¿Cuántas categorías de baterías para vehículos eléctricos?

Las baterías de vehículos eléctricos se dividen en dos categorías: baterías y pilas de combustible. La batería es adecuada para vehículos eléctricos puros, incluidas baterías de plomo-ácido, baterías de níquel-hidrógeno, baterías de sodio-azufre, baterías secundarias de iones de litio y baterías de aire.

Las celdas de combustible están dedicadas a los vehículos eléctricos de celdas de combustible, incluidas las celdas de combustible alcalinas (AFC), las celdas de combustible de ácido fosfórico (PAFC), las celdas de combustible de carbonato fundido (MCFC), las celdas de combustible de óxido sólido (SOFC), las celdas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC) , pila de combustible de metanol directo (DMFC).

Existen ligeras diferencias según el tipo de vehículo eléctrico. En un vehículo eléctrico puro equipado solo con una batería, la batería funciona como la única fuente de energía para el sistema de propulsión del vehículo. En un vehículo híbrido equipado con un motor convencional (o pila de combustible) y una batería, la batería puede desempeñar el papel de fuente de energía principal del sistema de propulsión del vehículo y puede actuar como fuente de energía auxiliar. Puede ver que a baja velocidad y en el arranque, la batería desempeña el papel de fuente de energía principal del sistema de conducción del vehículo; cuando está completamente cargado, actúa como fuente de energía auxiliar; Actúa para almacenar energía durante la conducción normal o la desaceleración y el frenado. Personaje.

El combustible anodiza la pila de combustible y el oxidante se reduce en el cátodo. Si se suministra combustible gaseoso (hidrógeno) continuamente al ánodo (es decir, ánodo del circuito externo, también denominado electrodo de combustible). Además, con oxígeno (o aire) suministrado continuamente al cátodo (es decir, el ánodo del circuito externo, también denominado electrodo de aire), es posible reaccionar continuamente una reacción electroquímica en el electrodo y generar una corriente eléctrica. Esto muestra que las pilas de combustible y la electricidad convencional

A diferencia de una piscina, su combustible y oxidante no se almacenan en la batería, sino en un tanque de almacenamiento externo a la batería. Cuando funciona (emite corriente y funciona), es necesario introducir continuamente combustible y oxidante en la batería mientras se descarga el producto de reacción. Por tanto, desde un modo de trabajo, es similar a un generador convencional de gasolina o diésel. Dado que la celda de combustible se alimenta continuamente con combustible y oxidante a la batería durante el funcionamiento, el combustible y el oxidante usados en la celda de combustible son ambos fluidos (gas o líquido). Los combustibles más utilizados son el hidrógeno puro, varios gases ricos en hidrógeno (como el gas reformado) y ciertos líquidos (como el metanol acuoso). Los oxidantes comúnmente utilizados son oxígeno puro, aire limpio y otros gases (como la peroxidación). Una solución acuosa de hidrógeno y ácido nítrico, etc.).

El papel del ánodo de la celda de combustible es proporcionar una interfaz común para el combustible y el electrolito, y catalizar la oxidación del combustible, mientras transfiere los electrones generados en la reacción al circuito externo o al colector de corriente y luego al externo. circuito. La función del cátodo (electrodo de oxígeno) es proporcionar una interfaz común entre el oxígeno y el electrolito, catalizando la reducción de oxígeno y transportando electrones desde el circuito externo al sitio de reacción del electrodo de oxígeno. Dado que la mayoría de las reacciones que ocurren en los electrodos son reacciones interfaciales multifásicas, para aumentar la velocidad de reacción, los electrodos generalmente están hechos de un material poroso y recubiertos con un electrocatalizador.

La función del electrolito es transportar los iones generados por el electrodo de combustible y el electrodo de oxígeno en la reacción del electrodo y evitar que los electrodos queden rectos.

Transfiere los electrones.

La función de la membrana es conducir iones, evitar que los electrones pasen directamente entre los electrodos y separar el oxidante del agente reductor. Por lo tanto diafragma

Debe ser resistente a la corrosión por electrolitos y al aislamiento y debe tener buena humectabilidad.

Batería

Una batería de vehículo eléctrico está compuesta por una pluralidad de baterías apiladas en serie. Un paquete de baterías típico tiene alrededor de 96 baterías. Para una batería de iones de litio que se cargó a 4,2 V, dicha batería puede producir un voltaje total de más de 400 V. Aunque el sistema de energía del automóvil trata el paquete de baterías como una sola batería de alto voltaje, cargando y descargando el paquete de baterías completo cada vez, el sistema de control de la batería debe considerar cada condición de la batería de forma independiente. Si uno de los paquetes de baterías tiene una capacidad ligeramente menor que las otras baterías, el estado de carga se desviará gradualmente del de las otras baterías después de múltiples ciclos de carga / descarga. Si el estado de carga de esta batería no se equilibra periódicamente con otras celdas, eventualmente entrará en un estado de descarga profunda, causando daños y eventualmente formando una falla en el paquete de baterías. Para evitar que esto suceda, el voltaje de cada batería debe monitorearse para determinar el estado de carga. Además, debe haber un dispositivo que permita que las baterías se carguen o descarguen individualmente para equilibrar el estado de carga de estas baterías.

