电动汽车电池通用吗精彩五篇

电动汽车被大家认为是新能源汽车，具有节能环保的概念，因此现在电动汽车已经进入很多人的视野，可是电动汽车的电池一直受到大家的担心，那么到底哪一类电动汽车的电池好呢？今天小编给大家具体的介绍一下。

工具/材料

电动汽车

操作方法

铅酸蓄电池是历史最悠久的电池之一，这种电池的好处是造价比较低，因此这类电池在电动汽车上面使用的话，价格自然比较低一些，可是这种电池技术比较陈旧，电动汽车的续航能力受到很大的影响。

弱酸碱蓄电池目前的应用不是很广泛，这类蓄电池一直试验之中，只有一部分公用汽车在使用，而且范围比较小，这类蓄电池最大的好处是受到环境影响比较小，比如冬天不会受气温低的影响，可是制作工艺复杂，价格过于昂贵。

镍氢电池属于一种技术方面比较先进的蓄电池，这种蓄电池一般在日本丰田汽车上使用的较多，这类蓄电池的好处是续航能力强，而且电池寿命很长，可是造价也表昂贵，适合油电混合汽车使用。

强碱性蓄电池是一种比较均衡的蓄电池，这类蓄电池在美国研发成功，现在正在试验阶段，这类蓄电池对于环境的污染几乎为零，可以进行降解，因此是真正意义上的环保电池，但是目前处于试验阶段，仅仅在个别车辆上使用。

锂离子电池是现在运用十分广泛的蓄电池之一，锂离子电池具有无记忆、使用寿命比较长的特点，而且蓄电能力很强，目前中国的江淮汽车在锂离子电池研究方面处于世界领先地位，他们推出的电动汽车性能绝对一流。

钠硫电池方面比亚迪是世界第一流，这种电池的优势在于能够百分百蓄电，而且长期下来消耗很低，这种电池能够帮助汽车有更长的续航能力，电池输出比较稳定，这也是比亚迪目前的杀手锏之一。

镍镉电池目前营运的比较多一些，这类蓄电池的最大优势在于循环充电的次数比较多，能够达到两千多次，也就是七八年内不会出现太多的充电不满的问题。可是这个电池有一个毛病，那就是蓄电能力下降的比较快，目前吉利帝豪在使用。

动力锂电池是一种先进的电池，目前很多电动车、电动汽车在使用，这类电池的各项功能均衡，价格也属于较低，但是动力锂电池很容易充放电不良，有时候会出现电池容量大幅度减小，因此劣势也很明显。

特别提示

上述这些不同的电动汽车电池，实际上都有各自的长处，但是因为电动汽车电池技术不成熟，因此依旧存在各类不同问题，买电动汽车大家最好三思而后行！

政策的支持和鼓励，企业的技术投资和创新，以及国际市场对清洁能源的需求不断增加等都有其贡献。正是由于这些原因，我国的电动汽车、锂电池、太阳能电池产业在未来将会继续保持快速发展的态势，同时也将成为我国走向可持续发展道路上的坚实支撑。

我国的电动汽车、锂电池和太阳能电池成为了“新三样”领跑外贸出口的重要产品。这一趋势不仅体现了我国在科技创新和产业升级方面的取得的巨大成就，也展示出我国对环保和可持续发展的高度关注。我国是世界上最大的电动汽车生产国之一，电动汽车产量稳步增长，市场规模不断扩大。

锂电池是电动汽车，移动电子设备等诸多应用领域的重要组成部分，也是“新能源+智能制造”战略的基础。我国在锂电池技术研发、生产和市场应用方面处于领先地位。根据数据，我国的锂电池企业拥有世界上最大的产能和产量，其销售额和市场份额也居于全球前列。

全球环保意识的不断提高，太阳能电池已经成为了越来越多国家和地区使用的主要清洁能源。我国的太阳能电池产业规模也在不断扩大，制造工艺和技术水平也不断提升，我国太阳能电池企业已经成为了全球主要厂商之一，其产品不仅能够满足国内市场的需求，还出口到了许多其他国家和地区。加上生产商不仅在生产过程中采用最先进的技术和设备，还对其整个生产过程进行了严格的质量控制。这使得这些产品在性能，使用寿命和安全性等方面优于其他同类型产品，从而促进了其在国际市场上的出口。

