新能源汽车电池技术-新能源汽车电池技术发展

1.新能源汽车的“高能动力电池技术”可以在哪些方面提高？

2.新能源汽车电池知识详解

3.新能源汽车核心技术解读

4.新能源汽车动力电池的作用是什么

5.新能源汽车对动力电池的要求有哪些?

新能源汽车的“高能动力电池技术”可以在哪些方面提高？

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”。

新能源汽车电池知识详解

聚焦新能源：新能源汽车电池知识详解，三电基础知识科普

新能源汽车和传统汽车区别最大的地方，核心的技术就在于三电，也就是电驱动和电池，还有电控。

电池是和机械工业、化学，还有电子控制相关的领域。电池的核心是电芯，电芯最关键的材料是正极、负极、隔膜和电解液。正极材料为大众熟知的涵盖磷酸铁锂以及锰酸锂，还有钴酸锂和三元、高镍三元。

汽车动力电池的历史并不长，1996年通用公司推出的车型EV-1用的是铅酸电池，这款车型就是现代电动汽车的初始架构。

从铅酸电池到日系混合动力的镍氢电池，再到现在人气最高的锂电池，汽车动力电池的历史只有二十多年的时间。

从新能源乘用车配置的汽车电池看，有三十二款车型用了十七家企业的汽车电池，其中十六家是电池企业，另外一家是长安新能源。可见其他乘用车的汽车动力电池都是外购的，涵盖电芯以及电池组，还有电池管理系统等。

大多数自主品牌汽车主机厂都没有电芯以及电池组的设计能力。

跨国汽车企业，尽管没有自家企业的电芯，但是坚持独立设计生产汽车动力电池组件以及管理系统，为了增强汽车动力电池的关键竞争力。和大部分自主品牌有区别的是，即便不用这家的电芯，其能够换个电芯品牌依然能够设计汽车电池组，关键的技术还是在自家企业手里。

现在的汽车动力电池中，镍氢电池即将被淘汰，铅酸电池依靠保有量在支撑，现在锂电池是最主要的。

数码电子产品对锂电池的安全性要求较低，钴酸锂电池最适合3C产品行业，特斯拉用的就是这种电池，续航能力较强，但是安全性不高。

锰酸锂电池获得汽车动力电池市场最高的占有率，尽管其能量密度不及三元锂以及钴酸锂，但是其他综合性能水平较高。

国内锂电池的发展重心在磷酸铁锂电池，国外动力锂电池领域的核心就是三元锂电池，有着比钴酸锂电池更高的能量密度，成本更低，安全性也更高。可见不一样的汽车公司对于动力锂电池的选择是不同的。

新能源汽车核心技术解读

新能源汽车的核心一定不是体现在自动驾驶、智能座舱、内饰屏幕，真正体验车企造车技术的是三电系统——“三电”（电池、电控、电驱动）。

一、电池

现阶段电池仍旧是新能源汽车整车成本占比最高的一项大约在40%左右。

动力电池在新能源汽车上一般又称为动力蓄电池，是指为电动汽车动力系统提供能量的蓄电池，主要用于接受和存储由外置充电装置和制动能量回收装置提供的电能，并通过高压配电系统为驱动电机、电动空调压缩机、PTC 加热器等高压用电设备提供电能。?关乎到汽车的续航里程及行车安全等等诸多方面。电池的关键在电芯，电芯最重要的材料便是正负极、隔膜、电解液。

正极材料广为熟知的有磷酸铁锂、三元锂、钴酸锂、锰酸锂以及镍氢电池等。

先来了解下影响电池使用性能的几个主要参数：

正极材料的稳定性：直接影响到电池的安全性能，乃至整车的安全性能，这也就不难解释某某品牌的电池自燃现象了。

能量密度：电池的能量密度分为质量能量密度和体积能量密度。质量能量密度是指电池单位质量所能输出的电能。体积能量密度是指电池单位体积所能输出的电能。很显然能量密度越大，同样体积或质量的电池能够携带的电能就越多，也就是说续航里程就越大。另外还有一个功率密度，衡量的是电池的瞬间放电能力，功率密度越大，放电能力越强，车辆的瞬间加速能力越好。

