¿Cuáles son los tipos de baterías de los vehículos eléctricos puros?

De la categoría grande, hay dos tipos principales de baterías para vehículos eléctricos: baterías y pilas de combustible. La batería es adecuada para vehículos eléctricos puros, incluidas baterías de plomo-ácido, baterías de níquel-cadmio, baterías de níquel-hidrógeno, baterías de sodio-azufre, baterías secundarias de litio y baterías de aire. Entre ellos, las baterías de plomo-ácido, las baterías de níquel-cadmio y las baterías de níquel-hidrógeno han aparecido relativamente temprano, y también son los tipos de baterías que generalmente se han eliminado. Hoy en día, los vehículos eléctricos puros convencionales son básicamente baterías de litio, que incluyen principalmente baterías de óxido de cobalto de litio, como los productos Tesla; baterías de óxido de manganeso y litio como Toyota Prius, Nissan Leaf; baterías de fosfato de hierro y litio como los productos BYD, ZINORO 1E, etc.

Las baterías de plomo-ácido son las baterías de vehículos de nueva energía más utilizadas. Las placas de las baterías de plomo-ácido son rejillas de aleación de plomo, el electrolito es ácido sulfúrico diluido y ambas placas están cubiertas con sulfato de plomo. Sin embargo, después de la carga, el sulfato de plomo de la placa del electrodo positivo se convierte en dióxido de plomo y el sulfato de plomo del electrodo negativo se convierte en plomo metálico. Al descargar, ocurre una reacción química en la dirección opuesta. La ventaja de la batería de plomo-ácido es que la fuerza electromotriz es relativamente estable durante la descarga y la desventaja es que la energía específica es pequeña y el medio ambiente es corrosivo.

Las baterías de hidruro metálico de níquel tienen una amplia gama de aplicaciones en vehículos híbridos de nueva energía. Tienen una gran relación de densidad de energía y pueden prolongar eficazmente el tiempo de viaje de los vehículos. Además, las baterías de hidruro metálico de níquel tienen características de descarga estables, curvas de descarga suaves y baja generación de calor. El volumen es demasiado grande y hay contaminación.

Las baterías de iones de litio tienen ventajas como alto voltaje de funcionamiento, gran energía específica, pequeño volumen, peso ligero, ciclo de vida prolongado, baja tasa de autodescarga, sin efecto memoria, sin contaminación, etc.en comparación con las baterías de plomo-ácido y el níquel. Baterías de hidrógeno. Cuantos más fabricantes de automóviles opten por utilizar baterías de iones de litio como batería de potencia para vehículos eléctricos puros.

Hay tres tipos de baterías de iones de litio, que son baterías de óxido de cobalto de litio, baterías de óxido de manganeso y litio y baterías de fosfato de hierro y litio. La batería de cobaltato de litio tiene alta eficiencia, gran corriente de descarga, alta velocidad de carga y peso ligero; pero la desventaja es que la estabilidad es relativamente pobre, por lo que esta tecnología de batería es difícil de fabricar celdas de batería de gran capacidad. La batería de manganato de litio tiene un costo ligeramente menor y no es tan radical como el óxido de cobalto de litio, tiene un buen rendimiento a baja temperatura y es más adecuada para su uso en regiones frías, pero la estabilidad a alta temperatura no es lo suficientemente excelente y es fácil abultarse, y el ciclo de vida se atenúa más rápido.

La batería de fosfato de hierro y litio se considera la tecnología de batería de vehículo más segura, porque la estabilidad de la batería de fosfato de hierro y litio, especialmente a altas temperaturas, es estable en comparación con la batería de óxido de cobalto de litio y la batería de óxido de manganeso y litio. Muchos, la posibilidad de un accidente como un incendio en una situación inesperada también es menor. Sin embargo, las baterías de fosfato de hierro y litio no son tan eficientes como las dos tecnologías de batería mencionadas anteriormente. El peso necesario para almacenar la misma energía es aproximadamente el doble que el de las baterías de óxido de cobalto y litio. No es de extrañar por qué esta nueva tecnología de baterías es tan difícil de convertir en un deportivo eléctrico de alto rendimiento.

