纯电动汽车电池结构与系统的研究
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摘要：经济的发展，人们生活水平的提高，人们逐渐意识到可持续发展的重要。随着可持续发展观念的进一步深化，人们的环保意识也越来越强，社会各领域都向着生态环保的方向转变。电动汽车正是在生态环保的背景下蓬勃发展的产业，电动汽车电池的应用能减少对环境的污染。本文就纯电动汽车电池结构与系统展开探讨。
关键词：电动汽车;电池;镍氢电池;磷酸铁锂电池;三元锂电池
引言
在经济日益发展的今天，环境问题越来越严重，其中最主要的问题是气候的变化和空气的污染。而空气的污染，最重要的原因是煤炭等资源的燃烧。由于对资源的过度开发使得能源日益的紧张。在资源紧张的大背景下，科学家们正在考虑开发新的清洁能源，比如水能，风能和太阳能等。在这个形势下，电动汽车利用自身的清洁环保的优势，从而得到很多人的推广和运用。而电动汽车的核心是电池，电力工业与汽车工业，之间的核心纽带是电动汽车的电池部分，电动汽车的电池也是这两者之间所联系的重要桥梁和纽带。用清洁的电能来替代传统的汽车供应的石油化工，能源是现在社会的大发展趋势下所必然的过程。
1电动汽车电池的发展和优势
1.1电动汽车电池的发展历程
1832年～1839年间美国人Anderson制造出第一台不可再充的电动车，开启了电动汽车发展的先河;1899年德国发明家Porsche发明世界上第一辆采用铅酸蓄电池作为动力源的四轮驱动电动车，实现了电动汽车的循环利用;1996年美国通用汽车公司制造出现代意义上第一代电动汽车;1997年日本丰田Prius采用镍氢电池技术使电动汽车走上了新的起点[1];2006年锂离子电池技术的迅速发展，使电动车更符合节能环保的理念;2018年中国成功实现固态锂电池量产，电动汽车电池获得巨大突破。
1.2电动汽车电池的主要优势
从当前的电动汽车的发展来看，电动汽车电池的优化对电动汽车行业的可持续发展起到重要促进作用。电动汽车的应用优势比较突出，这其中所起到重要作用的就是电池的应用，电动汽车电池的应用和环保的理念是符合的，电动汽车所使用的蓄电池不存在汽车尾气排放的问题，电池的应用比较安全，也较为方便，对环境不会造成破坏。而燃油汽车的使用就会造成尾气排放，会对大气造成很大污染，这也是全球气温变暖的一个重要因素。电动汽车的发展中，对电动汽车电池的应用就能符合低碳生活以及环保的理念和要求。从另一方面来看，电动汽车的电池应用对节约能源也能发挥积极作用，电动汽车能再回收利用，对节约能源发挥着积极作用，能从整体上提高能源利用率。电动汽车和燃油汽车相比较，电动汽车的使用寿命也会更长，电池能够进行更换，这样就能有助于节约能源。
2电动汽车主流电池分析
2.1磷酸铁锂电池
磷酸铁锂电池以石墨作为负极，磷酸铁锂作为正极，用聚合物膜将两极分开，仅供离子通过。其工作原理如下：
充电时，锂离子在电场力作用下从正极的磷酸铁锂上脱嵌，经过聚合物膜迁移至石墨表面，磷酸铁锂转化为磷酸铁，同时电子从外电路由正极迁移至负极。放电时，锂离子迁移回正极，与磷酸铁再次结合。
2.2镍氢电池
镍氢电池的主要成分是碱性溶液与镍基。电池的主要分类有镍镉电池，镍锌电池与镍氢电池。在现代化电动汽车的行业之中，应用最广泛的是镍氢电池。因为镍氢电池，它的能量储存比较高，对储存的环境产生的影响也比较小。而镍氢电池，它主要产生枝晶比较快，产生这种东西导致电池的寿命比较短。但是现在科学的研究可以运用一些方式解决这些问题，比如说可以利用第三电极充电的形式解决电池寿命短的问题。而镍氢电池主要的构成部分是氢氧化镍，在这里的氢氧化镍多半是阳性的，其中的大多数合金都是由锰和镍组成，这些组成的合金呈阴性。在这种条件下的电池能量的储存是普通电池的三倍，而且储存的功率也比较大。所以这项技术有很大的运行优势：运行的功率比较高，而且能量多，运行的电压也高。
