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電動(dòng)車(chē)使用鋰電動(dòng)力發(fā)展前景分析

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1410次  |  2019年08月18日  

電動(dòng)車(chē)使用鋰電動(dòng)力發(fā)展前景分析


鋰動(dòng)力電池成本占到電動(dòng)車(chē)成本的三分之一到二分之一,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鉛酸電池在整車(chē)中的比重,由此可見(jiàn),鋰動(dòng)力電池產(chǎn)品及服務(wù)將對(duì)未來(lái)電動(dòng)車(chē)行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生較大的影響。如何更好地使用、維護(hù)、儲(chǔ)存鋰電動(dòng)力電池將是成就高品質(zhì)電動(dòng)車(chē)的尤為重要的因素。此簡(jiǎn)單介紹“鋰離子動(dòng)力電池特點(diǎn)及電動(dòng)車(chē)使用鋰電動(dòng)力發(fā)展前景”如下。


1、常用的二次可充電電池


¨鉛酸電池(Lead-acid):1859年


¨鎘鎳電池(NiCd):1960


¨鎳氫電池(NiMH):1989開(kāi)始商業(yè)化


¨鋰離子電池(Li-Ion):1990(由索尼公司發(fā)明),1991年才開(kāi)始商業(yè)化


¨聚合物鋰離子電池(pLi-Ion):1995發(fā)明,1999年才開(kāi)始商業(yè)化


相對(duì)傳統(tǒng)的鉛酸以及鎳氫和鎘鎳電池而言,鋰離子電池的歷史很短,鋰離子電池的產(chǎn)業(yè)化和市場(chǎng)應(yīng)用迄今僅僅有十多年的時(shí)間(1990年由索尼公司發(fā)明,1991年才開(kāi)始商業(yè)化),但卻是二次電池中發(fā)展最快的,目前正處于性能不斷提高,成本不斷降低,應(yīng)用領(lǐng)域快速擴(kuò)大,市場(chǎng)份額急劇增長(zhǎng)的階段。


鋰離子電池被稱為性能最為優(yōu)越的可充電電池,號(hào)稱“終極電池”,受到市場(chǎng)的廣泛青睞。隨著手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)、Mp3、Mp4、藍(lán)牙、pDA和便攜攝像機(jī)等的消費(fèi)和便攜式電子產(chǎn)品的持續(xù)走強(qiáng),鋰離子電池的市場(chǎng)需求一直保持相當(dāng)高的增長(zhǎng)速度,市場(chǎng)對(duì)于鋰離子電池的巨大需求也引導(dǎo)鋰離子電池行業(yè)的繼續(xù)走強(qiáng),也使鋰離子電池在電動(dòng)車(chē)方面的應(yīng)用成為可能(成本、材料、安全性、電化學(xué)性能、保護(hù)電路、充電器等)。


2、鋰離子動(dòng)力電池的工作原理、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及發(fā)展前景


2.1鋰離子電池的工作原理




鋰離子電池的工作原理是:電池充電時(shí),正極材料中的鋰脫出來(lái),穿過(guò)隔膜進(jìn)入到負(fù)極石墨中;電池放電時(shí),鋰離子又從負(fù)極石墨中脫出來(lái),穿過(guò)隔膜回到正極材料中。隨充放電的進(jìn)行鋰離子不斷的從正極和負(fù)極中嵌入和脫出。



2.2聚合物鋰離子的結(jié)構(gòu)



2.3鋰離子動(dòng)力電池的特點(diǎn)及發(fā)展前景


(1)單體電池工作電壓高達(dá)3.7V,是鎳鎘電池,鎳氫電池的3倍,鉛酸電池的近2倍,這也是鋰電池比能量高的一個(gè)重要原因。因此組成相同電壓的動(dòng)力電池組時(shí),鋰電池使用的串聯(lián)數(shù)目會(huì)大大少于鉛酸電池和鎳氫電池。如果動(dòng)力電池中單體電池?cái)?shù)量越多,電池組中單體電池的一致性要求就越高,壽命就越不好做,在實(shí)際使用過(guò)程中電池組有問(wèn)題分析后,一般是其中一、兩個(gè)單體電池出問(wèn)題然后導(dǎo)致整組電池出現(xiàn)問(wèn)題,因此不難理解為什么48V的鉛酸電池比36V的鉛酸電池反饋要高,從這個(gè)角度上講鋰電更適合動(dòng)力電池的使用。例如36V的鋰電只需要10個(gè)單體,而36V鉛酸電池需要18個(gè)單體電池,即3只12V的電池組,而每只12V的鉛酸電池有六個(gè)單格即六個(gè)單體電池組成。