Según los tipos de baterías de vehículos eléctricos que se utilizan actualmente en el mercado, se pueden dividir aproximadamente en: baterías de plomo-ácido, baterías de iones de litio y baterías de níquel-hidrógeno. Sin embargo, una gran cantidad de baterías coloidales de plomo-ácido selladas se encuentran ahora en el campo de los vehículos eléctricos, y las baterías de litio también se deben a su volumen. La mayoría de los usuarios también prefieren los métodos de carga pequeños, de larga duración y flexibles, pero el alto precio hace que muchos clientes se mantengan alejados de ellos.

Las baterías de plomo-ácido tienen el precio más bajo, buena seguridad y son las más utilizadas. China es el mayor productor mundial de baterías de plomo-ácido. Contiene componentes menos contaminados y es reciclable. La desventaja es que el volumen es pequeño. Es decir, bajo la misma capacidad, la batería es pesada y voluminosa. Las baterías coloidales son una clasificación de desarrollo de las baterías de plomo-ácido. El método más simple es agregar un agente gelificante al ácido sulfúrico para hacer que el ácido sulfúrico sea electrohidráulico en un estado coloidal. Una batería en la que el electrohidráulico es coloidal a menudo se denomina batería coloidal. En términos generales, la diferencia entre una batería coloidal y una batería de plomo-ácido convencional no es solo que el electrohidráulico se cambia a gelatinoso. Por ejemplo, los coloides acuosos no solidificados son la misma batería coloidal de la estructura y características de clasificación electroquímica.

El volumen específico de una batería de iones de litio es mejor que el de una batería de hidruro metálico de níquel. Para una batería de plomo-ácido de la misma capacidad, el peso de una batería de iones de litio es equivalente al de una computadora portátil, por lo que tanto las mujeres mayores como las débiles pueden usarla. Sin embargo, existe la posibilidad de explosión y quemado, que es un problema que debe resolverse con baterías de iones de litio.

El volumen específico de las baterías de hidruro metálico de níquel es mucho mejor que el de las baterías de plomo-ácido. La vida útil de las baterías de una sola celda también es buena y las características de carga y descarga de alta corriente son mejores que las de las baterías de plomo-ácido. El problema es que hay muchos problemas de gestión en la serie de baterías de níquel-hidrógeno. Una vez que se produce la carga, se formará el problema de la fusión del separador de celda única, lo que provocará una falla rápida de toda la batería. Por lo tanto, el problema técnico clave de la batería doméstica de hidruro metálico de níquel es el problema del cargador y el sistema de gestión de la batería, y este problema no ha atraído la atención suficiente de los fabricantes de baterías y de los fabricantes. Por tanto, el desarrollo de baterías de níquel-hidrógeno ha sufrido grandes limitaciones.

Las baterías de vehículos eléctricos incluyen baterías de plomo-ácido, baterías de níquel-hidrógeno, baterías de níquel-cadmio, baterías de iones de litio, baterías de polímero de litio, baterías de zinc-aire y pilas de combustible. Entre ellos, la batería se divide en batería libre de mantenimiento de plomo-ácido regulada por válvula, batería de plomo-ácido coloidal, batería de hidruro metálico de níquel y batería de iones de litio.

El uso principal de baterías de plomo-ácido y baterías de litio, las baterías de plomo-ácido son engorrosas, pero el precio es barato, el rendimiento es estable, la tecnología es relativamente madura; baterías de litio, el precio es más caro, pero el tiempo de uso es más largo, portátil. Compré una batería de plomo-ácido Tianneng en Daoyixing Mall en abril del año pasado. Ahora siento que sigue siendo bueno. La batería aún necesita más mantenimiento.

La batería del vehículo eléctrico es la fuente de energía de los vehículos eléctricos. La mayoría de los vehículos eléctricos actuales están equipados con baterías de plomo-ácido. Las baterías de plomo-ácido son económicas y económicas. Debido a que esta batería se puede cargar y se puede utilizar repetidamente, se denomina “batería de plomo-ácido”.

En 1860, la francesa Plante inventó una batería que usaba plomo como electrodo, que es el precursor de una batería de plomo-ácido. ,

Las bicicletas eléctricas pueden utilizar los siguientes cuatro tipos de baterías eléctricas, a saber, baterías libres de mantenimiento de plomo-ácido reguladas por válvula, baterías de plomo-ácido coloidales, baterías de hidruro metálico de níquel y baterías de iones de litio.