根据美国汽车协会的报告，美国司机平均每天驾驶30英里(48公里)。尽管电动汽车的寿命是普通汽车的三倍，但许多人仍然不愿意购买。这就是所谓的“里程担忧”问题。汽油车仍然主宰着道路。里程担忧是主要原因之一，但一组科学家正试图解决这个问题。

德国技术研究所(Fraunhofer-Gesellschaft)的移动能量存储系统项目经理Mareike Wolter正与一个团队合作开发一种新电池，这种电池可以一次为一辆电动汽车充电620英里(1000公里)。

沃尔特表示，该项目始于三年前，当时德国技术与研究所与蒂森克虏伯系统工程公司和IAV汽车工程公司的研究人员一起开会讨论如何提高汽车锂电池的能量密度。他们把目光转向特斯拉，这款受欢迎的全电动汽车，并开始了他们的研究。

特斯拉最新款的S 100D有一个100千瓦小时的电池组，续航里程约为335英里(540公里)。电池非常大，大约16英尺长，6英尺宽，4英寸厚。电池组包含8000个锂离子电池，每个都装在一个圆柱形外壳中，圆柱大约2-3英寸(6-7厘米)高，直径0.8英寸(2厘米)。

沃尔特告诉《生活科学》:“我们当时认为，如果我们使用与特斯拉电池相同的空间，但具有更高的能量密度，我们可以达到1000公里的范围，这将是一件伟大的事情。”

在她看来，有一种方法可以实现这个目标，那就是优化电池材料，让它储存更多的能量。此外，还有另一种方法来改进系统的整体设计。

每个电池大约50%的空间被组件占据，例如外壳、正电极、负电极和电解质(允许带电粒子移动的液体)。如果把电池芯放入汽车，它需要更多的空间，因为电池是通过电线连接到汽车的电力系统。

"这种设计浪费空间。"沃尔特说，“系统中有许多不活动的组件。我们认为，这是一个问题。”

因此，科学家决定调整电池的整体设计。你是怎么做到的？科学家移除了包裹单个电池的外壳，用薄片设计取代了圆柱形设计。金属板涂有储能材料，储能材料由粉末陶瓷和聚合物粘合剂制成。金属板的一边是正的，另一边是负的。

研究人员将所谓的双极电极一个接一个地堆叠起来，就像堆叠纸张一样。电极被一种薄电解质隔开，里面还有一种防止电荷短路的材料。科学家们随后包装了这些堆叠的板材，规格约为10平方英尺(1平方米)，其上部和下部与汽车的动力系统相连。

科学家的最终目标是开发一种电池系统，其空间大小与特斯拉汽车或其他电动汽车的电池相同。沃尔特说:“我们可以在同一个空间放置更多的电极，储存更多的电。”她还说，研究人员的目标是到2020年在汽车上测试该系统。

随着电动汽车越来越多，在寻求对高能量密度、高安全性的电池之外，电池能量管理系统的重要性也日益提高。不同的动力电池具有不同的性质，即使是同一类型的电池性质也存在不一致性，在使用过程中会出现扩大化造成事故的可能发生。因此对动力电池系统进行有效的管理用以确保电动汽车的安全显得十分重要，同时也需要保证电池系统的性能、延长电池寿命、提高电池使用效率。

电池管理系统构成及原理

电池管理系统（BMS），即Battery Management System，通过检测电池组中各单体电池的状态来确定整个电池系统的状态，并根据它们的状态对动力电池系统进行对应的控制调整和策略实施，实现对动力电池系统及各单体的充放电管理以保证动力电池系统安全稳定地运行。

典型电池管理系统拓扑图结构主要分为主控模块和从控模块两大块。具体来说，由中央处理单元（主控模块）、数据采集模块、数据检测模块、显示单元模块、控制部件（熔断装置、继电器）等构成。一般通过采用内部CAN总线技术实现模块之间的数据信息通讯。

