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益高電動車旅游電動觀光車電動車鋰電池五大正極材料性能對比

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電池制造商正在大力推廣旅游電動觀光車電動車,如果他們不成功,將會發生什么呢?可能像20世紀90年代迅猛發展的燃料電池或過去十年發展起來的生物燃料一樣,如果沒有政府的大力補貼就無法生存下來。美國能源部也承認,鋰電池的一些關鍵參數無法滿足需求。較新的鎳氫電池,比鋰電池更便宜、更安全,也更適用于電動動力系統,但由于研究較為成熟,研究工作無法得到政府資助。

旅游電動觀光車電動動力系統中沒有理想的競爭者,因此鋰電池仍然是一個很好的選擇。圖1示出了5種備選電池,其中鋰鎳錳鈷(NMC)電池、磷酸鋰電池和鋰錳電池具有一定的優越性。在消費類電子產品中最流行的鈷酸鋰電池(未列出)這種最高的能量密度的“電腦電池”雖然被特斯拉和Smart Fortwo ED用作電動車的電源,但由于其高昂的價格等劣勢并不適合大量應用的在一般電動車中。人們需要在安全性、比能量、成本和高溫性能等方面做出折衷的選擇。

圖1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)、旅游電動觀光車電池的高低溫性能、壽命(包括使用壽命和儲存壽命)以及成本6個指標的性能。但圖中沒有提及充電時間,如果有合適的電源插座可用,旅游電動觀光車電動車動力系統的所有電池都可以快速充電,超快速充電是個例外情況,不過大多數用戶還是能夠接受幾個小時的充電時間的。圖1 也沒有列出自放電性能——這是另一個需要重視的電池特性,在一般情況下,鋰電池自放電速率較低,如果電池是新的,自放電幾乎可以忽略不計。然而,因受熱引起的電池的老化會加速電池的自放電并引起電池管理上的問題。在旅游電動觀光車電動汽車可選的電池類型中,磷酸鋰電池比其他電池系統自放電速率都高。

電動汽車鋰電池五大正極材料性能對比

圖1 電動車電池 挑戰、機遇及2020年展望

注:在軸線上形狀越向外延伸,電池就越好

圖1中的五種旅游電動觀光車電池的性能圖雖然不完全一樣,但是卻比較相似,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電池,但磷酸鋰電池容量很低。沒有完美的電池,汽車制造商就通過設計電池組合來彌補某方面性能的不足。因此電池制造商一般是根據訂單要求來設計電池,強化應用所需的重要特性。下面是一個電動動力系統中電池的幾個重要指標。

電動汽車鋰電池五大正極材料性能對比

安全性:是選擇旅游電動觀光車電動汽車電池的最重要的指標之一。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汽車。類似的問題在100年前也是發生過的,例如蒸汽引擎和汽油坦克爆炸。人們主要關心的就是電池的熱失控。用堅固的配件及精心設計的安全電路應該可以基本解決這個問題,但仍然可能存在風險。電池經過濫用和長時間的使用后必須確保其安全性。

壽命:反應了旅游電動觀光車電池的循環次數和儲存壽命。大多數電動汽車的電池壽命可以保證汽車在使用8 - 10年內,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很嚴重的問題(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據。因此廠商通常會增大電池組的尺寸來補償電池容量的損失,以保證汽車在規定年限內能正常使用。

電池的高低溫性能:反映了旅游電動觀光車電動車中的電池在極熱的夏天和很低的溫度下的性能。不像內燃機能在大的溫度范圍內正常工作,電動汽車電池對溫度的要求比較高。當車輛的動力來源僅僅只有電池的時候,那調節電池的溫度、車內部的加熱以及降溫所需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,反應了汽車可行駛里程。人們清楚地認識到,電池單位重量輸出的能量僅占化石燃料的1%。 汽油1kg(1.4升0.37加侖)產能約12kWh,而1kg電池只有120Wh左右。但是我們要知道,電動機效率高于90%,而內燃機只有30%左右。盡管效率差這么大,電池的儲能能力不提高2-4倍是不可能和內燃機相提并論的。

比功率:與汽車的加速能力有關,大多數電動汽車電池比功率都不低。電動機與相同馬力的內燃機相比有更好扭矩比。

成本:這是旅游電動觀光車電動汽車的主要劣勢。BCG預測,很難將電池的目標成本限定在$250-400/KWh。而且還有別的因素促使成本增加,比如規定安全保護電路,電池管理狀態,環境溫度控制保持,和8-10年的保修期。這些因素導致電池的價格相當于一臺非電動汽車的價錢,基本上電動汽車的價錢要再翻一倍。


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