鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:945次 | 2021年08月10日
電動(dòng)汽車動(dòng)力鋰離子電池五大正極材料性能PK:孰優(yōu)孰劣?
電池制造商正在大力推廣電動(dòng)汽車,倘若他們不成功,將會(huì)發(fā)生什么呢?可能像20世紀(jì)90年代迅猛發(fā)展的燃料動(dòng)力鋰電池或過去十年發(fā)展起來的生物燃料相同,倘若沒有政府的大力補(bǔ)貼就無法生存下來。美國(guó)能源部也承認(rèn),鋰離子電池的一些關(guān)鍵參數(shù)無法滿足需求。較新的鎳氫電池,比鋰離子電池更便宜、更安全,也更適用于電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng),但由于研究較為成熟,研究工作無法得到政府資助。
電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)中沒有理想的競(jìng)爭(zhēng)者,因此鋰離子電池依然是一個(gè)很好的選擇。圖1示出了5種備選電池,其中鋰鎳錳鈷(NMC)電池、磷酸鋰離子電池和鋰錳電池具有一定的優(yōu)越性。在消費(fèi)類電子產(chǎn)品中最流行的鈷酸鋰離子電池(未列出)這種最高的能量密度的電腦電池雖然被特斯拉和SmartFortwoED用作電動(dòng)汽車的電源,但由于其高昂的價(jià)格等劣勢(shì)并不適合大量使用的在一般電動(dòng)汽車中。人們要在安全性、比能量、成本和高溫性能等方面做出折衷的選擇。
比較了5種電池在安全性、比能量(也稱為容量)、比功率(電池的大倍率充放電的能力)、電池的高低溫性能、壽命(包括使用壽命和儲(chǔ)存壽命)以及成本6個(gè)指標(biāo)的性能。但圖中沒有提及充電時(shí)間,倘若有適宜的電源插座可用,電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的所有電池都可以快速充電,超快速充電是個(gè)例外情況,不過大多數(shù)用戶還是能夠接受幾個(gè)小時(shí)的充電時(shí)間的。自放電性能——這是另一個(gè)要重視的電池特性,在一般情況下,鋰離子電池自放電速率較低,倘若電池是新的,自放電幾乎可以忽略不計(jì)。然而,因受熱引起的電池的老化會(huì)加速電池的自放電并引起電池管理上的問題。在電動(dòng)汽車可選的電池類型中,磷酸鋰離子電池比其他電池系統(tǒng)自放電速率都高。
五種電池的性能圖雖然不完全相同,但是卻比較相近,沒有一種電池可以脫穎而出。例如,NCA雖然具有高容量,但是在安全方面卻不敵磷酸鋰離子電池,但磷酸鋰離子電池容量很低。沒有完美的電池,汽車制造商就通過設(shè)計(jì)電池包合來彌補(bǔ)某方面性能的不足。因此電池制造商一般是依據(jù)訂單要求來設(shè)計(jì)電池,強(qiáng)化使用所需的緊要特性。
下面是一個(gè)電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)中電池的幾個(gè)緊要指標(biāo)。
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%
安全性:是選擇電動(dòng)汽車電池的最緊要的指標(biāo)之一。一次意外在媒體和輿論的放大下就可能使大眾否定這款電動(dòng)汽車。類似的問題在100年前也是發(fā)生過的,例如蒸汽引擎和汽油坦克爆炸。人們緊要關(guān)心的就是電池的熱失控。用堅(jiān)固的配件及精心設(shè)計(jì)的安全電路應(yīng)當(dāng)可以基本處理這個(gè)問題,但依然可能存在風(fēng)險(xiǎn)。電池經(jīng)過濫用和長(zhǎng)時(shí)間的使用后非得確保其安全性。
壽命:反應(yīng)了電池的循環(huán)次數(shù)和儲(chǔ)存壽命。大多數(shù)電動(dòng)汽車的電池壽命可以保證汽車在使用8-10年內(nèi),充電一次能夠行駛160公里(約100英里)。電池老化引起的電池容量衰減是一個(gè)很嚴(yán)重的問題(尤其是在炎熱的氣候里)。而汽車制造商缺少用戶在不同的條件和氣候下電池的老化數(shù)據(jù)。因此廠商通常會(huì)增大電池包的尺寸來補(bǔ)償電池容量的損失,以保證汽車在規(guī)定年限內(nèi)能正常使用。
電池的高低溫性能:反映了電動(dòng)汽車中的電池在極熱的夏天和很低的溫度下的性能。不像內(nèi)燃機(jī)能在大的溫度范圍內(nèi)正常工作,電動(dòng)汽車電池對(duì)溫度的要求比較高。當(dāng)車輛的動(dòng)力來源僅僅惟有電池的時(shí)候,那調(diào)節(jié)電池的溫度、車內(nèi)部的加熱以及降溫所要的能量也將都來自電池。
比能量:即電池單位重量中含有的能量,反應(yīng)了汽車可行駛里程。人們清楚地認(rèn)識(shí)到,電池單位重量輸出的能量?jī)H占化石燃料的1%。汽油1kg(1.4升0.37加侖)產(chǎn)量約12kWh,而1kg電池惟有120Wh左右。但是我們要了解,電動(dòng)機(jī)效率高于90%,而內(nèi)燃機(jī)惟有30%左右。盡管效率差這么大,電池的儲(chǔ)能能力不提高2-4倍是不可能和內(nèi)燃機(jī)相提并論的。
比功率:與汽車的加速能力有關(guān),大多數(shù)電動(dòng)汽車電池比功率都不低。電動(dòng)機(jī)與相同馬力的內(nèi)燃機(jī)相比有更好扭矩比。
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量: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、無人設(shè)備
成本:這是電動(dòng)汽車的緊要劣勢(shì)。bCG預(yù)測(cè),很難將電池的目標(biāo)成本限定在$250-400/KWh。而且還有別的因素促使成本新增,比如規(guī)定安全保護(hù)電路,電池管理狀態(tài),環(huán)境溫度控制保持,和8-10年的保修期。這些因素導(dǎo)致電池的價(jià)格相當(dāng)于一臺(tái)非電動(dòng)汽車的價(jià)錢,基本上電動(dòng)汽車的價(jià)錢要再翻一倍。