Baterías de plomo ácido

Las baterías de plomo-ácido son ampliamente utilizadas y estudiadas por varios vehículos eléctricos en varios países debido a su bajo precio, abundantes fuentes de materiales, alta potencia específica, tecnología madura y procesos de fabricación, y alta tasa de recuperación de recursos. Como vehículo personal que ahorra mano de obra, conveniente, rápido, cómodo, económico y sin emisiones, las bicicletas eléctricas han sido ampliamente aceptadas y valoradas por los departamentos estatales pertinentes. El Grupo de Investigación sobre la Estrategia de Desarrollo de la Industria del Vehículo Eléctrico Ligero, que contó con la participación del Centro de Investigación para el Desarrollo del Consejo de Estado, la Comisión Nacional de Desarrollo y Reforma, el Ministerio de la Construcción y el Ministerio de Ciencia y Tecnología, presentó el informe. sobre el “Estudio sobre la estrategia de desarrollo de la industria del vehículo eléctrico ligero”. El número de bicicletas eléctricas en el país ha superado los 30 millones. Más del 95% de las bicicletas eléctricas utilizan baterías VRLA.

La gran mayoría de las bicicletas eléctricas comerciales son baterías de plomo-ácido selladas, que no necesitan reponerse con frecuencia y no requieren mantenimiento. La principal reacción química es: PbO2 + 2H2SO4 + Pb ← Cargando, Descargando → 2PbSO4 + 2H2O

Cuando se carga la batería de plomo-ácido, el plomo esponjoso del polo de itrio-yang que se convierte en sulfato de plomo libera el componente de ácido sulfúrico fijado en el electrolito y se convierte en plomo y óxido de plomo en esponja, respectivamente, y la concentración de ácido sulfúrico en el electrolito aumenta continuamente; El óxido de plomo en el ánodo durante la descarga y el plomo esponjoso en la placa del cátodo reaccionan con el ácido sulfúrico en el electrolito para convertirse en sulfato de plomo, y la concentración de ácido sulfúrico en el electrolito disminuye continuamente. Cuando la batería de plomo-ácido no está completamente cargada, el sulfato de plomo en las placas yin y yang no se puede convertir completamente en plomo esponjoso y óxido de plomo. Si la batería es insuficiente durante un período prolongado, el sulfato de plomo cristalizará, la placa se vulcanizará y la calidad de la batería se deteriorará; Cuando la batería está sobrecargada, la cantidad de oxígeno generado por el ánodo es mayor que la capacidad de adsorción del cátodo, por lo que la presión interna de la batería aumenta, provocando que el gas se desborde, el electrolito se reduce y el material activo puede ablandarse. o caerse, y la duración de la batería se acorta considerablemente.

Se ha mejorado enormemente el rendimiento completo

En los últimos 10 años, el rendimiento integral de las baterías de plomo reguladas por válvulas para bicicletas eléctricas ha mejorado enormemente. Tome la batería 6-DZM-10 como ejemplo. En 1997, este tipo de batería tiene una capacidad insuficiente. La capacidad de descarga de 2 horas (5 A) es inferior a 10 Ah; la energía específica es baja, la energía específica de la tasa de 2 h es inferior a 30Wh / kg; la vida es corta, y el ciclo de vida del 100% de profundidad de descarga es solo 50 ~ 60 veces (antes de que la capacidad cayera a 8Ah; lo mismo a continuación), la vida útil es solo 3 ~ 5 meses.

En 2003, la capacidad de descarga de 2 horas (5 A) alcanzó los 11 ~ 13 Ah; la energía específica de 2 horas alcanzó 33 ~ 36Wh / kg; la vida útil del ciclo de profundidad de descarga del 100% alcanzó 250 ~ 300 veces, y la vida útil podría llegar a más de 12 meses. Básicamente, se han resuelto los problemas de las baterías de plomo-ácido reguladas por válvula para bicicletas eléctricas.