基于各个模块的功能，BMS能实时检测动力电池的电压、电流、温度等参数，实现对动力电池进行热管理、均衡管理、高压及绝缘检测等，并且能够计算动力电池剩余容量、充放电功率以及SOC&SOH状态。

电池管理系统的基本功能

电池管理系统的基本功能可以分为检测、管理、保护这三大块。具体来看，包括数据采集、状态监测、均衡控制、热管理、安全保护等功能。

（一）数据采集

作为电池管理系统中其他功能的基础与前提，数据采集的精度和速度能够反映电池管理系统的优劣。管理系统的其他功能比如SOC状态分析、均衡管理、热管理功能等都是以采集获取的数据为基础进行分析及处理的。

数据采集的对象一般为电压、电流、温度。在实际使用过程中，电池在不同温度下的电化学性能不同，导致电池所放出的能量是不同的。锂离子动力电池对电压和温度比较敏感，因此在对电池的SOC进行评估时必须考虑温度的影响。

（二）状态分析

对电池状态的分析主要是电池剩余电量及电池老化程度这两个方面，即SOC评估和SOH评估。SOC能够让驾驶员获得直接的信息，了解到剩余的电量对续航里程的影响。现阶段的研究很多都集中在对SOC分析上，不断加强其精确度。SOC的分析会受到SOH的影响，电池的SOH在使用过程中受到温度、电流等持续影响而需要不断进行分析，以确保SOC分析的准确性。

在对SOC的分析上，主要有电荷计量法、开路电压法、卡尔曼滤波法、人工神经网络算法和模糊逻辑法等。在这简单介绍电荷计量法和开路电压法这两种方法。

（1）电荷计量法

电荷计量法是通过对一段时间内电池充入放出的电荷进行统计，即电流在时间上的累积来计算得到SOC。虽然是最常用的一种计量方法，然而会受到很多因素的影响包括数据采用精度、自放电问题等。比如由于电流传感器采用精度的不足，用于积分计算的电流与真实值之间存在误差，使得SOC的结果偏差越来越大。所以在采用电荷计量法时需要用到一些修正算法对各种影响因素进行校正，减少计算分析结果的误差。

（2）开路电压法

开路电压法是在电池处于静置状态下对电池的开路电压测量来计算电池的SOC。但需要注意的是采用开路电压法时一般认为SOC与电动势有一定的线性关系，任意一个SOC值都只对应一个电动势值。在采用开路电压法必须要考虑到电压回弹效应，在电压没有回弹到稳定值时计算得到的SOC会偏小。与电荷计量法相比较，开路电压法在电池正常工作时不能使用，这是它最大的问题。

其实现阶段要对SOC进行十分精确的测量存在很大的困难，比如由于传感器精度和电磁干扰引起采样数据的不准确带来状态分析的偏差。另外，电池的不一致性、历史数据、使用工况的不明确性也对SOC的计算带来很大的影响。

（三）均衡控制

由于生产制造和工作环境的影响会造成电池单体的不一致性，在电压、容量、内阻等性质上出现差别，导致每个单体电池在实际使用过程中有效容量和充放电电量是不一样的。因此为保证电池系统的整体性能和延长使用寿命，为减少单体电池之间的差异性而对电池进行均衡控制是十分必要的。

均衡管理有助于电池容量的保持和放电深度的控制。如果没有对电池进行均衡控制，由于电池管理系统的保护功能设置，就会出现某个电池单体充满电时其他电池单体没有充满或者某个最小电量的单体电池放电截止时其他电池还没有达到放电截止限制的现象。一旦电池出现过充或者过放，电池内部会发生一些不可逆的化学反应导致电池的性质受到影响，从而影响电池的使用寿命。

