Преимущества и недостатки двух типов литиевых батарей

Литиевые батареи обычно делятся на две категории:

Литий-металлический аккумулятор. Литий-металлический аккумулятор обычно представляет собой аккумулятор, использующий диоксид марганца в качестве материала положительного электрода, металлический литий или его металлический сплав в качестве материала отрицательного электрода и неводный раствор электролита.

Литий-ионная батарея: литий-ионная батарея обычно представляет собой батарею, в которой в качестве материала положительного электрода используется оксид металла из литиевого сплава, в качестве материала отрицательного электрода - графит, а также неводный электролит.

Хотя литий-металлический аккумулятор имеет высокую плотность энергии, теоретически она может достигать 3860 Вт / кг. Однако, поскольку он недостаточно стабилен и не может быть заряжен, его нельзя использовать в качестве аккумулятора для многократного использования. Литий-ионные аккумуляторы были разработаны в качестве основных аккумуляторных батарей из-за их способности многократно заряжаться. Однако из-за его комбинации с различными элементами состав катодного материала сильно различается в различных аспектах, что приводит к увеличению споров в отрасли по поводу маршрута катодного материала.

Обычно наиболее часто используемые силовые батареи - это литий-железо-фосфатные батареи, литиево-манганатные батареи, литиево-кобальтооксидные батареи и тройные литиевые батареи (тройные никель-кобальт-марганцевые).

Все вышеперечисленные типы батарей имеют преимущества и недостатки, которые можно вкратце резюмировать следующим образом:

Литий фосфат железа:

Преимущества: долгий срок службы, большая скорость заряда и разряда, хорошая безопасность, высокая температура, безвредные элементы и низкая стоимость.

Недостатки: низкая удельная энергия и низкая утряска (насыпная плотность).

Трехкомпонентный литий:

Преимущества: высокая удельная энергия и высокая плотность отвода.

Недостатки: низкая безопасность, плохая термостойкость, плохой срок службы, плохой разряд мощности и токсичные элементы (температура тройной литиевой батареи резко повышается после зарядки и разрядки, а кислород легко сгорает после высокой температуры).

Оксид лития-марганца:

Достоинства: высокая плотность набивки и невысокая стоимость.

Недостатки: плохая термостойкость, температура цитрата лития резко повышается после длительного использования, время работы от аккумулятора значительно сокращается (например, электромобиль Nissan LEAF).

Кобальтат лития:

Обычно используется в продуктах 3C, безопасность очень низкая, не подходит для аккумуляторных батарей.

Теоретически, батареи, которые нам нужны, должны быть с высокой плотностью энергии, высокой насыпной плотностью, хорошей безопасностью, устойчивостью к высоким и низким температурам, длительным сроком службы, нетоксичными и безвредными, высокой мощностью заряда и разряда, всеми преимуществами интеграции и низкой стоимостью . Однако в настоящее время такой батареи нет, поэтому существует компромисс между преимуществами и недостатками различных типов батарей. Более того, у разных электромобилей разные точки спроса на аккумуляторы, поэтому только долгосрочное суждение об электромобилях позволяет нам правильно судить о выборе путей для аккумуляторов.

Преимущества литий-железо-фосфатной батареи

Здесь нам нужно вернуться к предыдущим двум статьям, мы проанализировали, что будущее электромобилей должно быть основано на электромобилях с малым пробегом и быстрой зарядкой. В настоящее время семейный автомобиль нуждается в долговечном двухрежимном гибридном двигателе, а также в экологически чистом электромобиле с длительным сроком службы на автобусном рынке. Так какой же аккумулятор нужен этой машине?

Во-первых, безопасность

Прежде всего, безопасность - это обязательное условие для автомобилей. В отличие от автомобилей и компьютеров, автомобили могут столкнуться с множеством непредсказуемых факторов на высоких скоростях, например, с разрушением аккумуляторной батареи и ударами в результате автомобильной аварии. Любой неблагоприятный фактор может стать причиной разрушения автомобиля. Мы видим, что в некоторых старых скутерах используются свинцово-кислотные аккумуляторы плохого качества, безопасности нет вообще, а случаи самовозгорания и ударного сгорания аккумуляторов предостаточно. Другой пример - почти годичный непрерывный пожар в Tesla, хотя в конструкции безопасности Tesla пострадавших не было. Но в то же время мы должны также видеть, что эти инциденты являются очень незначительными столкновениями. Само столкновение не причинит вреда машине и людям, но аккумулятор горит. Так что, если это более серьезная авария?