Hay un nuevo y gran avance en el rendimiento de ciclo de vida profundo de este tipo de batería. Las principales prestaciones son las siguientes: la capacidad de descarga inicial de 2 h (5 A) alcanza los 14 Ah; La energía específica de 2 horas alcanza los 38Wh / kg; La profundidad de descarga del 100% tiene un ciclo de vida de más de 400 veces, la capacidad de descarga total es de 4500 Ah y el kilometraje acumulado correspondiente es de aproximadamente 18000 km (a 4 km) / Ah, igual que a continuación). La mayor vida útil del ciclo profundo es más de 600 veces, y la capacidad de descarga total es de 6151 Ah, y el kilometraje acumulado correspondiente es de aproximadamente 24,600 km. Si la capacidad es inferior a 7 Ah como marca del final de la vida útil, la vida útil del ciclo profundo es de 943 ciclos, la capacidad de descarga total es de 8710 Ah y el kilometraje acumulado correspondiente es de aproximadamente 34800 km. Si presiona 250 veces la vida útil del ciclo profundo o libera la capacidad total de 2250 Ah, se puede garantizar el kilometraje acumulado correspondiente de 9000 km durante 1 año.

Presta atención a la coincidencia con el cargador.

En la práctica de muchos años de uso, los fabricantes de vehículos completos y los fabricantes de baterías de bicicletas eléctricas han reconocido gradualmente la importancia de hacer coincidir la batería y el equipo relacionado con el sistema de propulsión eléctrica, especialmente la combinación con el cargador. La calidad de fabricación es un requisito previo para la calidad de la batería, pero solo se puede utilizar con su cargador correspondiente para lograr el rendimiento superior de las baterías de alta calidad; de lo contrario, las baterías de alta calidad no pueden ejercer plenamente su potencial rendimiento superior.

Los parámetros de almacenamiento de las baterías de diferentes fabricantes son diferentes debido a diferencias en la formulación, estructura, concentración de ácido y similares. Por ejemplo, encontramos en el estudio que los parámetros de carga de las baterías de diferentes fabricantes en la etapa de voltaje constante pueden diferir en 1.5 ~ 2.0V (para paquetes de baterías de 36V). Los requisitos básicos para los parámetros de carga adecuados son: garantizar que la batería se pueda cargar completamente y que la capacidad de la batería no se vea atenuada debido a una carga insuficiente; y para garantizar que la batería no se deshidrate gravemente y se salga de control térmicamente debido a la sobrecarga durante toda su vida útil.

Batería de almacenamiento de plomo para vehículos eléctricos puros

La batería de almacenamiento de plomo abierta utilizada en los primeros vehículos eléctricos puros adoptó los resultados de la investigación durante el período de planificación del “5 de agosto” y ha logrado una experiencia exitosa de 19 meses (120 000 km). La clave es acumular el modo de carga de control y la profundidad de descarga. E hidratación oportuna y otros sistemas que combinan la experiencia laboral y la experiencia de mantenimiento meticuloso. En los últimos años, los vehículos eléctricos en miniatura de cuatro ruedas (incluidos los autobuses turísticos, los coches patrulla, los carritos de golf, los vehículos de carretera de corta distancia, etc.) se han desarrollado rápidamente y la mayoría de los coches utilizados son baterías de plomo abiertas. La batería del modelo correspondiente es la preferida por el fabricante de la batería.

El vehículo eléctrico adopta una nueva batería de almacenamiento de plomo sellada regulada por válvula. Su rendimiento es: 3 horas de capacidad de 55Ah; la energía específica es 33Wh / kg y 84Wh / L a las 3h; el ciclo de vida del 75% de la profundidad de descarga es más de 400 veces. Se cree que la experiencia exitosa de las baterías de almacenamiento de plomo controladas por válvulas para bicicletas eléctricas puede extenderse a las baterías de almacenamiento de plomo controladas por válvulas para vehículos eléctricos puros, y el rendimiento se mejorará aún más.

Batería de plomo para vehículos eléctricos híbridos

Los vehículos eléctricos híbridos ahora se dividen en tres categorías: ligeramente híbridos (es decir, los sistemas eléctricos se utilizan principalmente para arrancar y recuperar energía de frenado, los sistemas eléctricos de 42 V que se promoverán en todos los automóviles pertenecen a este tipo), moderadamente mixtos (es decir, eléctricos). se utiliza para arrancar, recuperar energía de frenado y recorridos de media y corta distancia), híbrido pesado (es decir, sistema eléctrico de arranque, recuperación de energía de frenado y conducción en distancias más largas, también conocido como "Plug-in").