按照均衡管理中的电路结构和控制方式这两个方面来归纳，前者分为集中式均衡和分布式均衡，后者分为主动均衡和被动均衡。集中式均衡是指电池组内所有的电池单体共用一个均衡器来进行均衡控制，而分布式均衡是一个或若干个电池单体专用一个均衡器。前者通信简单直接，进行均衡速度快。但电池单体与均衡器之间的线束排布复杂，不适合单体数量多的电池系统。后者能够解决前者线束方面的问题，缺点是成本高。主动均衡又称非耗散型均衡，形象说就是进行电池单体之间的能量转移。将能量高的电池单体中的能量转移到能量低的单体上以达到能量均衡目的。被动式则是耗散型均衡，利用并联电阻等方式将能量高的单体中能量消耗至与其他单体均衡的状态。主动式均衡效率高、能量转移而不是被消耗，但结构复杂带来成本的上升。

（四）热管理

电池系统在不同运行工况下由于其自身有一定的内阻，在输出功率、电能的同时产生一定的热量从而产生热量累积使电池温度升高，空间布置的不同使得各处电池温度并不一致。当电池温度超出其正常工作温度区间时，必须限功率工作，否则会影响电池的寿命。为了保证电池系统的电性能和寿命，动力电池系统一般设计具有热管理系统。电池热管理系统是用来确保电池系统工作在适宜温度范围内的一套管理系统，主要由电池箱、传热介质、监测设备等部件构成。

电池管理系统在热管理上的主要功能是对电池温度进行准确地测量和监控，在电池组温度过高时的有效散热和通风用以保证电池组温度场的均匀分布。在低温的条件下，能够进行快速加热使电池组达到能够正常工作的环境。

（五）安全保护

安全保护作为整个电池管理系统最重要的功能，是基于前面四个功能而进行的。主要包括过电流保护、过充过放保护、过温保护和绝缘监测。

（1）过电流保护

由于电池都具备一定的内阻，当电池在工作时电流过大会造成电池内部发热，热量积累增加造成电池温度上升，从而导致电池的热稳定性下降。对于锂离子电池来说，正负极材料的脱嵌锂离子能力是一定的，当充放电电流大于其的脱嵌能力时，将导致电池的极化电压增加，导致电池的实际容量减小影响电池使用寿命，严重时会影响电池的安全性。电池管理系统会判断电流值是否超过安全范围，一旦超过则会采取相应的安全保护措施。

（2）过充过放保护

在充电过程中，充电电压超过电池截止充电电压时，将会引起正极晶格结构被破坏，导致电池容量变小。并且电压过高时会进而造成正负极短路发生爆炸的隐患。过充电是被严格禁止的。BMS会检测系统中单体电池的电压，当电压超过充电限制电压时，BMS会断开充电回路从而保护电池系统。

在放电过程中，放电电压低于电池放电截止电压时，电池负极上的金属集流体将被溶解，给电池造成不可逆的损害。给过度放电的电池充电时会有内部短路或者漏液的可能。当电压超过放电限制电压时，BMS会断开放电回路从而保护电池系统。

（3）过温保护

对于过温保护，需要结合上面的热管理功能进行。电池活性在不同温度下有所不同。长时间处在高温环境下，电池材料的结构稳定性会变差缩短电池使用寿命。低温下电池活性受限会造成可用容量减小，尤其是充电容量将变得很低，同时可能产生安全隐患。电池管理系统能够在电池温度超过高温限制值或是低于低温限制值时，均会禁止进行充放电。

（4）绝缘监测

绝缘监测功能也是保证电池系统安全的重要功能之一。电池系统电压通常有几百伏，一旦出现漏电将会对人员形成危险， 所以绝缘监测功能就显得相当重要。BMS会实时监测总正和总负对车身搭铁的绝缘阻值，如果出现绝缘阻值低于安全范围，则会上报故障并断开高压电。

系统设计及技术要求

在进行电池管理系统设计时，前期首先需要根据整车的设计要求确定BMS的功能，然后确定其拓扑结构，之后是主要工作内容的软硬件设计，在完成以上基本工作之后要进行BMS单元测试及动力电池组整体测试。在进行软硬件设计之前，单体电池的充放电、容量、电阻等特性都需要进行测试以便更好进行保护电路设计、算法设计等。

进行硬件设计时要结合软件算法的需求，在电路板开发及元器件设计上需要注意耐压绝缘、抗电磁干扰、电磁兼容、通信隔离和通风散热等。一般的软件设计功能包括电压检测、温度采集、电流检测、绝缘检测、SOC 估算、CAN 通讯、放电均衡功能、系统自检功能、系统检测功能、充电管理、热管理等。