Во-вторых, высокая разрядная жизнь

Обычные автомобили служат десятилетиями, а аккумулятор электромобиля требует не менее 3000 циклов за 10 лет. Поскольку это относительно дорогой компонент, очень важно, чтобы срок службы был равен автомобилю. Это необходимо для обеспечения работоспособности транспортного средства и обеспечения интересов владельца, чтобы принести пользу рынку. В настоящее время электромобили мировых автомобильных компаний, только BYD "Qin", перечисленные в прошлом году, достигли гарантии срока службы батареи.

Срок службы батареи - это также срок службы в цикле, а не число, заданное простыми параметрами батареи. Срок службы батареи тесно связан с состоянием цикла батареи, таким как скорость разряда, скорость заряда, температура и т.п. Обычно продолжительность цикла, полученная из лабораторных данных батареи, получается при постоянной скорости заряда и разряда 0,3 C при постоянной температуре 20 градусов. Однако во время фактического использования автомобиля увеличение и температура не являются постоянными. Вот почему в целом, будь то ноутбук, мобильный телефон или аккумулятор автомобильного аккумулятора, срок службы при фактическом использовании намного меньше, чем аргумент, указанный производителем. Чисто электрические автомобили со средним и малым пробегом и двухрежимные гибридные автомобили с длительным сроком службы, поскольку в них меньше батарей, они будут иметь более высокие требования к разряду и будут иметь большее влияние на срок службы.

Например, литий-железо-фосфатная батарея A123 обычно имеет срок службы более 3000 циклов. Однако используется литий-железо-фосфатная RC-батарея A123 со скоростью заряда 10 ° C и скоростью разряда 5 ° C. Срок службы в лаборатории сокращается всего до 600 раз, и только примерно в 400 раз при фактическом использовании можно увидеть влияние скорости разряда на срок службы. .

Если взять BYD «Qin» в качестве примера, только аккумулятор 13 кВт-ч приводит в действие двигатель с пиковой мощностью 110 кВт. Можно подсчитать, что когда «Qin» полностью заряжен, его максимальная скорость разряда достигает 8,4 ° C. Особенно, когда "Qin" имеет только 50% электричества, его максимальная скорость разряда может достигать 18 ° C. Если батарея разряжена, а скорость разряда превысит 25 ° C, это значительно сократит срок службы батареи.

Посмотрите на мощность Tesla P85, максимальная мощность двигателя 310KW, выглядит очень большой, на самом деле скорость разряда батареи составляет всего 4C. При заряде всего 30% максимальная скорость разряда всего 10С. А батарея большой емкости Tesla в значительной степени позволяет избежать сильного разряда батареи.

Путем простого сравнения мы можем увидеть превосходство срока службы BYD при высокой скорости разряда.

В-третьих, температурная адаптивность

Воздействие сильного холода на батарею в основном отражается в низкой скорости заряда-разряда и уменьшении емкости; влияние сильного нагрева на аккумулятор в основном проявляется в сокращении срока службы, безопасности при высоких температурах и уменьшении емкости заряда и разряда.

Влияние сильного холода на батарею относительно невелико, потому что обычную литиевую батарею можно использовать при температуре ниже минус 20 градусов, а само тепло будет генерироваться во время процесса разряда батареи, но увеличение потребления энергии и уменьшение власть неизбежна.

Воздействие сильного холода на чистые электромобили отличается от воздействия двухрежимных гибридов. Поскольку у чистых электромобилей нет других источников энергии, для достижения нужной температуры в чрезвычайно холодных условиях они должны полагаться на нагрев при разряде аккумулятора, что окажет большое влияние на энергопотребление и запас хода. Зимой у Tesla существенные различия в энергопотреблении и запасе хода в 100 километров.

