鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:891次 | 2021年04月14日
混合動(dòng)力和純電動(dòng)汽車電池有什么不同?
汽車電動(dòng)化的速度在近幾年內(nèi)發(fā)展的飛快!回想起十幾年前,電動(dòng)汽車當(dāng)時(shí)候還只是天馬行空的想法,而到了現(xiàn)在,全球汽車市場(chǎng)上已經(jīng)有幾十款不同的混合動(dòng)力『Hybrid』、插電混合動(dòng)力『Plug-inHybrid』以及電動(dòng)汽車能夠讓消費(fèi)者選擇購(gòu)買(mǎi)。
就連法拉利、保時(shí)捷、邁凱倫以及柯尼塞格這些高端品牌的旗艦車型都已經(jīng)是混合動(dòng)力,再加上特斯拉推出性能強(qiáng)大的電動(dòng)汽車型之下,曾幾何時(shí),電動(dòng)汽車型已經(jīng)不再是以環(huán)保為目的,也開(kāi)始和性能、速度掛鉤。
汽車電動(dòng)化的關(guān)鍵,在于電池科技的進(jìn)步。在近十年間,由于越來(lái)越多汽車制造商和相關(guān)領(lǐng)域的車廠加入資金研發(fā),電池的效能、重量、體積等各方面都有了大幅改善。但是,電池的種類多樣,究竟哪一種形式的電池才是最適合汽車使用呢?
不只是汽車領(lǐng)域,目前多數(shù)商用電子產(chǎn)品當(dāng)中普遍使用了鋰離子電池,而在過(guò)去十多年以來(lái),鋰電子也因?yàn)閺V泛的使用,在效能上不斷進(jìn)化。因此,除了現(xiàn)在多數(shù)的混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車都使用鋰離子電池之外,包括了智能手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦等消費(fèi)電子產(chǎn)品都是使用鋰離子電池。
不過(guò),『鋰』只是一種通稱,在這種形式的電池之下還分憂很多種類。以消費(fèi)電子產(chǎn)品來(lái)說(shuō),最常使用的是鋰鈷氧化電池『LiCoO2』,是鋰離子電池當(dāng)中能量密度最高的一種。但是這種電池有著『熱失控(thermalrunaway)』的缺點(diǎn),也就是在過(guò)度充電或者溫度較高的環(huán)境之下,假如沒(méi)有正確使用即很容易發(fā)生過(guò)熱甚至爆炸起火的狀況,這也是鋰鈷氧化電池縱使有著最高的能量密度,也鮮有使用在汽車領(lǐng)域當(dāng)中。
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%
多數(shù)電動(dòng)工具、醫(yī)療工具以及車用電動(dòng)系統(tǒng)所使用的鋰離子電池多半為磷酸鋰鐵電池『LiFePO4』、錳酸鋰離子電池『LMO』、鎳鈷錳三元電池『NMC』等,雖然這幾種電池的能量密度低于鋰鈷氧化電池,但是使用壽命以及安全性都更加優(yōu)異,因此相當(dāng)適合在電動(dòng)化汽車領(lǐng)域當(dāng)中,其中以鎳鈷錳三元電池最為廣泛應(yīng)用在混動(dòng)動(dòng)力和電動(dòng)汽車上,目前FormulaE電動(dòng)方程式賽車所使用的電池也是基于鎳鈷錳三元電池(NMC)制造而成。
『全新FormulaE電動(dòng)方程式賽車』
為何鋰離子電池是目前電動(dòng)化汽車電池的大客戶?基本上,鋰離子電池有著優(yōu)異的『能量重量比』、『充電速度快』以及『幾乎沒(méi)有記憶效應(yīng)』這三大優(yōu)勢(shì)。
較高的能量密度意味著電池重量較輕,這關(guān)于追求輕量化、高性能以及講究續(xù)航力的汽車來(lái)說(shuō)相當(dāng)合適。充電速度快當(dāng)然也是電動(dòng)汽車使用與否的關(guān)鍵之一,但是在現(xiàn)實(shí)環(huán)境當(dāng)中鋰離子電池的充電速度只是稍微比其他形式的電池快而已,絕對(duì)不是天與地的分別。至于電池記憶效應(yīng)則是幾乎不會(huì)發(fā)生在鋰離子電池上,因此鋰離子電池的電力容量并不容易隨著使用次數(shù)新增而大幅減少。
『現(xiàn)在高端啟動(dòng)電池使用磷酸鋰離子電池】
