鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:8031次 | 2021年04月09日
為何豐田還在使用鎳氫電池?鎳氫電池有什么特點(diǎn)
說(shuō)到混合動(dòng)力,除了本田這個(gè)后來(lái)者外,在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)靠譜的就是最早將這一技術(shù)帶到我國(guó)的豐田。顯然豐田正是吃了這個(gè)甜頭,2019年一月,第八代凱美瑞銷(xiāo)量達(dá)到了19720輛,其中混合動(dòng)力車(chē)型占比為21%。而售價(jià)更為親民的緊湊級(jí)車(chē)型雷凌,一月銷(xiāo)量達(dá)26681輛,其中混合動(dòng)力車(chē)型占比也達(dá)到了20%。
但關(guān)于混合動(dòng)力汽車(chē),不少消費(fèi)者依舊存在一個(gè)疑問(wèn),為何在絕大多數(shù)新能源汽車(chē)(如特斯拉、蔚來(lái)、比亞迪等)都使用鋰離子電池,豐田還一味專(zhuān)注于使用鎳氫電池?在我們?nèi)粘J褂玫纳钣闷吩缫咽褂娩囯x子電池的今天,使用鎳氫電池是否顯得過(guò)時(shí),這是出廠出于降低生產(chǎn)成本的做法嗎?事實(shí)上,混合動(dòng)力汽車(chē)使用鎳氫電池有著相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì),不僅豐田,包括福特、通用等諸多品牌的混合動(dòng)力汽車(chē)大多選擇鎳氫電池作為電能的存儲(chǔ)介質(zhì)。
我們?nèi)粘J褂玫碾妷簽?.2V一節(jié)的充電電池,就是鎳氫電池。
1,電池千萬(wàn)種,安全第一條
鎳氫電池之所以能成為一眾汽車(chē)的首選,中重要的是其具有無(wú)可比擬的安全可靠性能。一方面,鎳氫電池電解液為不可燃的水溶液。另一方面,鎳氫電池的比熱容、電解液蒸發(fā)熱相對(duì)較高、而能量密度相對(duì)較低,這意味著即使發(fā)生短路、刺穿等極端異常情況,電池溫升幅度也不大不會(huì)引起燃燒。最后,作為一款較為成熟的電池產(chǎn)品,鎳氫電池的產(chǎn)品質(zhì)量控制難度低,良品率較高。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
截至2014年底,全球超過(guò)73%的混合動(dòng)力汽車(chē)采用鎳氫電池,總數(shù)超過(guò)800萬(wàn)輛,這些混合動(dòng)力汽車(chē)在使用過(guò)程中,并出現(xiàn)過(guò)因電池引起的嚴(yán)重安全事故。而作為商業(yè)化混動(dòng)汽車(chē)的代表豐田普銳斯,得益于出色的充放電程序,這些車(chē)在使用十年后電池也沒(méi)有出現(xiàn)明顯的壽命衰減。因此,成熟的鎳氫電池,是目前最具商業(yè)應(yīng)用價(jià)值的電池。
國(guó)外有測(cè)試人員對(duì)普銳斯的電池組進(jìn)行人為的不斷電充電測(cè)試,電池組也沒(méi)有因此而引起嚴(yán)重的安全事故。
2淺充電造長(zhǎng)壽命
其次是鎳氫電池具有良好的快速充放電性能。混合動(dòng)力汽車(chē)的電池容量都不大,例如最新的第八代凱美瑞雙擎,電池容量?jī)H有6.5千瓦時(shí),相比插電混動(dòng)動(dòng)輒10千瓦時(shí)以上的電量,容量少了一半以上。而由于混合動(dòng)力系統(tǒng)的工作方式,要不停地對(duì)電池進(jìn)行快速充放電,而在這種工況下,鎳氫電池相比鋰離子電池更加有優(yōu)勢(shì)。
盡管鎳氫電池的能量密度只有鋰離子電池的60-80%(鋰離子電池為100J/m),但由于鎳氫電池的特點(diǎn)對(duì)安全保護(hù),溫度控制等要求更低,因此無(wú)需大體積就能輕松在混合動(dòng)力汽車(chē)上找到自己的容身之所。
標(biāo)稱(chēng)電壓:28.8V
標(biāo)稱(chēng)容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
混合動(dòng)力汽車(chē)特殊的動(dòng)力系統(tǒng),在合理的動(dòng)力輸出策略之下,在行駛過(guò)程中一般只會(huì)用到電池容量的10%,即使最極端的情況,電池最大用量大概只能是40%。換言之,電池有約60%的電量是永遠(yuǎn)動(dòng)用不到,這種稱(chēng)為淺充電的電池管理策略,這關(guān)于從鎳鉻電池改善而來(lái)的,電池記憶效應(yīng)大幅改善的鎳氫電池而言,能極大地延長(zhǎng)其使用壽命,充放電循環(huán)次數(shù)可達(dá)10000次以上。
美國(guó)《消費(fèi)者報(bào)告》曾對(duì)調(diào)查了超過(guò)3.6萬(wàn)位普銳斯車(chē)主,得出的結(jié)論是,車(chē)輛可靠性高,而且使用成本非常低。對(duì)此,《消費(fèi)者報(bào)告》用一輛行駛10年33萬(wàn)公里的第一代普銳斯和十年前僅行駛3200公里的第一代普銳斯新車(chē)進(jìn)行相同標(biāo)準(zhǔn)的油耗測(cè)試以及性能測(cè)試。結(jié)果顯示,使用了10年行駛33萬(wàn)公里的舊車(chē)與新車(chē)無(wú)論是在油耗性能還是動(dòng)力性能都保持在同一水平,說(shuō)明鎳氫電池組和混動(dòng)系統(tǒng)仍然工作正常。