(2)重量輕,比能量大,高達(dá)150Wh/Kg,是鎳氫電池的2倍,鉛酸電池的4倍,因此重量是相同能量的鉛酸電池的三分之一到四分之一,從這個(gè)角度講鋰電消耗的資源就少,而且由于錳酸鋰電池中所用元素的儲(chǔ)量比較多,因此相對(duì)鉛酸、鎳氫電池可能會(huì)進(jìn)一步漲價(jià),鋰電池成本反而是進(jìn)一步降低的。電動(dòng)自行車(chē)用鋰離子電池重量為2.2-4公斤,鉛酸電池的重量為12-20公斤,鋰電重量約為鉛酸電池的四分之一到三分之一,比鉛酸電池輕約10公斤(36V,10Ah電池),電池重量減輕了70%,整車(chē)總重量至少減輕了20%。加上一般鋰電車(chē)都是簡(jiǎn)易款的電動(dòng)自行車(chē),由于電池和整車(chē)輕,相同電壓、相同容量的電池行駛里程更長(zhǎng),普通的電動(dòng)車(chē)重量在40公斤以上,而鋰電池電動(dòng)自行車(chē)重量在7到26公斤之間。女士和老年人都可以輕易搬動(dòng),人力騎行也十分輕便,運(yùn)動(dòng)休閑兼得。


(3)體積小,高達(dá)到400Wh/L,體積是鉛酸電池的二分之一到三分之一。提供了更合理的結(jié)構(gòu)和更美觀的外形的設(shè)計(jì)條件、設(shè)計(jì)空間和可能性?,F(xiàn)階段由于鉛酸電池體積、重量的限制,設(shè)計(jì)師們的設(shè)計(jì)思想受到極大約束,導(dǎo)致現(xiàn)階段的電動(dòng)自行車(chē)在結(jié)構(gòu)和外觀上“千車(chē)一面”、雷同相似、單調(diào)劃一。而鋰離子電池的使用,給設(shè)計(jì)師們提供了展示設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)風(fēng)格的更大空間及條件。當(dāng)然同時(shí)也導(dǎo)致電動(dòng)自行車(chē)用鋰電池尺寸多種多樣,不利于鋰動(dòng)力電池行業(yè)的發(fā)展。鋰動(dòng)力電池行業(yè)也需要盡快制定電動(dòng)自行車(chē)用鋰離子電池國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),加速在電動(dòng)自行車(chē)領(lǐng)域鋰電對(duì)鉛酸電池的替代。當(dāng)然目前鋰電池是在不斷發(fā)展過(guò)程中的不同材料、不同工藝電池的體積有很大的差別,如何統(tǒng)一也是一個(gè)難點(diǎn)。




二次電池的能量密度


(4)循環(huán)壽命長(zhǎng),循環(huán)次數(shù)可達(dá)1000次。以容量保持60%計(jì),電池組100%充放電循環(huán)次數(shù)可以達(dá)到600次以上,使用年限可達(dá)3-5年,壽命約為鉛酸電池的兩到三倍。隨著技術(shù)的革新,設(shè)備的提高,電池的壽命會(huì)越來(lái)越長(zhǎng),性價(jià)比會(huì)越來(lái)越高。


(5)自放電率低,每月不到5%。


(6)允許工作溫度范圍寬,低溫性能好,鋰離子電池可在-20℃~+55℃之間工作,尤其適合低溫使用,而水溶液電池(比如鉛酸電池、鎳氫電池)在低溫時(shí),由于電解液流動(dòng)性變差會(huì)導(dǎo)致性能大大降低。


(7)無(wú)記憶效應(yīng),所以每次充電前不必像鎳鎘電池、鎳氫電池一樣需要放電,可以隨時(shí)隨地的進(jìn)行充電。電池充放電深度,對(duì)電池的壽命影響不大,可以全充全放,我們循環(huán)測(cè)試就是全充全放的。


