地球主要污染是“三废“,即废气、废水和固体废弃物。废气是指人类在生产和生活过程中排出的有毒有害的气体。特别是火力发电厂、化工厂、钢铁厂、制药厂,以及炼焦厂和炼油厂等,排放的废气严重污染环境和影响人体健康。现在的燃油汽车排放的尾气含有铅、苯和酚等碳氢化合物。空气污染是世界上最大的威胁,除了尽量减少使用煤﹑石油外,还应大力发展风电、光伏发电、水电等绿色能源。其中,发展纯电动汽车、禁止销售燃油车将有助于快速解决空气污染问题。
据悉,中国燃油车禁售燃油车的时间已经出台,将在2035年实施统一,车企不允许对外销售高污染燃油型汽车,禁令私自上路行驶。长安汽车已经提出,会在2025年禁止销售燃油车,比亚迪表示会在2030年让旗下的汽油车全部退出汽车市场,北汽汽车随后表示,最晚直到2025一定会和其他车企看齐,包括上海通用汽车公司也做出了相应的策略,会大力研发完善新能源技术。海南计划在2030年前实现全岛使用新能源汽车。至此,海南成为我国首个宣布禁售燃油车的省份。
英国计划2035年前禁售汽油和柴油汽车。法国2040年前或禁售汽油车和柴油车。德国2030年后禁售传统内燃机汽车。挪威与荷兰2025年禁售燃油汽车。印度2030年全面禁售燃油车。禁售燃油汽车后,纯电动汽车将会有长足的发展。
如果纯电动汽车发展足够成熟,续航里程可以超过燃油车,并且充电问题得到很好解决,电池寿命和汽车寿命一致,并且足够安全,那么纯电动车型完全取代燃油车才有政策上实施的可能性。
谈及电动汽车,很多人还是心中彷徨:电动车充满电了能跑多远啊?别是去趟郊区就报警了啊;再说充电也慢啊;另外,想充电时,如果10分钟内不能找到充电站也是要急死人啊!如果需要充电几个小时才能在上路,那也太耽误事了……。这些如果是真的,这电动车还真就不敢买了。但是,在技术突飞猛进的今天,这一切问题都是可以解决的。
如果充电站已经合理部署了,充电已经不是问题了,那么,剩下来的问题就是充电时间了。车主肯定是希望快速充电,最好能在十分钟内充满电,甚至充电比加油还快,那么,一切都会OK了!
一.电动汽车采用的电池
目前市面上主流的新能源电动汽车电池种类大致归为铅酸电池、镍氢电池、钴酸锂电池、锰酸锂电池﹑磷酸铁锂电池和三元锂电池((镍钴锰酸锂电池)等几大门类。
铅酸电池:成本低﹑低温性好﹑性价比高;但能量密度低、寿命短、体积大、安全性差。由于能量密度和使用寿命很低,作为动力的电动车无法拥有良好的车速和较高的续航里程,一般用于低速车。
镍氢电池:成本低、技术成熟、寿命长、耐用;但能量密度低、体积大、电压低﹑有电池记忆效应。由于其超强耐用性,被丰田混动车型普锐斯长期采用。与锂电池相比,电池单体电压仅为1.2v,为锂电池的1/3,因此需求电压一定的情况下,镍氢电池体积比锂电池大不少。虽然性能优于铅酸电池,但是含有重金属,遗弃后对环境将造成污染。
锂离子电池:是目前最技术最先进的电池之一。这种电池能量密度高,能存的电就多;循环寿命长,能充放电的次数就多,用的年头也长。现在用在电动汽车上的锂电池,主要是两种磷酸铁锂电池和三元锂电池(三元锂电池的“三元”指的是包含镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)或铝(A1)三种金属元素的聚合物,在三元锂电池中做正极。)
磷酸铁锂电池
磷酸铁锂电池热稳定佳、安全、成本低、寿命长;但能量密度低、怕低温。热稳定性是动力锂电池中最好的。电池温度处于500-600℃时,其内部化学成分才开始分解,并且穿刺﹑短路﹑高温都不会燃烧或者爆炸,因此比松下的钻酸锂电池的安全性更高,使用寿命也较长。但能量密度低,导致电池重量更重,体积也更大,车辆续航里程一般。而其最大的痛点在于低温充电问题,当温度低于-5℃时,充电效率低,不适合北方在冬天充电的需求。
三元锂电池
再过几年,就要看固态锂离子电池了。固态锂电池,电解质由液体变成了固体,电容量大、充电速度快,又没有电解液泄漏起火的风险,可谓理想的动力电池。全球已经有几家公司推出了固态电池的原型电池,也许三五年之内,这种电池就会异军突起。
燃料电池被认为是未来理想的清洁能源之一。它是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置。将燃料和空气分别送进燃料电池,通过一系化学反应,产生出电能,驱动车辆使用。而且,因为燃料电池用燃料和氧气作为原料;同时没有机械传动部件,故没有噪声污染,排放出的有害气体极少。由此可见,从节约能源和保护生态环境的角度来看,燃料电池具有较大的发展前景。目前,燃料电池汽车主要集中在商用车领域,主要是因为燃料电池在和化学电池同样能量下,体积要大出几倍。
在快速充电方面,据国外媒体报道,新加坡的南洋理工大学的研究人员最近发明了一种新型的快速充电的锂电池,使用寿命长达20年。这种电池的创新在于使用二氧化钛纳米管而不是传统的石墨材料作为电池的阴极。这种新型电池尚没有投入大规模生产和走向市场的明确时间表,但它所使用的钛纳米管是一种易于加工的且成本相对较低的原料,所以前景十分光明。想象一下你可以用几分钟而不是几个小时给一辆电动汽车充满电,而且可以一直开到车被淘汰都不需要更换电池的情景是多么的诱人。