Se ha aclarado en la literatura nacional y extranjera que en los vehículos eléctricos ligeramente mezclados, las baterías de almacenamiento de plomo reguladas por válvulas son ventajosas, principalmente debido a su bajo costo, tecnología madura y rendimiento confiable; baterías de almacenamiento de plomo controladas por válvula para vehículos eléctricos de mezcla media. ALABC (Advanced Lead-Acid Battery Complex) se está desarrollando para prepararse para el mercado de vehículos eléctricos híbridos moderados con baterías MH-Ni. Se han introducido y probado en el vehículo baterías bipolares roll-on y TMF (metal). Batería de película fina); en el campo de los vehículos eléctricos muy mixtos, la batería de plomo tiene una energía específica baja y no puede cumplir con los requisitos de conducción del sistema eléctrico en largas distancias.

Batería coloidal

Es una mejora de las baterías de plomo-ácido ordinarias para electrolitos líquidos. Adopta electrolito gelatinoso y no hay líquido libre en su interior. En el mismo volumen, la capacidad de electrolito es grande, la capacidad de calor es grande y la capacidad de disipación de calor es fuerte, lo que puede evitar el fenómeno de fuga térmica que es fácil de generar en baterías generales; la concentración de electrolitos es baja y la corrosión de las placas es débil. La concentración es uniforme y no hay estratificación ácida.

Batería de hidruro de níquel-metal

(Ni-MH)

Las baterías de hidruro metálico de níquel son un recién llegado a la familia de baterías que surgió en la década de 1990 y están creciendo rápidamente. La reacción del electrodo de la batería Ni-MH es:

Electrodo positivo: Ni (OH) 2 + OH- = NiOOH + H2O + e-

Electrodo negativo: M + H2O + e = MHab + OH-Ni (OH) 2 + M = NiOOH + MHab

Es la misma batería alcalina que la batería de níquel-cadmio. Solo reemplaza el cd de cadmio del material del electrodo negativo en la batería de níquel-cadmio con el material de aleación de almacenamiento de hidrógeno (MH), y la fuerza electromotriz sigue siendo 1.32v. Tiene todas las excelentes características de las baterías de níquel-cadmio y su densidad de energía es más alta que la de las baterías de níquel-cadmio. Las principales ventajas son: mayor energía específica (mayor distancia para una carga); mayor potencia específica, descarga suave durante la operación de alta corriente (buena capacidad para acelerar la escalada); buen rendimiento de descarga a baja temperatura; ciclo de vida largo; seguro y confiable, sin mantenimiento; sin efecto memoria; sin problemas de contaminación al medio ambiente, renovables, acorde con el concepto de desarrollo sostenible. Sin embargo, las baterías de Ni-MH son demasiado caras y caras.

batería de iones de litio

La batería de iones de litio es una nueva batería de alta energía que fue introducida por primera vez en el mercado por Sony Corporation de Japón en 1990. La ventaja es que tiene una energía específica más alta y es la batería actual con la energía más alta. Se ha promovido y aplicado en productos de información portátiles.

Generalmente se considera que las baterías de iones de litio tienen las siguientes ventajas: gran energía específica; alto poder específico; pequeña autodescarga; sin efecto memoria; buenas características de ciclo; descarga rápida, alta eficiencia; amplio rango de temperatura de funcionamiento; sin contaminación ambiental, etc. Se espera que entre en las filas de la mejor fuente de energía del siglo XXI. Se espera que durante el período 2006-2012, cuando se desarrollen más las baterías de iones de litio, la participación de mercado de las baterías MH / Ni se reduzca. La cuota de mercado de iones de litio se ampliará. Se han vendido productos de bicicletas eléctricas que utilizan baterías de iones de litio.