相关硬件设计则对软件设计的功能提供支持，比如MCU模块用来采集、分析数据、收发控制信号；电流检测模块则是采集电池组充放电过程中的充放电电流。

总结

作为电动汽车的核心——动力电池系统的管理技术，电池管理系统在很多功能方面仍存在不足。在电动汽车蓬勃发展的当下，可以通过大量数据和技术的积累对电池管理系统的功能进行不断完善。实现完备功能的电池管理系统设计需要各方的不断努力，包括优化硬件设计、提高软件的自适应性和实现低功耗设计。

近年来，清洁能源汽车发展迅速，以特斯拉为首的电动汽车企业引进了一批技术含量高的电动汽车。通过不断的技术创新，电动汽车的性能得到了极大的提高，电动汽车已经从概念产品逐渐进入人们的生活。

电动汽车(照片来源:维尔画廊)

电动汽车顺应了科技进步和时代发展的趋势，越来越受到人们的喜爱和接受。然而，与燃油汽车相比，电动汽车仍然存在续航里程短、充电速度慢和成本高等问题。解决问题的关键在于电动车的“燃料箱”——动力电池，这可以说决定了电动车的生命力和竞争力。目前，锂离子电池作为储能系统之一，以其高电压、高能量密度、长寿命和安全性好等优点主导着动力电池的发展。

什么是锂离子电池？

锂离子电池是一种可以反复充电和放电的二次电池。他的主要成分是:正极、负极、隔膜和电解液。如下图所示，锂离子在充电过程中从正极出来，通过电解液进入负极，释放的电子从外部电路转移到负极，以保持电荷平衡。在放电过程中，锂离子从负电极出来并通过电解质进入正电极，而电子通过外部电路从负电极到达正电极。在每次充放电循环中，锂离子(Li+)作为电能的载体，从正极到负极再到正极反复来回移动，与正极和负极材料反应，将化学能和电能相互转化，实现电荷转移。这是锂离子电池的基本原理。

锂离子电池工作原理图(图片来源:约翰·古德斯沃，2013)

正负电极容易“激发”

锂离子电池可以将电能和化学能相互转化，实现能量储存和释放。条件之一是正极和负极的材料应该是活性的，容易氧化和还原，并且“容易”参与化学反应来实现能量转换。二是需要有电位差的正负电极材料来实现电荷移动。经过长期的研究和探索，人们发现了几种锂金属氧化物，如钴酸锂、钛酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、镍钴锰三元等材料，作为电池的正极活性材料。

负极通常选择石墨或其他碳材料作为活性材料，并且也遵循上述原理。它不仅需要一个好的能源载体，而且需要一个相对稳定的能源载体，还需要一个相对丰富的储量，便于大规模生产。碳是相对最佳的选择。

“出院”也需要划分场合

如上所述，锂离子流过电解质，反应产生的电子通过外部电路工作。因此，电池系统必须确保锂离子和电子的流动，也就是说，它必须是良好的离子导体和电子导体。许多电化学活性材料不是好的电子导体，所以有必要添加一些导电材料，如碳黑。为了将电极材料和导电剂固定在一起，还需要添加一些粘合剂。在这种情况下，电化学反应只能在活性物质、导电剂和电解质相遇的地方发生。

虽然锂离子流过电解质，但正极和负极必须物理分离。为了防止能量因短路而剧烈释放，有必要使用一种材料来“隔离”正极和负极。这就要求该材料具有良好的离子渗透性，能为锂离子自由通过开辟通道，同时也是实现正负电极绝缘的电子绝缘体。目前的锂离子电池使用由聚乙烯和聚丙烯制成的多孔隔膜。

提高电动汽车耐久性的瓶颈是什么？

对于手机、笔记本电脑和其他电子设备来说，储能是关键。储存的电量越多越好，运行时间越长越好。对于一些较大的应用，例如电动汽车中的电池，除了电池的能量密度之外，功率也同样重要。这种材料必须能够快速提供电力来驱动汽车，并在电力耗尽时快速充电。

