际上是磷酸铁锂电池。电动汽车领域巨头通用VOLT沃蓝达也是使用该类型电池。
使用在比亚迪e6B上的每个电池单体3.3V,终止充电电压为3.6V,终止放电电压2.0V。电池组由11个模组构成,共96节电池组成,电池包标称电压为316.8V,容量为210Ah,一次充电61度。
磷酸铁锂电池的内部结构如图3-23所示。左边是电池的正极,由铝箔与电池正极连接,中间是聚合物的隔膜,它把正极与负极隔开,但锂离子Li+可以通过而电子e-不能通过,右边是由碳(石墨)组成的电池负极,由铜箔与电池的负极连接。电池的上下端之间是电池的电解质,电池由金属外壳密闭封装。
磷酸铁锂电池在充电时,正极中的锂离子Li+通过聚合物隔膜向负极迁移;在放电过程中,负极中的锂离子Li+通过隔膜向正极迁移。锂离子电池就是因锂离子在充放电时来回迁移而命名的。
(2)三元锂电池。
与磷酸铁锂电池相比,特斯拉 MODEL S使用的三元锂电池在重量能量密度上要高出许多,约为200Wh/kg,这也就意味着同样重量的三元锂电池比磷酸铁锂电池的续航里程更长。
不过其缺点也显而易见,当自身温度为250℃~350℃时,内部化学成分就开始分解,因此对电池管理系统提岀了极高的要求,需要为每节电池分别加装保险装置,除此之外,由于单体体积很小,所以单车要的电池单体数量非常庞大,如图3-24所示。以 MODEL S为例,7000余节18650三元锂电池才能满足一辆车的装配用量,这无疑又为电池管理系统进一步加大了控制难度。因此,目前市场在售车型中,只有特斯拉一家使用的是三元锂电池。
(3)镍氢电池。
镍氢电池外形如图3-25所示,以丰田普锐斯为代表的很多混合动力汽车均采用镍氢电池,其能量密度与普通的锂电池差距并不大,约为70~100Wh/kg,但由于电池单体电压仅为1.2V,是锂电池的1/3,因此在需求电压一定的情况下,其电池组的体积要比锂电池大一些。
与锂电池一样,镍氢电池也需要电池管理系统,不过其更注重电池的充放电管理。之所以存在这样的区别,主要是源于镍氢电池具有“记忆效应”,即电池在循环充放电过程中容量会出现衰减而过度充电或放电,都可能加剧电池的容量损耗。因此对于厂商来说,镍氢电池控制系统在设定上都会主动避免过度充放电,如将电池的充放电区间人为控制在总容量的一定百分比范围内,以降低容量衰减速度。
丰田普锐斯采用的就是镍氢电池组,与锂电池相比其稳定性更好,但由于记忆效应,其电池充放电控制较为严格,除电池管理系统控制外,使用时也尽量避免电量耗尽再进行充电。
5.电池的防漏电措施。
电池必须具有防漏电安全设计,例如比亚迪e6电池具有8重全面防电措施:地板屏蔽、漏电保护器、高压线自屏蔽、电池包自密封、电池锁止机构、强撞击自动断电、异常状态监视报警系统防短路散压阀及紧应急开关自熔保险,保证消除漏电隐患,保持电动汽车安全。
