鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1606次 | 2018年08月24日
新能源汽車(chē)的熱點(diǎn)和難點(diǎn)——鋰離子蓄電池
鋰離子蓄電池作為新能源汽車(chē)較為理想的蓄電池,但其缺點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)一樣明顯。電動(dòng)車(chē)輛商業(yè)化尚有許多難題需要解決,這是世界上所有研發(fā)者所共同面臨的問(wèn)題。工信部將它定性為發(fā)展期,發(fā)展中的鋰離子蓄電池呈多樣性,總之鋰離子蓄電池用于新能源汽車(chē)是當(dāng)前的熱點(diǎn)也是難點(diǎn)。
能源汽車(chē)之純電動(dòng)、混合動(dòng)力、燃料電池三種系列都需要鋰離子蓄電池作儲(chǔ)能器具。鋰離子蓄電池尤其是磷酸鐵鋰離子蓄電池則更受熱捧。鋰是自然界中最輕的金屬。它遇水、潮濕空氣會(huì)自燃乃至爆炸。鋰作為兩次電池的電極材料,具有比能量高、比功率大的優(yōu)點(diǎn),故受廠(chǎng)商用戶(hù)青睞。
目前的鋰離子蓄電池主要用于手機(jī)、MP3、筆記本電腦等電子產(chǎn)品上,現(xiàn)在鋰離子蓄電池已用于電動(dòng)工具和電動(dòng)自行車(chē),并將爭(zhēng)取用于電動(dòng)汽車(chē)上。鋰離子蓄電池之正極材料目前以鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰為主流,正在研發(fā)中的有釩酸鋰、鎳酸鋰。負(fù)極材料是石墨、石墨化碳、氧化物、氮化物等。電解質(zhì)為有機(jī)電解質(zhì)、凝膠電解質(zhì)、離子性液體、固體聚合物、無(wú)機(jī)電解質(zhì)等。
鋰離子蓄電池性能和難點(diǎn)
鋰離子蓄電池的性能如下:
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%
1.電壓:鈷酸鋰、錳酸鋰離子蓄電池為3.6V—3.7V,磷酸鐵鋰離子蓄電池為3V。
2.比能量:鈷酸鋰離子蓄電池為150Wh/kg左右,錳酸鋰為130Wh/kg,磷酸鐵鋰為125Wh/kg。
3.充電:鋰離子蓄電池能大電流充電,但電池充電時(shí)需散熱,若不能快速有效地散熱,其易爆的特性使廠(chǎng)商不提倡太快地充電。因此充電站內(nèi)有制冷通風(fēng)裝置給充電中的蓄電池散熱降溫。
4.放電:鋰離子蓄電池能大電流放電,故其比功率很高,但放電時(shí)蓄電池需吸熱。在10℃以下時(shí)放電就不暢,低于0℃時(shí)放電電流很小,甚至驅(qū)動(dòng)行駛都有限制。
5.循環(huán)壽命:時(shí)下不少企業(yè)宣稱(chēng)充放電循環(huán)壽命達(dá)2000次以上,但一般是單體電池的壽命。如用于手機(jī)是可以做到的,若用于9V筆記本電腦就有折扣。若將之串、并聯(lián)至300—380V,容量100—400AH時(shí)其循環(huán)壽命是600次左右,且蓄電池管理系統(tǒng)要完善。
標(biāo)稱(chēng)電壓:28.8V
標(biāo)稱(chēng)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
