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从探索改进电极及电池结构的设计方法、建立电池极化模型和仿真技术等方面入手,汽车动力电池的“瘦身健体”之旅仍在不断推进:
汽车动力电池的储能将有可能提高至400瓦时/公斤。
要让电池变成“肌肉型男”,在获得合理的正负极材料之余,还需要设计出可行的加工工艺。
着力全新的锂硫电池和锂空气电池的研究,它们的能量密度有望达到500瓦时/公斤。
被欧阳明高点名的科研项目获得了国家重点研发计划的支持,全名为“高比能动力电池的关键技术和相关基础科学问题研究”,该研究基于研究团队研制出的高容量富锂锰基的正极材料,汽车动力电池的储能将有可能提高至400瓦时/公斤。
近年来,在国家政策的大力扶持下,我国新能源汽车得到迅速普及,但“不敢去远郊区县”的“梗”至今难以理顺。打破500公里的单次行程极限将大大推动电动汽车的推广,然而汽车承载有限,如何在受限的体积内尽量多地储备电能成为科研攻关的关键目标。
该项目负责人、北京大学教授夏定国表示:“要进一步提高锂离子电池的能量密度, 正极材料的比容量是关键。”据夏定国介绍,针对正极材料的比容量,研究团队在前期工作基础上,深刻理解富锂材料稳定性机制以及阴离子氧化还原的产生机理,通过调控阴离子氧化还原机制来实现富锂材料性能的优化。
也就是说,团队首先遇到的问题是:阴离子氧化还原能力受什么“左右”?揭示这一规律将引导团队接近并找到性能优良的电极。团队还发现,在物质内部原子之间的几何结构会影响电子的结构,从而影响阴离子氧化还原的能力,研究明确了结构和效能的关系,并希望通过结构的设计改善电极材料的电化学性能。
“提高正极材料中的含锂量,让更多的阴离子稳定参与氧化还原反应是一个重要途径。”夏定国说,研制出高容量富锂正极材料,为进一步提高动力电池的能量密度提供了可能。项目组除制备出了一种高容量的富锂正极材料和两种高容量、高稳定富锂材料—碳复合材料外,还制备出了高容量的锂电池负极材料。
要让电池变成“肌肉型男”,在获得合理的正负极材料之余,还需要设计出可行的加工工艺。例如,富锂化合物在电极中需要很好地分散开来,既保持在体系中60%以上的含量,又不凝结为块状。分散越均匀,可逆性越好,充放电效率越好。
目前该电池还需进一步完善,夏定国介绍,仍存在“枝晶锂”制约新体系电池的进步及电池安全性这两个关键问题。相关实验显示,10—50次循环使用之后,电压衰减明显,电极也不起作用了。
“枝晶锂”是锂离子电池采用液态电解质所特有的,锂离子还原结晶成树枝样,并不断生长,到一定程度可能会刺破隔膜,科学家目前正在从两个角度寻求突破。一是包被涂层,二是研究固体电解质。
夏定国强调,“高能量密度锂离子动力电池的发展有待于电极材料、电解液及高安全性途径的发展,更有待于新的分析方法及电池制备技术进步”。
除了提高锂离子电池的能量密度使其达到400瓦时/公斤外,项目组还将着力全新的锂硫电池和锂空气电池的研究,它们的能量密度有望达到500瓦时/公斤。中国工程院院士陈立泉表示,锂空气电池是动力电池的发展方向之一,“现在大力发展的氢氧燃料电池,必须用金属罐子保障氢气使用时的安全,而锂空气电池(负极为空气中的氧气)只要一个榨菜袋子就可以了。从实用性、成本上来讲锂空气电池也应该发展”。
新能源汽车动力电池压差的维修技术要点有哪些?
