汽車動力電池

汽車架構人 發佈 2023-01-15T17:19:58.358818+00:00

電動汽車電池分兩大類,蓄電池和燃料電池。蓄電池適用於純電動汽車,包括鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鈉硫電池、二次鋰電池、空氣電池、三元鋰電池。

電動汽車電池分兩大類,蓄電池和燃料電池。蓄電池適用於純電動汽車,包括鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鈉硫電池、二次鋰電池、空氣電池、三元鋰電池。

燃料電池專用於燃料電池電動汽車,包括鹼性燃料電池(AFC)、磷酸燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC )、固體氧化物燃料電池(SOFC)、質子交換膜燃料電池(PEMFC )、直接甲醇燃料電池(DMFC )。

功能

隨著電動汽車的種類不同而略有差異。在僅裝備蓄電池的純電動汽車中,蓄電池的作用是汽車驅動系統的唯一動力源。而在裝備傳統發動機(或燃料電池)與蓄電池的混合動力汽車中,蓄電池既可扮演汽車驅動系統主要動力源的角色,也可充當輔助動力源的角色。可見在低速和啟動時,蓄電池扮演的是汽車驅動系統主要動力源的角色;在全負荷加速時,充當的是輔助動力源的角色;在正常行駛或減速、制動時充當的是儲存能量的角色。

組成

燃料電池由燃料在陽極氧化,氧化劑在陰極還原。如果在陽極(即外電路的負極,也可稱燃料極)上連續供給氣態燃料(氫氣),而在陰極(即外電路的正極,也可稱空氣極)上連續供給氧氣(或空氣),就可以在電極上連續發生電化學反應,並產生電流。由此可見,燃料電池與常規電池不同,它的燃料和氧化劑不是儲存在電池內,而是儲存在電池外部的儲罐中。當它工作(輸出電流並做功)時,需要不間斷地向電池內輸入燃料和氧化劑並同時排出反應產物。因此,從工作方式上看,它類似於常規的汽油或柴油發電機。

由於燃料電池工作時要連續不斷地向電池內送入燃料和氧化劑,所以燃料電池使用的燃料和氧化劑均為流體(氣體或液體)。最常用的燃料為純氫、各種富含氫的氣體(如重整氣)和某些液體(如甲醇水溶液),常用的氧化劑為純氧、淨化空氣等氣體和某些液體(如過氧化氫和硝酸的水溶液等)。

燃料電池陽極的作用是為燃料和電解液提供公共界面,並對燃料的氧化產生催化作用,同時把反應中產生的電子傳輸到外電路或者先傳輸到集流板後再向外電路傳輸。陰極(氧電極)的作用是為氧和電解液提供公共界面,對氧的還原產生催化作用,從外電路向氧電極的反應部位傳輸電子。由於電極上發生的反應大多為多相界面反應,為提高反應速率,電極一般採用多孔材料並塗有電催化劑。

電解質的作用是輸送燃料電極和氧電極在電極反應中所產生的離子,並能阻止電極間直

接傳遞電子。

隔膜的作用是傳導離子、阻止電子在電極間直接傳遞和分隔氧化劑與還原劑。因此隔膜

必須是抗電解質腐蝕和絕緣的物質,並具有良好耐潤濕性。

電池組

電動汽車電池組由多個電池串聯疊置組成。一個典型的電池組大約有96個電池,充電到4.2V的鋰離子電池而言,這樣的電池組可產生超過400V的總電壓。儘管汽車電源系統將電池組看作單個高壓電池,每次都對整個電池組進行充電和放電,但電池控制系統必須獨立考慮每個電池的情況。如果電池組中的一個電池容量稍微低於其他電池,那麼經過多個充電/放電周期後,其充電狀態將逐漸偏離其它電池。如果這個電池的充電狀態沒有周期性地與其它電池平衡,那麼它最終將進入深度放電狀態,從而導致損壞,並最終形成電池組故障。為防止這種情況發生,每個電池的電壓都必須監視,以確定充電狀態。此外,必須有一個裝置讓電池單獨充電或放電,以平衡這些電池的充電狀態。

電池組監視系統的一個重要考慮因素是通信接口。就PC板內的通信而言,常用的選項包括串行外設接口(SPI)總線、I2C總線,每種總線的通信開銷都很低,適用於低干擾環境。另一個選項是控制器區域網(CAN)總線,這種總線在汽車應用中被廣泛使用。CAN總線非常棒,具有誤差檢測和故障容限特性,但是它的通信開銷很大,材料成本也很高。儘管從電池系統到汽車主CAN總線的連接是值得要的,但在電池組內採用SPI或I2C通信是有優勢的。

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