Влияние на двухрежимный гибрид слабее. Потому что есть гибридный двигатель, который обеспечивает энергию в качестве резерва. Например, в ноябре прошлого года BYD провела акцию «Цинь» в Баотоу. Ночью температура была от минус 15 до 20 градусов тепла. Когда автомобиль заводился утром на морозе, система автоматически переключалась в режим HEV. Двигатель приводил в движение кондиционер и быстро улучшал машину. Внутренняя температура переключается обратно в режим EV при повышении температуры.

Сильный нагрев имеет большое влияние на чистое электричество и смешивание, например, сама батарея будет увеличиваться при высокой температуре разряда. Если взять в качестве примера обычную литий-ионную батарею, то температуру разряда батареи можно поднять почти до 50 градусов. Такая высокая температура не только снижает срок службы батареи, но, что более важно, создает угрозу безопасности. Например, тройная батарея Теслы выделяет кислород в высокотемпературной среде, а кислород - легковоспламеняющийся объект. Tesla снижает температуру с помощью циркуляционной системы охлаждения и оборачивает изолированную батарею в жесткий футляр, чтобы предотвратить утечку кислорода. Однако возгорание при столкновении неизбежно.

В-четвертых, плотность энергии

Плотность энергии, как следует из названия, - это энергия, которую может удерживать единица веса. Плотность энергии обычно является важным показателем для оценки превосходства батареи, но в авторской системе анализа плотность энергии не очень важна для показателей эффективности батареи.

На это есть две причины:

1. Плотность энергии должна сочетаться с другими свойствами. Например, плотность энергии у литий-железо-фосфатных батарей невысока. Однако из-за своей безопасности, стабильности и устойчивости к высоким температурам батарея, состоящая из фосфата лития-железа, чрезвычайно проста и не требует особого вспомогательного оборудования для защиты. Тройная батарея Tesla имеет высокую плотность аккумуляторных элементов, но из-за ее низкой безопасности и высокой температуры ее необходимо комбинировать со сложным устройством защиты батареи, что увеличивает вес автомобиля. Сообщается, что после аварии с непрерывным возгоранием Tesla готовится утолщить защитное оборудование батареи, что ослабляет преимущество тройной батареи в удельной плотности энергии.

2. Вес имеет незначительное влияние на автомобиль, особенно для основной тенденции гибридных электромобилей в будущем и чисто электромобилей с малым пробегом. Мы можем представить сравнение батарей с плотностью энергии 130 кВтч / кг и плотностью энергии 200 кВтч / кг. Даже при максимальной общей мощности 80 градусов разница в весе между двумя батареями составляет всего 200 кг.

Это очень мало влияет на автомобиль весом около 2 тонн.

Поэтому автор считает, что хотя удельная энергия батареи естественно больше, не стоит целенаправленно гнаться за максимумом. В частности, чем больше плотность энергии, тем она нестабильнее. Это основной здравый смысл. Пока этого достаточно, плотность энергии не слишком важна.

V. Стоимость

Стоимость очень хорошо понятна, и для широкого внедрения должно быть экономическое преимущество, которое было рассчитано в первой части этой серии. Маломасштабные чисто электрические или гибридные электромобили, с одной стороны, должны уменьшить количество аккумулятора в автомобиле, чтобы сэкономить на стоимости аккумулятора, с другой стороны, необходимо снизить стоимость аккумуляторного блока + защитное оборудование. Таким образом, мы обнаружили, что стоимость батареи Tesla невысока, но общая стоимость все еще высока.

Из приведенного выше обсуждения мы знаем, что разные литий-ионные батареи имеют естественные преимущества и недостатки. Но что важно, так это то, как разобраться в ключевых элементах разработки будущих электромобилей, чтобы вы могли выбрать правильный аккумулятор. Таким образом, учитывая факторы безопасности, срока службы, разрядной емкости, температурной адаптации, плотности энергии, стоимости и других факторов, автор считает, что литий-железо-фосфатная батарея является наиболее подходящей для будущего направления развития аккумуляторов электромобилей.

Страница содержит содержимое машинного перевода.