电池性能及故障检测、电池的更换操作等。根据查询《新能源汽车动力驱动电机电池技术》得知,截止2023年4月28日,新能源汽车动力电池管理证书实操考电池性能及故障检测、电池的更换操作等,其合格分数为15分。新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源,综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术,形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。
新能源汽车的动力电池是什么
一、加强电池维护
动力电池一旦出现问题,需要检查内部单体电池,确定这是否是电池压差的原因。根据检查结果维修或更换单体电池,确保动力电池工作正常。为了达到维持动力电池压差的目的,维修过程中技术人员应加强单体电池的维护,确保电池两端电压保持在允许范围内,然后进行单体电池的电容和电流测试。如果电池不符合要求,需要进行特殊维护,这样可以解决单个电池的问题,避免电池压力失效。在动力电池的日常维护中,维修技师定期对单体电池进行检查,确保电池正常运行,并根据检查结果进行调整,可以延长电池的使用寿命,提高电池质量。
二、加强配电铜排的维护
在动力电池系统中,配电铜排是重要的组成部分,起着和控制器一样的作用。控制器是对动力电池系统的检测和监控,主要用于动力电池模块的电压差和线束采样,执行实时动态检测。当控制器发现动力电池系统存在较大的电池压差时,会发出信号调整模块电压,然后将压差调整到允许范围内。如果采样线束异常,将发出警报,帮助维护人员确定故障点。因此,控制器对动力电池系统的正常运行有很大的影响。维护人员必须加强配电铜排的维护,以确保控制器的正常运行。此外,为了在维护期间节省资源,通常以采样和分配铜带跳线模块的形式使用。这种差异是由板载电源端子造成的。这时首先要考虑配电铜杆的定位螺栓是否安装牢固。在实际维护过程中,确保螺栓位置正确且安装牢固。
三、加强对探测器的检查和维护
在动力电池系统中,检测器和控制器是两个不可缺少的部分,两者相辅相成。探测器的功能是探测和收集。它对各种动力电池数据进行测试,然后采集测试结果,最后传输给控制器,由控制器结合可接受的结果分析电池的成分,及时对异常问题进行调整和监督。维修检测器时,维修技师应检查检测器外部,确定是否处于良好接触状态,检查检测器内部是否存在短路,然后当与传输线的接触部分被堵塞时,如果发现路径接触不良,应立即更换,以确保检测器能够正常工作。维护人员应定期维护探测器,以确保探测器功能正常。
四、加强控制器维护
应仔细测试和维护楼宇管理系统控制器。维修前应切断电源,然后根据设备检查要求确定合理的试验周期。如果差速器有电池故障,应该进行筛选,筛选后没有问题。然后重置低压线束连接器,并在连接器处稍微向后拉。为了避免连接不良和插头问题,修理电池系统后,检查其气密性,并从电池系统中删除历史故障代码。
太平洋汽车网动力电池主要由正极、负极、电解液、隔膜等组成,要求高能量密度、长寿命、可靠安全。其工作原理是通过正负极材料及电解液之间的化学反应产生电子的移动从而产生电流。充电时(以估算锂电池为例),电池的正极上有Li+生成,Li+从正极脱嵌经过电解液嵌入负极;放电时则相反,Li+从负极脱嵌,经过电解液嵌入正极。
以下时目前动力电池中最常见的三种,镍氢电池面临淘汰,铅酸电池全凭保有量在职称,故目前以锂电池最为主流。
新能源汽车动力电池的性能比能量是指电池单位质量所能输出的电能,单位是Wh/kg;比功率是描述电池在瞬间能放出能量的能力,单位是W/kg;比能量高的动力电池就像龟兔赛跑里的乌龟,耐力好,可以长时间工作,续航里程长;而比功率高的动力电池就像百米赛跑里的博尔特,速度快,可以提供很高的瞬间电流,以保证汽车的加速性能。然而鱼与熊掌不可兼得,通常一种电池不能同时具备高比能量和高比功率。
能量密度方面电池肯定不如汽油,但是究竟差别多大?
一箱50L的汽油大概可以跑600km,续航同样里程的电动车需要多少电池:汽油的比能量为11kWh/kg,1L汽油约重0.742kg,按车载50L计算,满载是37.1kg,释放的能量为408.1kWh。三元锂电池的比能量为150Wh/kg,408.1kWh的能量需电池2700kg,假设汽油发动机和电动机的效率差为3倍,相当于900kg电池的能量。
电池的稳定性动力电池作为新能源汽车上的能量源,必然会比平时生活中使用的电池有更高的稳定性要求。高温、低寒、强碰撞等情况都有可能出现,故作为动力电池,稳定性也是至关重要的一个指标。
电池的使用寿命对于动力电池,电池的一致性、充放电的循环次数直接决定了车辆的使用寿命。
(图/文/摄:太平洋汽车网问答叫兽)
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