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(wú)人設(shè)備
但是這并不代表鋰離子電池就沒(méi)有缺點(diǎn),以目前的電池制造商技術(shù)來(lái)看,鋰離子電池重要缺點(diǎn)在于成本比其他種類電池高出不少,以鎳基電池為例,鋰離子電池制造成本大約高出40%,這通常會(huì)讓希望推出平民電動(dòng)汽車型的汽車制造商打退堂鼓。不過(guò),無(wú)論是何種電池,在近年經(jīng)濟(jì)模式的擴(kuò)張之下,成本和多年前相比都已經(jīng)大幅降低。
此外,鋰離子電池雖然不用煩惱記憶效能的問(wèn)題,但是仍然會(huì)隨著時(shí)間以及使用環(huán)境所出現(xiàn)衰退。以目前汽車制造商的評(píng)估,車用鋰離子電池使用壽命大約在10年左右,但是目前還沒(méi)有電動(dòng)汽車運(yùn)轉(zhuǎn)足夠時(shí)間和實(shí)際資料來(lái)驗(yàn)證這個(gè)理論。不過(guò)從目前的各大車廠掌握的電池技術(shù)來(lái)看,鋰離子電池是所有種類電池當(dāng)中缺點(diǎn)最少的,因此被視為當(dāng)下最佳車用電池來(lái)源。
鎳氫電池Nickel-metal-hydride(Ni-MH)Batteries
在鋰離子電池未廣泛應(yīng)用之前,較早起的混合動(dòng)力車型多半使用的是鎳氫電池(Ni-MH),及時(shí)到現(xiàn)在逐漸被鋰離子電池取代,還是有不少混合動(dòng)力車型在使用這種類型的電池。
鎳氫電池的優(yōu)勢(shì)為相對(duì)低廉的制造成本,這種電池重要以鎳、氫、鈦或者其他類型的金屬組成,在制造成本上比鋰離子電池低廉許多,但是隨著市場(chǎng)投入越來(lái)越多的資源到鋰離子電池領(lǐng)域,兩種電池之間的成本正在不斷的縮小。
即使如此,鋰離子電池也有著一個(gè)相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì),就是耐用性。只要保養(yǎng)得宜,鎳氫電池可以擁有非常久的使用壽命。除此之外,因?yàn)殒嚉潆姵睾杏卸驹胤浅I?,使得其回收成本相?duì)低,而成本當(dāng)中含有大量的鎳金屬以及其他貴金屬電池的回收利潤(rùn)比其他種類電池還要高。
『舊款豐田混動(dòng)車型都在使用鎳氫電池』
可惜,鎳氫電池的能量密度并不高,大約比一般鋰離子電池低了40%,這意味著要達(dá)到同樣的電容量,鎳氫電池要更大的體積也更重,這使得鎳氫電池和現(xiàn)在汽車制造商追求大空間和輕量化理念背道而馳。
另外,在密集且快速的沖放電情況下,鎳氫電池也容易出現(xiàn)大量熱能,因此要額外的冷卻系統(tǒng),使得整個(gè)電池系統(tǒng)重量又新增不少。
其他種類的電池
除了以上兩種電池之外,目前許多研究機(jī)構(gòu)都在研發(fā)效能更高的電池系統(tǒng),包括了氧化物電池、磷酸鐵電池、磷酸鋰鐵電池、鋰空氣電池、鋰聚合物電池、鎳鈷錳電池、鎳鈷鋁電池以及錳氧化物尖晶石電池都是未來(lái)有可能成為電動(dòng)汽車能量來(lái)源的電池種類。
鈷氧化物電池已經(jīng)問(wèn)世很長(zhǎng)一段時(shí)間,但是目前的困境仍然在于熱失控以及制造成本,否則這種電池的高能效密度將會(huì)是最佳的高性能車用電池。
磷酸鐵電池則是目前最穩(wěn)定且成本合理的電池派別,可惜因?yàn)槠洳扇〉碗妷旱倪\(yùn)作方式,假如要作為車用電池,將要使用更多的電池?cái)?shù)量,造成重量和體積新增。
鋰聚合物電池也是鋰離子電池的一種,但是現(xiàn)今鋰聚合物電池要制成袋狀,關(guān)于空間配置較為不利,因?yàn)槟壳皟H有少數(shù)電動(dòng)汽車使用此類型電池。
鎳鈷錳電池和鎳鈷鋁電池現(xiàn)在制造成本還是太高,而且熱失控問(wèn)題尚未解決,因?yàn)闊o(wú)論是效能如何,距離商用還是有相當(dāng)長(zhǎng)的路要走。
鋰空氣電池較為新的電池技術(shù),擁有最佳的能量密度,其能量重量比幾乎和現(xiàn)在的汽油相當(dāng),更是目前鋰離子電池的5~15倍之多,但是仍處于開(kāi)發(fā)初期,因?yàn)橐彩且靡欢螘r(shí)間才能夠達(dá)成量產(chǎn)。