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一文读懂新能源汽车的构造特点和动力电池的分类

佛山市汽车企业创新服务中心2018-06-21 23:36:19

根据国家汽车产业发展规划,为了实现汽车产业“弯道超车”和节能减排的目的,最终是让纯电动汽车产业化。但目前由于受制于电池技术发展的瓶颈,无论对政府还是车企,都把混合动力作为一个“过渡”的路线。而是对于是以插电式混合动力还是常规混合动力的技术路线为主导,串联/并联/混联的结构究竟孰优孰劣,在业界依然存在一定的争议。


为了更加清晰简洁,我们将由浅入深地从下几个层面来区分:


  1.      新能源汽车 vs. 燃油汽车


2.     纯电动汽车 vs. 混合动力汽车


3.     插电式混合动力汽车 vs. 常规混合动力汽车


4.     串联/并联/混联比较




1新能源汽车相比于燃油汽车 



可以看出,受制于纯电动汽车发展的主要因素依然是电池技术以及充电配套设施不成熟。



2纯电动汽车相比于混合动力汽车 




混合动力的出现是为了弥补目前纯电动汽车续航里程不足的缺点,克服消费者续航里程焦虑。



3插电式混合动力相比于常规混合动力 



从政策上看,政府将插电式混合动力汽车列入补贴之内;从市场上来看,消费者似乎还是习惯于传统驾驶习惯的常规混合动力汽车。


即使购买插电式混合动力汽车,消费者仍然会按照传统燃油汽车进行驾驶,在这样的情况下,并没有发挥新能源汽车节能减排的功能。而深究其原因,其实还是“充电难”的问题。



4并联/串联/混联 



下图分别为并联,串联,混联三种插电式混合动力汽车的构造:

下图我们从不同的角度进行对比:

动力传动部件特点

驱动模式

适用路况

能量传递路线

发动机排放

整车布置

代表车型

串并混联三种方式各有特点,我们很难一概而论地去评价孰优孰劣,而其性能的充分发挥,与能量管理系统以及控制策略息息相关。



5总结 



随着电池技术的不断发展以及充电设施不断的完善,燃油汽车必然会逐步过渡到纯电动汽车。在过渡的过程,存在着不同技术路线的争论,技术路线之争的背后,其实夹杂着政府的意志,车企与政府间的博弈以及车企间利益的诉求。

无论插电式混合动力也好,还是串并联也好,谁能够满足消费者需求才是王道。




电池-->化学电池-->动力电池-->二次电池+燃料电池”

电池分类方法很多,为了让大家比较全面地了解动力电池,我们按“由大到小”的思路来叙述。



电池分大类




按照能量的来源,可以将电池分为三大类:


  • 化学电池:将物质的化学能通过化学反应转化为电能;


  • 物理电池:在一定条件下实现能量直接转换;


  • 生物电池:将生物质能直接转化为电能。


如下图所示:

像我们熟知的太阳能属于物理电池,而这里,我们主要关注化学电池。按照工作性质,我们将化学电池分为:


  • 一次电池,也称原电池,即不能够再充电的电池,如生活中常用的锌锰干电池;


  • 二次电池,即可充电的电池,这也是汽车动力电池最基本的要求;


  • 燃料电池,指正负极本身不含活性物质,活性材料连续不断从外部加入,如氢燃料电池;


对于汽车动力电池,我们主要关注化学电池中的燃料电池和二次电池,也就是有两条技术路线。一条是以锂电池为主要研究方向的二次电池,目前发展迅速可谓“炙手可热”;另一条是一直被寄予厚望的以氢燃料为主要研究方向的燃料电池,但由于氢的来源问题还未实现大规模量产和工业化应用。



动力电池分类



通过上面一节,我们理解了动力电池在整个电池家族的位置,那么我们进入正题。下面是一张比较经典的图:

不知道大家是否还记得我们上篇文章中提到的动力电池基本性能参数,便能很好理解上图Y轴的体积能量密度Wh/L(也简称能量密度)以及X轴质量能量密度Wh/kg(也称为比能量)的概念。


总体来讲,二次电池可以分为铅酸电池(Lead Acid),镍镉电池(Ni-Cd),镍氢电池(Ni-MH)以及锂电池(Li)。



动力电池比较



下面开始画重点:

(数据来源:国联汽车,第一电动等综合整理)

上图总结和比较了不同动力电池主要性能指标以及代表车型和电池生产企业,在二次电池中,锂电池无论在能量密度,寿命和环保性能上都具有很大的优势,是目前动力电池的首选。


而燃料电池虽然能量密度很高,但是由于燃料的来源(比如氢气)要消耗比普通电动汽车更多的能源以及产生很严重的污染,目前还是很大的瓶颈。


根据《节能与新能源汽车技术路线图》,动力电池(二次电池)未来发展趋势如下:



可以看出,随着技术不断成熟,电池的性能逐年提升,电池的寿命逐渐与整车寿命趋于一致,同时伴随着电池成本的逐年下降。


最后提一下氢燃料电池,与二次电池比起来,有一个很大的优势,就是可以在很快时间(小于五分钟)给电池加满燃料,而不是等上几个小时来充满电。氢燃料电池充入的是氢气,而最终产生水分,也没有废旧电池回收的问题,可以说是真正的新能源汽车。