所以能量密度不够高也是目前阻碍新能源汽车发展的一个很大原因。

目前市面上常见车型电池类型选用情况：

通过车企对动力蓄电池的选择也可以间接反应出各车企的追求目标和发展思路，有些更加注重续航里程，有更好的续航体验；有些车企更加注重行车安全，更加注重安全第一的理念。

目前市场主要是磷酸铁锂与三元锂之争，其他已经基本被乘用车淘汰。

二、电机

驱动电机是电动汽车驱动装置的核心部件，应用于各种电动汽车上。驱动电机的性能直接影响到整车性能。

电机由三部分组成：定子、转子、壳体，电机技术的关键点在定子、转子。它承担了与新能源汽车行驶相关的所有功能。新能源汽车的电机有正转和反转，正转即为向前行驶，反转即为倒车。并且还要有很广的调速范围，在能量回收工况时可充当发电机来用。

目前常用的驱动电机有三类：直流电机、永磁同步电机、交流感应（异步电机）电机。

其性能差异对比如下图：

直流电机

直流电机应用非常广泛，上图这种相比大家都不陌生吧

缺点在于：效率低、质量大、体积大、可靠性差。新一代电动汽车已经淘汰该电机

感应电机

感应电机和永磁结构是相似的，本质都是通过电磁感应原理产生电流。它们最主要的差别就在于转子，一个有磁，使用永磁材料，一个没有磁，通常使用铝或铜材料。

感应电机抗高温性能强，环境适应性更加佳，感应电机虽然最高效率小于永磁电机，但是平均效率表现得更好。不过缺点在于感应电机不容易控制，在研发成本上是增加的，不过在原材料成本上要小于永磁电机。

永磁电机

永磁电机转子的磁场是由永磁体产色的，避免了因生磁导致的电能损耗，而且尺寸和质量偏小，布置相对灵活。

缺点有高温退磁风险（考验电机散热能力），空载损耗略高。

不过现在的一些4驱或者双电机性能取向的车型，会用两者搭配的方式。因为四驱的电动车架构下当不需要那么高的性能时可以仅让一个电机工作但永磁同步电机由于存在永磁体空载时会产生反拖滞阻碍车辆行进异步电机没有永磁体空载时没有反拖滞，所以永磁同步电机空载损耗会高于异步电机。

因此四驱的动力要实现近两驱的能耗就需要“同异”搭配，效率最大化。

电动车极限的动力输出日常使用频率较低在日常行驶低负荷工况下以永磁同步电机驱动为主处于随动的状态，实现近两驱的能耗。在加速工况下双电机最大输出实现四驱的动力，可以给整车带来更好性能体验和综合能耗。

机械传动装置：

机械传动装置是将电机输出机械能传递给车轮的装置。因为电机一般都具有较好的调速性能，现在的机械传动装置一般都是固定速比的减速机构，不再需要变速器，没有什么技术难度，不做太多介绍。（下阶段的2/3挡电动车专用变速箱其实也取决于车企想不想做和划不划算做而已）

目前电机和机械传动装置基本是机电集成一体化的，可以做到传动效率更高，可靠性更好，质量更轻，体积更小。

三、电控

电控部分基本相当于车辆的神经中枢，相当于人类的大脑，起着控制整车运行的作用。

新能源汽车电机、电控系统作为传统发动机(变速箱)功能的替代，其性能直接决定了电动汽车的爬坡、加速、最高速度等主要性能指标。同时，电控系统面临的工况相对复杂：需要能够频繁起停、加减速，低速/爬坡时要求高转矩，高速行驶时要求低转矩，具有大变速范围；混合动力车还需要处理电机启动、电机发电、制动能量回馈等特殊功能。

电控方面，对于一般的主机厂来说，真正掌握的只有整车控制器，新能源汽车整车控制器与传统汽车的整车控制器差别并不是很大，它的成熟度也比较高。

此外，电机的能耗直接决定了固定电池容量情况下的续航里程。因此，电动汽车驱动系统在负载要求、技术性能和工作环境上有特殊要求：

1、驱动电机要有更高的能量密度，实现轻量化、低成本，适应有限的车内空间，同时要具有能量回馈能力，降低整车能耗；

2、驱动电机同时具备高速宽调速和低速大扭矩，以提供高启动速度、爬坡性能和高速加速性能；

3、电控系统要有高控制精度、高动态响应速率，并同时提供高安全性和可靠性。

电机电控系统作为新能源汽车产业链的重要一环，其技术、制造水平直接影响整车的性能和成本。

目前，国内在电机、电控领域的自主化程度仍远落后于电池，部分电机电控核心组件如IGBT 芯片等仍不具备完全自主生产能力，具备系统完整知识产权的整车企业和零部件企业仍是少数!

