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新能源汽车技术原理与维修(5)----电动汽车动力电池系统(1)
来源:本站整理  作者:佚名  2016-09-27 08:46:01

    锂离子动力电池是近些年来在电动汽车上越来越广泛使用的电池,然而也随之出现了人们对锂电池的续驶里程、安全性、可靠性和使用寿命等问题的关注。要弄清这些问题,首先应该对锂离子电池及其性能有一个基本了解。这关系到能否正确使用、检测、维护和修理动力电池系统,有效地发挥动力电池的作用,保障人身安全和车辆安全使用。
 
    一、锂离子电芯种类及其特性
    动力电池是纯电动汽车驱动能量的唯一来源,直接关系到电动汽车的动力性能、续航能力和安全性。从纯电动汽车成本构成看,电池系统占据了新能源汽车成本的30%~50%。动力电池技术一直影响着电动汽车的实用化进程。
    锂离子电池是目前电动车上最常用的电池种类之一,从1970年诞生至今时间并不算长,但相对于铅酸电池、镍镐电池和镍氢电池,凭借其能量密度高、循环使用寿命长等特点迅速在电动汽车上被广泛应用。目前在电动汽车上配备的锂电池主要有锰酸锂电池、钦酸锂电池、磷酸铁锂电池及三元理电池(图1)。

    1.锂离子电池电芯种类
    由于锂元素化学性质非常活泼,很容易分解成xLi+和xe-。锂元素可与许多金属形成晶状结构化合物,例如钻酸锂、锰酸锂、钦酸锂、磷酸铁捏。在这些晶状结构化合物中,锂元素活性要小了许多,而且在这些晶状结构的物质中,锂元素能以离子形式嵌入和脱出,即锂离子的这种状态可逆。锂元素以这些晶状结构的材料为载体就安全多了,这是锂离子电池应用的重要基础。
    目前常用石墨及钻酸锂、锰酸锂、钦酸锂、磷酸铁锂和三元材料等来储存锂原子。这些材料的分子形成了纳米等级的细小晶体格子结构,可用来储存锂原子。即使是电池外壳破裂,接触氧气,也会因氧分子太大,进不了这些细小的晶体格子内,使得锂原子不会与氧气接触而剧烈反应导致爆炸。锂离子电池的这种结构,使得在获得高容量密度的同时,也达到安全的目的。
    2.锂离子电池的形状及结构
    锂离子电池的形状主要有圆柱形锂电池和方型锂电池两种,此外还有钮扣式锂离子电池。方型和圆柱形锂离子电池一样,盖子上也有一种特殊加工的破裂阀,以防止电池内压过高而可能出现的安全问题。这种阀一旦打开,电池即失效。同样,锂离子电池的极片也是卷绕起来的,它完全不同于方形MH-Ni或Cd-Ni电池的叠片结构。方型与圆柱形电池不同,方形电池的正极柱是一种金属一陶瓷或金属一玻璃绝缘子,它实现了正极与壳体之间的绝缘。
    锂离子电池充电时,正极的锂原子会丧失电子,在外部有连接电路的情况下,就会形成电流,此时锂原子氧化为锂离子并经由电解液游到负极去,进入负极的储存晶格,并获得一个电子,还原为锂原子。放电时,整个程序倒过来(图2)。为了防止电池的正负极直接碰触而短路,电池内加上一层带有众多细孔的隔膜纸,来防止短路。隔膜只允许锂离子往复通过,不允许电子通过。好的隔膜纸还可以在电池温度过高时,自动关闭细孔,让锂离子无法穿越,防止危险发生。

    无论是方形电池还是圆柱形锂离子电池基本都由正极、负极、电解液及隔膜组成,另外加上正负极引线、安全阀、PTC(正温度控制端子)和电池壳等(图3)。

    正极:采用锂化合物LiXCo02(钻酸锂)、LixNi02(镍酸锂)、LiFeP04(磷酸铁锂)和LixMn02(锰酸锂)以及三元材料镍、钻、锰酸锂。

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