Impulsadas por el desarrollo de materiales de cátodos nuevos y económicos con buena seguridad, buen rendimiento de ciclo y alta capacidad específica, las baterías de iones de litio para bicicletas eléctricas son casi prácticas. Se encuentran disponibles varias baterías de iones de litio para bicicletas eléctricas con un sistema de gestión de baterías (BMS). También hay fabricantes de bicicletas eléctricas que se especializan en la producción de baterías de iones de litio. El autor cree que la batería de iones de litio para bicicletas eléctricas será la primera batería del tipo de potencia de alto volumen comercializada en el automóvil; Será una batería práctica después de la batería de plomo, y también se utilizará para productos eléctricos de alta gama. La batería para bicicletas. Ha habido muchos informes sobre baterías de iones de litio a gran escala en automóviles y autobuses eléctricos puros, así como pruebas en vehículos eléctricos híbridos. De acuerdo con el nivel de desarrollo actual y la experiencia de las baterías de iones de litio, se considera que la seguridad de los paquetes de baterías de 48V10Ah para bicicletas eléctricas está garantizada, pero el uso de baterías de iones de litio a gran escala para vehículos eléctricos comerciales aún requiere mucho trabajo duro. Principalmente: automóviles y autobuses eléctricos puros, así como vehículos eléctricos híbridos, la cantidad de baterías utilizadas, el sistema es complejo, la seguridad es más difícil, los requisitos de confiabilidad y consistencia son más altos, el precio es demasiado alto. Se ha informado que Shenzhen BYD proporcionará 200 taxis con baterías de iones de litio como fuente de energía en 2005. Se ha pospuesto hasta 2007.

La pila de combustible

La celda de combustible convierte directamente la energía química en energía eléctrica para suministrar al motor que impulse el vehículo. Sus principales ventajas son: alta eficiencia, ahorro de combustible; cero emisiones; bajo nivel de ruido, etc., especialmente adecuado para la fuente de alimentación del vehículo. Los vehículos de pila de combustible de hidrógeno serán ideales para reemplazar los automóviles que funcionan con productos derivados del petróleo.

Batería de zinc-níquel (Zn-Ni)

Las baterías de Zn-Ni se han considerado como baterías para vehículos eléctricos que deben promocionarse. Desde la revisión de mercado de 4 a 5 años, casi nunca se usa en vehículos eléctricos comerciales. Esto se debe principalmente al alto precio de la batería de Zn-Ni (2,5 a 4 yuanes por VAH, 4 a 6 veces el de la batería de almacenamiento de plomo); durante el ciclo, la tasa de atenuación de la capacidad inicial es grande, lo que afecta la vida útil real del paquete de baterías. Además, el rápido desarrollo y la reducción de precios de las baterías de iones de litio hacen que las baterías de Zn-Ni sean menos competitivas en los vehículos eléctricos.

Batería de zinc-aire

La batería de zinc-aire es un tipo de batería de metal-aire y pertenece a la categoría de batería de semi-combustible. Tiene las ventajas de alta energía, abundante materia prima, bajo precio, sin contaminación y se considera un candidato competitivo para baterías para vehículos eléctricos.

Los chinos estadounidenses han establecido Power Zinc en Shanghai para producir baterías de zinc recargables mecánicamente y han construido talleres de demostración. Las bicicletas eléctricas fabricadas y las motocicletas eléctricas se cargaron con baterías de zinc-aire para las pruebas de kilometraje de conducción, alcanzando los 150 y 250 km respectivamente, y se llevaron a cabo una gran cantidad de trabajos de promoción y aplicación, y se establecieron 50 puntos de reemplazo de baterías en Shanghai. Sin embargo, en menos de un año, la promoción del trabajo de prueba se detuvo y los usuarios no aceptaron los resultados del examen de mercado. Posteriormente, con el apoyo de algunos líderes, se utilizó como fuente de energía un autobús eléctrico con la batería de zinc-aire fabricada por el fabricante. Sin embargo, debido al bajo rendimiento energético de la batería de zinc-aire, el rendimiento de arranque y aceleración del vehículo fue significativamente peor. Se ha trabajado mucho en el país y en el extranjero en el desarrollo de baterías de zinc-aire para vehículos eléctricos. En los últimos años, el desarrollo de baterías de zinc-aire para vehículos eléctricos en China ha resurgido, pero la práctica ha confirmado la superioridad de las baterías de zinc-aire y también ha expuesto algunos problemas que se han informado en el extranjero, como el reemplazo de electrodos de zinc. sistema de servicio y costo de regeneración, vida útil del electrodo de oxígeno, fuga del electrolito de la batería, fuga o desbordamiento.

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