(8)特別適合用于動(dòng)力電池,除了鋰離子電池電壓高之外,由于鋰離子動(dòng)力電池組的保護(hù)板能夠?qū)γ恳粋€(gè)單體電池進(jìn)行高精度監(jiān)測(cè),低功耗智能管理,具有完善的過(guò)充電、過(guò)放電、溫度、過(guò)流、短路保護(hù)、鎖定自恢復(fù)功能以及可靠的均衡充電功能,大大的延長(zhǎng)了電池的使用壽命。而其他類型電池(比如鉛酸電池)在使用過(guò)程中由于電池一致性、充電器等問(wèn)題,易產(chǎn)生電池過(guò)充、過(guò)放等問(wèn)題(由于成本等各方面的原因,鉛酸電池組內(nèi)不能對(duì)每一個(gè)單體電池進(jìn)行監(jiān)測(cè)和保護(hù))。


(9)無(wú)污染,鋰電池中不存在有毒物質(zhì),因此被稱為“綠色電池”,國(guó)家重點(diǎn)扶持。而鉛酸電池和鎘鎳電池由于存在有害物質(zhì)鉛和鎘,國(guó)家必然會(huì)加強(qiáng)監(jiān)管和治理(鉛酸電池出口退稅的取消,鉛資源稅的增加,鉛酸電動(dòng)自行車(chē)出口的受限),相應(yīng)企業(yè)的成本也會(huì)增加。雖然鋰電池沒(méi)有污染,但從資源節(jié)約的角度考慮,鋰電池的回收,回收中的安全性,回收的成本也都需要考慮。


(10)存在安全隱患;由于鋰電池比能量高,材料穩(wěn)定性差,鋰電容易出現(xiàn)安全問(wèn)題,目前世界上知名的手機(jī)和筆記本電腦電池(正極材料為鈷酸鋰和三元材料)生產(chǎn)企業(yè),日本三洋、索尼等公司要求電池的爆噴率控制在40個(gè)ppb(十億分之一)以下,國(guó)內(nèi)公司能達(dá)到ppm(百萬(wàn)分之一)級(jí)的就已經(jīng)不錯(cuò)了,而動(dòng)力電池的容量是手機(jī)電池容量的上百倍以上,因此對(duì)鋰電的安全性要求極高。雖然鈷酸鋰電池和三元材料的電池具有重量更輕,體積更小等優(yōu)點(diǎn),但它們是不適合作動(dòng)力電池應(yīng)用于電動(dòng)車(chē)的。


(11)價(jià)格高;相同電壓和相同容量的鋰離子電池價(jià)格是鉛酸的3-4倍。隨著鋰離子動(dòng)力電池市場(chǎng)的擴(kuò)大,成本的降低,性能的提高,以及鉛酸電池價(jià)格的提高,兩、三年之后鋰離子動(dòng)力電池的性價(jià)比是有可能超過(guò)鉛酸電池的。


電池類型


電壓


/V


重量比能量


/Wh/kg


體積比能量


/Wh/L


循環(huán)壽命


/次


每月自放電率


有害物質(zhì)


鉛酸電池


2


30-45


60-90


300-500


4-5%



鎘鎳電池


1.2


40-60


100-150


500-1000


20-30%



鎳氫電池


1.2


60-80


150-200


500-1000


30-35%


/


鋰離子電池


3.7


110-190


250-500


500-2000


<5%


/




鋰離子電池


鉛酸電池


鎳氫電池


錳酸鋰、三元材料、鈷酸鋰電池


磷酸亞鐵鋰電池


單體電池標(biāo)稱電壓


3.7V


3.2V


2V


1.2V


24V所需單體電池?cái)?shù)


7串


(25.9V)


8串


(25.6V)


12串


一般用12V,10Ah的鉛酸電池串聯(lián),而每只12V,10Ah的電池中有6個(gè)單格組成也就是由6節(jié)單體電池組成


20串


36V所需單體電池?cái)?shù)


10串


(37V)


12串


(38.4V)


18串


30串


48V所需單體電池?cái)?shù)


13串


(48.1V)


15串


(48V)


24串


40串



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