目前，电动汽车的问题是续航能力有限。一辆装满油箱的燃油汽车的续航里程约为500公里。电动汽车的续航里程取决于它的“油箱”——电池。有些人可能会问，当他们看到这里，为什么不安装一个额外的汽车电池？

这个想法合理吗？答案是合理的，但不完全正确。并不是说电池越大，范围就越大！

有两种方法可以增加电动汽车的续航里程:一种是增加电池组的数量来增加总容量，这被称为“大电池”。这种方法的缺点是汽车的总重量也会增加。增加的电池减少了汽车的内部空间，增加了汽车的成本，也增加了功耗。因此，有必要折衷电池重量和电池范围之间的关系，以找到最佳解决方案。以我们周围的燃料汽车为例，加满一箱燃料大约需要500-600公里。如果燃油箱增加，储存的燃油量会增加，但燃油消耗量也会相应增加。考虑到加油站的分布距离，油箱设计为500-600公里更合适。提高电动汽车耐久性的另一种方法是增加电池的能量密度，开发更轻、容量更大的电池。另一方面，我们可以通过提高电池的充电速度来提高电动汽车的续航里程，从而使汽车能够更快、更方便地充满电。

如何使电动汽车充电五分钟并行驶500英里成为可能？

国务院发布的《中国制造2025》提出，动力电池的能量密度在2020年达到300瓦时/千克，2025年达到400瓦时/千克，2030年达到500瓦时/千克。目前，大规模生产的动力电池的能量密度为230±20瓦时/千克。根据“中国制造2025”的要求，结合目前的技术路线，我国科技工作者提出采用高镍正极+准固体电解质+硅碳负极来实现300瓦时/千克的目标。使用富锂正极+全固体电解质+硅碳/锂金属负极电池，到2025年达到400瓦时/千克的目标，使用锂空气电池和锂硫电池，到2030年达到500瓦时/千克的目标。

锂离子电池的技术目标(图片来源:作者自制)

有了这些数据，我们还需要考虑电池组件的质量和整车的重量，然后才能对电动汽车的续航里程做出一般性的推断。以特斯拉S型为例，电池组重约1吨，电池容量约100千瓦小时，车辆质量约2.5吨，可行驶600公里。根据最近的报道，特斯拉的第三代超级充电系统的充电速度超过1，000英里每小时(约1，609公里每小时)，5分钟内最大电量为75英里(约120公里)，15分钟内接近270公里。

“充电五分钟，电池寿命500里路”目前仍无法实现。如果这一想法得以实现，无疑将动摇燃油汽车的主导地位。那么，“充电五分钟，行驶500英里”真的是你力所不及的吗？

为了实现这个目标，对电池的充电和放电速度有非常高的要求。主要原因是正极和负极储锂材料的脱锂和嵌锂速度以及快速充放电过程中的结构稳定性。高速充电经常导致电池发热，损坏其结构并降低其使用寿命。这反过来要求电池的稳定性和安全性。尽管近年来有许多关于氢燃料电池概念车的报道，但氢燃料电池车需要解决一系列难以商业化的复杂问题，如制氢、储氢、燃料电池发动机、车体结构、安全性等。一般来说，在未来很长一段时间内，电动汽车的电池仍将主要是锂离子电池。为了实现“充电5分钟，持续500英里”的目标，需要满足以下条件:(1)材料具有高能量密度，即储存更多电能。(3)当锂离子被插入和移除时，材料和锂之间的反应应该非常迅速。(3)该材料是良好的电子导体。这将减少电池的内部损耗，并进一步提高电池的性能。(4)材料稳定性。在充放电过程中，材料不会改变其结构或以其他方式分解，其体积也不会膨胀或变形。(5)材料成本低。这决定了电池和电动汽车的价格。(6)材料的环境保护。对环境无污染或污染极小且可控。

如果你想实现“五分钟充电和500英里电池寿命”的目标，你需要对电池技术和储能机制进行更深入的研究和挖掘。我相信在不久的将来，电动汽车充电5分钟并行驶500英里是可能的！

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