С непрерывным развитием электромобилей все больше внимания уделяется и силовым батареям. Аккумулятор, двигатель и система управления электропитанием — три ключевых компонента электромобилей, из которых силовая батарея является наиболее важной частью, ее можно назвать «сердцем» электромобилей. К каким категориям относятся силовые батареи электромобилей?
1. Свинцово-кислотная батарея
Свинцово-кислотный аккумулятор (VRLA) — это аккумулятор, электроды которого в основном состоят из свинца и его оксидов, а электролитом является раствор серной кислоты. Основным компонентом положительного электрода является диоксид свинца, а основным компонентом отрицательного электрода — свинец. В разряженном состоянии основным компонентом как положительного, так и отрицательного электродов является сульфат свинца. Номинальное напряжение одной ячейки свинцово-кислотного аккумулятора составляет 2,0 В, разрядка — до 1,5 В, зарядка — до 2,4 В; в приложениях часто соединяют последовательно 6 ячеек свинцово-кислотного аккумулятора, образуя номинальную ячейку на 12 В, а также на 24 В, 36 В, 48 В и т.д.
Никель-кадмиевые батареи (часто сокращенно NiCd, произносится как «най-кад») — популярный тип аккумуляторных батарей. В качестве химических веществ для выработки электроэнергии в таких батареях используются гидроксид никеля (NiOH) и металлический кадмий (Cd). Хотя их характеристики лучше, чем у свинцово-кислотных батарей, они содержат тяжелые металлы и загрязняют окружающую среду после утилизации.
Никель-кадмиевые батареи выдерживают более 500 циклов зарядки и разрядки, экономичны и долговечны. Их внутреннее сопротивление невелико, что не только обеспечивает быструю зарядку, но и позволяет подавать большой ток на нагрузку, а изменение напряжения при разрядке очень мало, что делает их идеальными батареями для источников постоянного тока. По сравнению с другими типами батарей, никель-кадмиевые батареи выдерживают перезарядку и переразрядку.
Никель-металлогидридные батареи состоят из ионов водорода и никеля, их запас хода на 30% больше, чем у никель-кадмиевых батарей, они легче, имеют более длительный срок службы и не загрязняют окружающую среду, но цена у них значительно выше.
Литиевые батареи — это класс батарей, в которых в качестве отрицательного электрода используется металлический литий или сплав лития, а в качестве электролита — неводный раствор. Литиевые батареи можно условно разделить на две категории: литий-металлические батареи и литий-ионные батареи. Литий-ионные батареи не содержат лития в металлическом состоянии и являются перезаряжаемыми.
Литий-металлические батареи, как правило, представляют собой батареи, в которых в качестве материала положительного электрода используется диоксид марганца, а в качестве материала отрицательного электрода — металлический литий или его сплав, и используются неводные электролиты. Основной состав литиевой батареи включает: материал положительного электрода, материал отрицательного электрода, диафрагму и электролит.
Среди катодных материалов наиболее часто используются кобальтат лития, марганец лития, фосфат лития-железа и тройные материалы (полимеры никеля-кобальта-марганца). Материал положительного электрода занимает большую долю (массовое соотношение материалов положительного и отрицательного электродов составляет 3:1 ~ 4:1), поскольку характеристики материала положительного электрода напрямую влияют на характеристики литий-ионной батареи, а его стоимость напрямую определяет стоимость батареи.
Среди материалов отрицательного электрода в настоящее время в основном используются природный и искусственный графит. В качестве анодных материалов исследуются нитриды, полиакриламидные соединения (ПАС), оксиды на основе олова, сплавы олова, наноанодные материалы и некоторые другие интерметаллические соединения. Являясь одним из четырех основных компонентов литиевых батарей, материалы отрицательного электрода играют важную роль в повышении емкости и циклической стойкости батареи и находятся в основе среднего звена литиевой аккумуляторной промышленности.
Топливный элемент — это электрохимическое устройство преобразования энергии, работающее без процесса сгорания. Химическая энергия водорода (или других видов топлива) и кислорода непрерывно преобразуется в электричество. Принцип работы заключается в том, что H2 окисляется на H+ и e- под действием анодного катализатора, H+ достигает положительного электрода через протонно-обменную мембрану, реагирует с O2, образуя воду на катоде, а e- достигает катода через внешнюю цепь, и непрерывная реакция генерирует ток. Хотя в названии топливного элемента присутствует слово «батарея», это не устройство хранения энергии в традиционном смысле, а устройство генерации электроэнергии, что является самым большим отличием топливных элементов от традиционных батарей.
Камера для испытаний на термошок: Эта камера имитирует резкие перепады температуры, которым могут подвергаться батареи во время работы. Подвергая батареи воздействию экстремальных температурных колебаний, таких как быстрый переход от высоких к низким температурам, мы можем оценить их производительность и надежность в условиях температурных перепадов.
Камера для испытаний на старение под воздействием ксеноновых ламп: это оборудование имитирует условия солнечного света, подвергая батареи интенсивному световому излучению от ксеноновых ламп. Такая имитация помогает оценить снижение производительности и долговечности батареи при длительном воздействии света.
Камера для испытаний на старение под воздействием УФ-излучения: Эта камера имитирует условия ультрафиолетового излучения. Подвергая батареи воздействию УФ-света, мы можем смоделировать их рабочие характеристики и долговечность в условиях длительного воздействия УФ-излучения.
Использование комбинации этих испытательных приборов позволяет проводить всесторонние испытания батарей на усталость и срок их службы. Важно отметить, что перед проведением этих испытаний необходимо соблюдать соответствующие правила техники безопасности и строго следовать инструкциям по эксплуатации испытательного оборудования, чтобы обеспечить точность и безопасность процедур тестирования.
Дата публикации: 12 сентября 2023 г.