另外,一家以色列名为StoreDot 的公司近来宣布成功研发出一种汽车超级充电锂电池技术,其中包括电池组和专用充电桩。介绍显示,StoreDot 公司的超级充电技术可在5分钟内为电动汽车补充能够续航480公里的电量,这与传统汽车加满一箱油的时间相差无几。
StoreDot公司的CEO Doron Myersdorf指出,这项超级充电技术中所利用的电池采用了一种新的技术——多功能电极(multifunction electrode,MFE)。MFE使用了导电聚合物和金属氧化物作为电池材料。前者允许电池接收快速充电,而后者则用来把迅速聚合的锂离子慢慢流进电极。这一快一慢两个过程既保证了充电的快速性,又避免了电极崩溃或者寿命变短。
Doron Myersdorf强调,这种快速充电电池内部的电阻非常小,在充电过程中产生的热量非常少,其寿命是普通锂电池的三倍左右。当然,对于消费者来说,才懒得管你电池内部用的是什么新技术,更多人更关心的是性能与价格。对此, Doron Myersdorf表示快速充电电池的造价将比锂电池高出20%-30%,但由于寿命更长,所以均摊下来反而会比使用锂电池更便宜。
二.电动汽车电池的充电方式
电池标称容量一般用C表示。例如100AH的电池标称容量就是一个c (1c) , 200AH的电池标称容量也是一个C。充电时间的计算:理论上的锂电池充电时间是电池标称容量C与电流之比:
即为:锂电池充电时间(h)=电池容量C (Ah)÷充电电流(A)
由于锂电池有内阻,实际充电时刻要大于上述理论充电时间,为了使锂电池充电时间满足满电要求,一般要依据充电电流所占电池容量C比值的大小设定一个大于1的系数。
比如:当充电电流小于等于电池容量C的5%时系数为1.6,此刻:
锂电池充电时间=电池容量C÷充电电流×1.6
以此类推,依据充电电流所占电池容量份额的大小,锂电池充电时间核算时的系数还有
1.5 (5%C<充电电流≤10%C),慢速充电
1.3 (10%C<充电电流≤15%C) ,慢速充电
1.2 (15%C<充电电流≤20%C) ,慢速充电
1.1 (20%C<充电电流),快速充电
例如:一组100AH (=1C)的锂电池,用5OA (=50%C)充电,需要2.2小时:
2.2小时=100AH÷50A×1.1
充电电流在0.1C-0.2C之间时,我们称为慢速充电。充电电流大于0.2c,小于0.8C则是快速充电。而当充电电流大于0.8C时,我们称之为超高速充电。这样看来,充电电流越大,充电时间越短。但是,充电电流越大,电池内阻发热越严重,这将大大地缩短电池的寿命。
第一种就是常规的充电方式。这种充电方式充电时间较长,是慢速充电,采用恒压、恒流的传统充电方式对电动汽车进行充电。这种方式的充电电流不大,只有大约15A左右。相应的充电器的工作和安装成本比较低,简单易操作。这种充电方式可用在电动汽车家用充电设备和小型充电站上。由于在充电时只需要将车载充电头插到停车场或者家用的电源插座上,因此,充电过程一般由客户自己独立完成。
第二种充电方式是快速充电。这种充电方式是以150到400A的高充电电流在短时间内为蓄电池完成充电。相对于常规的充电而言,成本要高。所以快速充电又被称之为迅速充电或者是应急充电。其目的就是保证电动汽车在短时间快速充满电。这个时间通常与燃油车加油的时间是近似的。一般多用在大型充电站。
第三种方式是无线充电。这种充电方式的原理是将电能转化成一种特殊的激光或者是微波束,在车顶安装一个专用的天线接收即可。公路上行驶的电动汽车可通过安装在电线杆或其他高层建筑上的发射器快速补充电能,电费从汽车上安装的预付卡中扣除。目前还不能商业化。
第四种充电方式就是更换电池充电技术。这种技术主要是在蓄电池电量耗尽时,用充满电的电池替换下已经耗尽点亮的电池,蓄电池回归服务站。电动汽车只需要跑租借电池即可。这种方式已在北京等城市试用。
第五种充电方式就是移动式充电方式。这是最理想的充电方式。主要的方式是在汽车巡航的时候就能给汽车充电。客户就没必要去寻找充电桩,并花费时间去充电。移动式充电是预先将充电装置埋在一段路下面,即充电区。接触式和感应式的都可以实行。这种充电方式成本巨大,目前仍处在理论研究阶段。但是前景十分广阔。
三.电池监控管理系统
电动汽车的电池实际上是由很多节电池串联在一起组成了电池组,这样才能获得足够高的电压。为了保证电池组工作的安全性与可靠性,必须随时监测电池组的电池电压、充电电流、放电电流、电池温度、每节电池的内阻、电池组的剩余电量、判断单节电池的健康状态等等,所以,电动汽车需要配置一套电池实时监测管理系统。
电池实时监测管理系统可以随时随地的监测电池组及每节电池的电池电压、电池内阻、电池温度等重要的参数,同时监测电池充放电的充电电流和放电电流,保证电池充电时不会过充电,放电时也不会过放电,并且随时随地的报告每节电池的健康状态,以便对电池进行维护。
四.结束语
电动汽车越来越成为人们所讨论的话题当然大家也非常关心电动汽车的电池与充电方式。如今电动汽车已逐步成熟,随着电池技术与充电技术的不断进步,充电站问题的解决,燃油汽车将会很快的被淘汰,电动汽车的春天即将来临!
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