2.1 新能源汽车动力电池分类及工作原理

2.1.1 动力电池的概述及基本性能参数

动力蓄电池业内一般称为动力电池，其作用是接收和储存由车载充电机、发电机、制动能量回收装置或外置充电装置提供的高压直流电，并且为电动汽车提供高压直流电。

动力电池是新能源汽车的核心部件，也是新能源汽车上价格最高的部件之一。动力电池的性能好坏直接决定了这辆车的实际价值。

应用在新能源汽车上的动力电池主要有铅酸动力电池、镍氢动力电池、锂离子动力电池等。作为新能源汽车的动力源，动力电池技术是电动汽车的核心技术，更是电气技术与汽车行业的关键结合点，一直制约着电动汽车的发展。近年来，随着新能源汽车动力电池技术的研发受到各国能源、交通、电力等部门的重视，动力电池的多种性能得到了提高，如我国就在锂离子动力电池技术方面取得了突破性进展。

动力电池一旦失效，车辆就会处于瘫痪状态。动力电池属于高压安全部件，内部机构复杂，工作时需要很苛刻的条件，任何异常因素都将导致动力被切断，因此对动力电池的诊断与测试就需要丰富的动力电池的基础技术知识，对动力电池组的更换更需要专业规范的操作。

动力电池基本性能参数见表2-1-1。

2.1.2 动力电池的类型及基本工作原理

目前铅酸动力电池、镍氢动力电池和锂离子动力电池在新能源汽车中均有应用。锂离子动力电池是目前最常用的动力电池，广泛应用在国内外生产的纯电动汽车上。镍氢动力电池广泛应用在丰田混合动力汽车上。铅酸动力电池则多用在低速电动车、电动自行车上。

1. 铅酸动力电池

铅酸蓄电池已有150多年的历史，广泛用作内燃机汽车的起动动力源，是成熟的电动汽车蓄电池。它可靠性好、原材料易得、价格便宜；比功率也基本上能满足电动汽车的动力性要求。但它有两大缺点：一是比能量低，所占的质量和体积太大，而一次充电行驶里程较短；另一个是使用寿命短，使用成本过高。目前，已有很多公司开发出新型的铅酸电池，使得其性能有很大提高。铅酸蓄电池的结构如图2-1-1所示。

铅酸蓄电池是利用稀硫酸、铅、二氧化铅这三种活性物质进行化学反应完成充电和放电的。放电时，化学反应是从左向右进行的，由于消耗了硫酸并生成水，因此电解液密度会不断下降。而充电时，在外部电压的作用下，重新生成活性物质。

目前铅酸蓄电池主要用于燃油汽车起动电源、新能源汽车低压电源、电动自行车动力电池和电动巴士动力电池等。

2. 镍氢动力电池

镍氢动力电池属于碱性电池，具有使用寿命较长，能量密度高等优点；缺点是价格较高，性能比锂电池较差。

镍氢动力电池正极的活性物质是氢氧化镍Ni（OH）₂，负极是储氢合金，用氢氧化钾作为电解质。在金属铂的催化作用下，完成充放电的可逆化学反应。镍氢动力电池工作原理如图2-1-2所示。

在新能源汽车中，大功率的镍氢电池主要使用在油电混合动力车辆中，其最有代表性的车辆就是丰田系列混合动力汽车，图2-1-3所示为丰田雷克萨斯混合动力汽车镍氢动力电池安装位置。丰田系列混合动力汽车镍氢动力电池使用了特别的充放电程序，使动力电池充放电寿命可足够车辆使用十年。其他使用镍氢动力电池的混合动力车辆包括：福特的Escape、雪佛兰的Malibu、本田的Civic Hybrid等车型。虽然镍氢电池比锂离子电池重，但仍然有部分纯电池动力车使用镍氢电池，例如本田的EV Plus、福特的Ranger EV等车型。

3. 锂电子动力电池

锂离子动力电池具有质量轻、储能大（能量密度高）、无污染、无记忆效应、使用寿命长的特点。在同体积重量情况下，锂电池的蓄电能力是镍氢电池的1.6倍，是镍镉电池的4倍，并且目前的技术条件只开发利用了其理论电量的20%～30%，开发前景非常好。同时，锂离子电池不会对环境造成污染，是目前最佳的能应用到电动汽车上的电池。我国从20世纪90年代开始开发和利用锂离子电池，至今已研制出了完全拥有自主知识产权的锂离子电池。按照正极材料的不同，锂离子电池可以分为锰酸锂离子电池、磷酸铁锂离子电池和镍钴锂离子电池等。

电池充电时，锂离子从正极材料的晶格中脱出，通过电解质溶液和隔膜嵌入到负极中。放电时，锂离子从负极中脱出，通过电解质溶液和隔膜嵌入到正极材料晶格中。在整个充放电过程中，锂离子往返于正负极之间。锂离子电池的工作过程如图2-1-4所示。

近几年大部分新能源汽车采用了能量密度更高的三元锂动力电池。三元锂动力电池是指正极材料使用镍钴锰三元材料的锂电池。三元复合正极材料是以镍盐、钴盐、锰盐为原料，是容量和安全性比较均衡的材料，循环性能好于正常的钴酸锂。目前随着技术的不断进步，三元锂动力电池的单体电池标称电压已达到3.7V，在容量上已经达到或超过钴酸锂电池。