2.3三元锂电池
三元锂电池以镍钴锰酸锂（NCM）或镍钴铝酸锂（NCA）为正极材料，以锂碳层间化合物为负极材料，正负极用隔膜隔开，锂离子在含有LiPF6、LiAsF6的电解液中移动并完成充放电过程。其中正极材料中的镍、钴、锰（铝），元素的比例可根据实际应用进行调整。充电时的离子反应（NCM）：
三元材料中的镍可以增强电极材料的活性，提高电池能量密度;鈷能够稳定电极材料的层状结构，并使材料深度放电，提高能量利用率;锰元素确保在电池使用中的稳定性。
2.4锂离子电池
市场上最常见的锂离子电池阳极是由碳和碳酸二甲构成的电解液。锂离子电池的阴极多半是二氧化锰酸锂。市场上常见的这种电池产生的比能量大，电池比较轻便，容易携带，而且结实。这种电池的单节电压可以达到3.7V。经过科学的研究发现锂离子电池的体积比较小，而且寿命比较长，与其他的电池比起来，质量较轻，由于这种电池的自放电率比较高，所以不会产生记忆效应。这种锂离子电池有很多的电极组合，个体的性能指标数值范围广阔，在性能上有较大的差异。
3电动汽车电池的现状
电动汽车电池的发展中，对于新能源汽车电池能分成燃料电池和蓄电池。蓄电池对于纯新能源汽车是适合的，主要有铅酸蓄电池以及镍氢电池和二次锂电池等。电能汽车使用的电池主要是蓄电池，随着电动汽车的不断发展，对蓄电池的应用量也大大提升，蓄电池是电动汽车的主要驱动装置。电动汽车电池应用的铅酸蓄电池的应用率比较高，能满足汽车内部电子设备电能需求，对于这一电池也能进行大量的生产，所花费的资金也不是很高。铅酸电池的应用量大是因为其自身有着诸多的优势，但是也存在着不足之处，电池如果长时间高强度荷电状态，整体能效就会降低，不断优化荷电状态是延长电池使用寿命的关键。电动汽车电池中的镍氢电池也是比较重要的应用电池，这一类型的电池应用产生的物质不会影响环境，能量产生量也比较高。镍锌电池不能持续使用，而通过充电装置补充能量，电解液当中添加缓蚀剂，能够提高其应用性能。镍氢电池是多种金属分成组成的，应用在电动汽车当中能发挥其能量优势，功率比较高，运行电压以及比能量和比功率都是要优于铅酸电池的。电动汽车电池的应用中锂离子电池的应用在当前愈来愈广泛，从构造上来看是传统构造类型，锂离子金属氧化物以及有机溶剂溶解的溶液等。
4电动汽车电池的应用前景和发展展望
2018年，九成以上的电动汽车采用锂电池，其中2018年1～5月三元锂电池的市场份额最大达到55%，比2017年提升10个百分点。相较于镍氢电池而言，锂电池的比能量和比功率大、体积小、重量轻。磷酸铁锂电池能量密度和比功率存在限制，使其在大规模的制作中产生问题。未来的发展的重点将会转移到三元锂电池上，虽然三元锂电池综合性能优越，但仍需要优秀的电池管理系统的支持。
参考文献
[1]宋永华，阳岳希，胡泽春.电动汽车电池的现状及发展趋势[J].电网技术，2015，35（4）：1-7.
[2]李伟.电动汽车电池现状及发展趋势研究[J].科技创新与应用，2016（35）：60.
[3]李学楠，崔炎.电动汽车动力电池性能发展趋势探析[J].中国设备工程，2019（1）：166-167.
[4]李雨芹.磷酸铁锂电池在电动汽车中的应用与回收[J].化工管理，2019（1）：61-62.
[5]张春杨，靳晓姣.动力电池技术研究[J].新材料产业，2017（9）：15-22.
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