Una consideración importante en los sistemas de monitoreo de paquetes de baterías es la interfaz de comunicación. Para la comunicación dentro de la placa de circuito impreso, las opciones comunes incluyen el bus de interfaz periférica en serie (SPI) y el bus I2C, cada uno con una sobrecarga de comunicación baja para entornos de baja interferencia. Otra opción es el bus Controller Area Network (CAN), que se usa ampliamente en aplicaciones automotrices. El bus CAN es muy bueno, con detección de errores y características de tolerancia a fallas, pero tiene una gran sobrecarga de comunicación y un alto costo de material. Aunque la conexión desde el sistema de batería al bus CAN principal del automóvil vale la pena, es ventajoso utilizar la comunicación SPI o I2C dentro del paquete de batería.

Hay muchas variedades de baterías químicas con diferentes prestaciones. Los indicadores comúnmente utilizados para caracterizar su desempeño son las propiedades eléctricas, las propiedades mecánicas, las propiedades de almacenamiento, etc., que a veces incluyen el desempeño y los costos económicos. Presentamos principalmente sus propiedades eléctricas y rendimiento de almacenamiento. Las propiedades eléctricas incluyen: fuerza electromotriz, voltaje nominal, voltaje de circuito abierto, voltaje de operación, voltaje de terminación, voltaje de carga, resistencia interna, capacidad, energía específica y potencia específica, rendimiento de almacenamiento y autodescarga, y vida. El rendimiento del almacenamiento depende principalmente del tamaño de autodescarga de la batería.

Fuerza electromotriz

La fuerza electromotriz de una batería, también conocida como voltaje estándar de la batería o voltaje teórico, es la diferencia de potencial entre los polos positivo y negativo cuando la batería está desconectada.

Voltaje nominal

La tensión nominal (o tensión nominal) es la tensión estándar reconocida para el funcionamiento de la batería del sistema electroquímico.

Abra el circuito de voltaje

El voltaje de circuito abierto de la batería es el voltaje de la batería sin carga. El voltaje de circuito abierto no es igual a la fuerza electromotriz de la batería. Cabe señalar que la fuerza electromotriz de la batería calculada a partir de la función termodinámica y el voltaje de circuito abierto de la batería se mide realmente.

Tensión de funcionamiento

Se refiere al voltaje de descarga real de una batería bajo carga, generalmente se refiere a un rango de voltaje.

(5) Voltaje de terminación

Se refiere al voltaje al final de la descarga, según la carga y los requisitos de uso.

Voltaje de carga

Se refiere al voltaje al que el voltaje de CC del circuito externo carga la batería. El voltaje de carga general es mayor que el voltaje de circuito abierto de la batería, generalmente dentro de un cierto rango.

Resistencia interna

La resistencia interna de la batería incluye la resistencia de las placas positiva y negativa, la resistencia del electrolito, la resistencia del separador y la resistencia del conector.

Resistencia positiva y negativa

En la actualidad, las placas positivas y negativas de las baterías de plomo-ácido comúnmente utilizadas son de tipo pasta, que consisten en rejillas de aleación de plomo-bismuto o de aleación de plomo-calcio y materiales activos. Por lo tanto, la resistencia de la placa también está compuesta por la resistencia de la rejilla y la resistencia del material activo. La rejilla está en la capa interna del material activo y no sufre cambios químicos durante la carga y descarga, por lo que su resistencia es la resistencia inherente de la rejilla. La resistencia eléctrica del material activo varía con el estado de carga y descarga de la batería.

Cuando la batería se descarga, el material activo de la placa se convierte en sulfato de plomo (PbSO4) y cuanto mayor es el contenido de sulfato de plomo, mayor es la resistencia. Cuando la batería se carga, el sulfato de plomo se reduce a plomo (Pb) y cuanto menor es el contenido de sulfato de plomo, menor es la resistencia.

Resistencia a los electrolitos

La resistencia eléctrica varía según su concentración. Una vez que una determinada concentración seleccione un rango de concentración específico, la resistencia del electrolito variará con el grado de carga y descarga. Cuando la batería está cargada, la concentración de electrolito aumenta mientras que el material activo de la placa del electrodo se reduce y la resistencia eléctrica de la misma disminuye. Cuando la batería se descarga, la concentración de electrolito disminuye mientras que el material activo de la placa del electrodo se sulfata, y la resistencia del mismo aumenta.

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