最后，国内绝大部分自主品牌仅掌握了整车控制器与三电集成技术，对三电零部件技术却仍是处于落后的阶段，毕术不是一蹴而就的。而合资品牌方面，没有电芯是它们唯一的软肋，他们更多的通过自己设计电池组与电池管理系统，进而掌握动力电池技术弥补了这个缺陷。

未来随着新能源汽车技术的不断进步，技术瓶颈将逐个被突破，那时的新能源汽车的续航问题，安全问题，充电问题，成本问题都不会再成为车主朋友和车企关心的问题，届时的新能源汽车也会变得更加成熟，市场占比更加广泛。

新能源汽车动力电池的作用是什么

太平洋汽车网动力电池的直接作用是为电动汽车提供动力来源的电源，很多电动汽车的动力电池用三元锂电池，这种电池以钴酸锂锰酸锂或镍酸锂等化合物为正极，以可嵌入锂离子的碳材料为负极使用有机电解质。

新能源汽车三元锂电池主要作用和优缺点三元锂电池在容量与安全性方面比较均衡，是一款综合性能优异的电池。三种金属元素的主要作用和优缺点如下：Co3+：减少阳离子混合占位，稳定材料的层状结构，降低阻抗值，提高电导率，提高循环和倍率性能。

Ni2+：可提高材料的容量（提高材料的体积能量密度），而由于Li和Ni相似的半径，过多的Ni也会因为与Li发生位错现象导致锂镍混排，锂层中镍离子浓度越大，锂在层状结构中的脱嵌越难，导致电化学性能变差。

Mn4+：不仅可以降低材料成本，而且还可以提高材料的安全性和稳定性。但过高的Mn含量会容易出现尖晶石相而破坏层状结构，使容量降低，循环衰减。

能量密度高是三元锂电池的最大优势，而电压平台是电池能量密度的重要指标，决定着电池的基本效能和成本，电压平台越高，比容量越大，所以同样体积、重量，甚至同样安时的电池，电压平台比较高的三元材料锂电池续航时间更长。单体三元锂电池放电电压平台高达3.7V，磷酸铁锂为3.2V，而钛酸锂仅为2.3V，因此从能量密度角度来说，三元锂电池比磷酸铁锂，锰酸锂或者钛酸锂具有绝对优势。

安全性较差和循环寿命较短是三元锂电池的主要短板，尤其是安全性能，是一直限制其大规模配组，和大规模集成应用的一个主要因素。大量实测表明，容量较大的三元电池很难通过针刺和过充等安全性测试，这也是大容量电池中一般都要多引入锰元素，甚至混合锰酸锂一起使用的原因。500次的循环寿命在锂电池中属于中等偏下，因此三元锂电池目前最主要的应用领域是3C数码等消费类电子产品。

（图/文/摄：太平洋汽车网问答叫兽）

新能源汽车对动力电池的要求有哪些?

1）高比能量（它关系到一次充电可行使的距离）。动力电池容量有限，未能实现突破。目前市场上使用的电动汽车一次充电后的续驶里程一般为100km～300km，并且这还需要保持适当的行驶速度及具有良好的动力电池调节系统才能得到保证，而绝大多数电动汽车在一般行驶环境下续驶里程只有50km～100km。

2）大功率（它涉及到电汽车车的加速特性和爬坡能力）。

3）循环寿命长（它涉及到流动成本）。目前，实际应用的动力电池组的循环寿命短，普通动力电池充放电次数仅为300～400次，即使性能良好的动力电池充放电次数也不过700～900次，按每年充放电200次计算，一个动力电池的寿命最多为4年，与燃油汽车的寿命相比太短。

4）充放电效率高（它涉及到节省能源及成本）。

5）原材料来源丰富，成本低（它涉及到基本建设费用等）。目前，电动汽车动力电池的价格约为100美元/kwh，有的甚至高达350美元/kwh，成本太高，用户难以承受。

6）安全（它关系到在使用过程中是否可靠，方便）。动力电池安全性得不到保障，中小容量锂动力电池的产业化已经非常成功，但大容量、高功率锂动力电池的安全性问题还未得到有效解决。而动力电池容量愈大，其一旦失控所造成的危害就愈大。针对动力电池安全性方面，需在电气安全、机械安全和热安全的基础上开展动力电池系统的安全性整体方案设计研究，针对动力电池系统开展故障诊断预测、热安全监测预警和防控关键技术。