使用鎳氫電池的普銳斯混合動(dòng)力汽車(chē),不少海外媒體對(duì)其有著很高的可靠性評(píng)價(jià)。
從2015年新能源汽車(chē)(純電動(dòng)與插電式混動(dòng))在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)開(kāi)始普及至今,因這類(lèi)采用了鋰離子電池的汽車(chē),在使用一定年限后電池壽命減少,而在冬季低溫環(huán)境下電量出現(xiàn)明顯的衰減,令不少車(chē)主在使用中有明顯的續(xù)航焦慮。而這樣的結(jié)果,正是鋰離子電池的特性造成的。因此,車(chē)齡在3-4年的新能源汽車(chē),保值率最高的只有45%,相比燃油車(chē)最低的60%(同車(chē)齡)低不少。
3,環(huán)保的電池才能造出環(huán)保的汽車(chē)
雖然鋰離子電池沒(méi)有記憶效應(yīng),但充放電循環(huán)次數(shù)一般只有600次左右,而且在高電流快充快放以及過(guò)充過(guò)放的復(fù)雜使用環(huán)境中,電池壽命大幅下降。另外由于鋰離子電池采用有機(jī)電解質(zhì)溶液,低溫下電阻迅速增大,0℃下性能已大大衰減,不能滿足-10℃下正常使用要求。反觀鎳氫電池,由于采用堿性電解質(zhì)水溶液,其工作溫度可低至-40℃,因此在冬季,混合動(dòng)力汽車(chē)的動(dòng)力、經(jīng)濟(jì)等性能也沒(méi)有明顯變化。
鎳氫電池的成分較少,回收價(jià)值高,回收難度小。
最后,由于鎳氫電池不含劇毒物質(zhì),對(duì)環(huán)境更加友好。鎳氫電池的重要成分為鎳、稀土,回收價(jià)值高(有殘余價(jià)值),回收難度小,基本可全部回收再利用,實(shí)現(xiàn)材料可持續(xù)發(fā)展,被稱(chēng)為是最具有環(huán)保效果的電池。
反觀鋰離子電池,回收難度就高得多。鋰離子電池自身的化學(xué)活潑特性,是其回收的技術(shù)路線相當(dāng)復(fù)雜,電池必須先進(jìn)行預(yù)處理,包括放電、拆解、粉碎、分選。拆解之后的塑料和金屬殼體可以回收,但代價(jià)高昂:因?yàn)闅堄嚯妷喝匀桓哌_(dá)數(shù)百伏(不包括18650電池),并有一定危險(xiǎn)性;電池殼體為了安全要,封裝為不可自拆卸的形式,打開(kāi)頗費(fèi)功夫;另外,鋰離子電池正極材料也是五花八門(mén),對(duì)回收用的酸堿溶液要求高。以目前的技術(shù),鋰離子電池回收無(wú)疑是一樁賠本的買(mǎi)賣(mài)。
除了上述這些,鎳氫電池還有放電特性平穩(wěn),放電曲線平滑,發(fā)熱量小等優(yōu)勢(shì)。因此,在電池技術(shù)未有重大突破之前,這種能量密度相對(duì)較低的鎳氫電池,依舊是對(duì)電池電量要求不高的混合動(dòng)力汽車(chē)的最佳拍檔。業(yè)界不斷反思電動(dòng)汽車(chē)的安全問(wèn)題,盲目追求高能量密度成為焦點(diǎn)。多位專(zhuān)業(yè)人士指出,理論上電池能量密度與安全性成反比。公司追求高能量密度,安全問(wèn)題隨之暴露。雖然未能明確已發(fā)生的起火事件與追求能量密度存在多大相關(guān)性,但隨著高鎳三元電池進(jìn)入市場(chǎng),新能源汽車(chē)面對(duì)更高的安全技術(shù)要求。
如何在高能量密度和提高安全性間取得平衡,成為當(dāng)前業(yè)內(nèi)亟待解決的一大難題。各家公司則從單體電芯、模組設(shè)計(jì)和電池包的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)多個(gè)層級(jí)提高整體安全性。
安全焦慮
2018年新能源汽車(chē)發(fā)生數(shù)起召回事件,逐漸走出里程焦慮的新能源汽車(chē)似乎陷入安全焦慮困局。這是一位新能源汽車(chē)裝備行業(yè)上市公司高管發(fā)出的感慨。起火事件頻繁進(jìn)入大眾視野,新能源汽車(chē)安全問(wèn)題被提及的頻率越來(lái)越高。
2018年十月底,國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局相關(guān)負(fù)責(zé)人稱(chēng),據(jù)掌握的輿情信息,2018年已發(fā)生新能源汽車(chē)起火事件40余起。鑒于車(chē)輛火災(zāi)事故可能與電器線路、燃料動(dòng)力電池等因素相關(guān),且部分證據(jù)在燃燒過(guò)程中消失或發(fā)生變化,缺陷調(diào)查非常困難。截至2018年十月底,該局已組織缺陷產(chǎn)品管理中心啟動(dòng)新能源汽車(chē)缺陷調(diào)查10起,會(huì)同相關(guān)部門(mén)開(kāi)展火災(zāi)事故現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查5次,督促相關(guān)生產(chǎn)公司執(zhí)行召回5次。其中,召回涉及5家公司24個(gè)車(chē)型的3.56萬(wàn)缺陷車(chē)輛,缺陷原因多為電控和機(jī)械故障。