6.安全:鋰離子蓄電池易爆,其發(fā)生的條件是,發(fā)熱溫升太快、電池內(nèi)部短路、遇到潮濕空氣或水。目前單體電池之外包裝材料:固體聚合物鋰離子蓄電池用專(zhuān)用膜包裝,它有透氣功能,當(dāng)電池內(nèi)部產(chǎn)生氣體壓力時(shí),能自動(dòng)泄壓,以保蓄電池?zé)o虞。離子型液體電解質(zhì)鋰離子蓄電池其單體電池外殼用不銹鋼制成耐壓容器,能承受單體電池內(nèi)所產(chǎn)生的氣體壓力。
電動(dòng)汽車(chē)上有一耐壓容器用于置放鋰離子蓄電池,若車(chē)輛發(fā)生碰撞側(cè)翻事故時(shí),可保證蓄電池不受擠壓變形,不至于發(fā)生爆炸。這一耐壓鋼質(zhì)容器的自重抵消了鋰離子蓄電池的比能量約1/3-1/4,故北京奧運(yùn)會(huì)所用城市客車(chē)的鋰離子蓄電池實(shí)際的比能量為80—90Wh/kg。鋰離子蓄電池易爆安全性和體積比依次為:鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰。因此磷酸鐵鋰離子蓄電池體積最大、最重,但易爆性最低而安全性最高。鋰離子蓄電池的安全保障是整車(chē)的一切,其余指標(biāo)都有余地。
7,蓄電池管理系統(tǒng):將所有成組內(nèi)的單體電池的引出線(xiàn)匯集到管理系統(tǒng)電路中,然后與計(jì)算機(jī)芯片分別記錄。這樣若一個(gè)單體電池電壓降低或容量降低,通過(guò)芯片是一清二楚的。但管理系統(tǒng)只能診斷而不會(huì)治療。當(dāng)然一旦一個(gè)單體電池出問(wèn)題將影響整組性能,辦法是更換一個(gè)新的蓄電池。
因此蓄電池模塊中單體電池越少越好,對(duì)由許多單體電池串、并聯(lián)組成的蓄電池其一致性差異更大、隱患更多,故動(dòng)力蓄電池模塊宜采用大容量的單體電池,以減少單體電池的數(shù)量。這也是鋰離子蓄電池在電子產(chǎn)品上性能優(yōu)秀而在電動(dòng)汽車(chē)上性能不佳的原因。
8.成本:電動(dòng)汽車(chē)若以電耗比油耗那是非常優(yōu)秀的,但若以蓄電池循環(huán)壽命的攤銷(xiāo)成本計(jì)算,那比燃油汽車(chē)高了許多倍,故目前商業(yè)化不被看好。
造成鋰離子蓄電池高成本的因素是:(1)原材料貴、制造工藝要求高且復(fù)雜,制造設(shè)備投入巨大。(2)蓄電池成品率低,目前只有5%,若提升到90%,成本可降70%-80%左右。(3)鋰離子蓄電池隔膜材料是進(jìn)口的,占了蓄電池原材料總成本的30%左右,若單體電池包裝膜用進(jìn)口的則成本更高,若國(guó)產(chǎn)化可降一半。
9.鋰離子蓄電池質(zhì)量:國(guó)產(chǎn)鋰離子蓄電池用于電子產(chǎn)品是優(yōu)秀的,用于電動(dòng)自行車(chē)尚可。但用于電動(dòng)汽車(chē)可靠性不高,故不少整車(chē)廠(chǎng)和公交公司趨向于進(jìn)口鋰離子蓄電池。原因是產(chǎn)品一致性問(wèn)題較為突出。據(jù)制造企業(yè)講國(guó)外鋰離子蓄電池企業(yè)的蓄電池制造設(shè)備為全自動(dòng),其產(chǎn)品一致性有保證。內(nèi)企為降低設(shè)備投資采用人工或人工加機(jī)械的半自動(dòng)模式,因此產(chǎn)品一致性就遜色于外企的。
市場(chǎng)前景和現(xiàn)狀分析
鋰離子蓄電池在車(chē)輛上作為動(dòng)力儲(chǔ)能用途是目前的熱點(diǎn),但也是一個(gè)難點(diǎn)。它是一個(gè)發(fā)展中的課題,其技術(shù)前景、可能性有多大、商業(yè)前景有多大目前難以預(yù)料。因此歐、美、日企業(yè)均作為中長(zhǎng)期研發(fā)項(xiàng)目,預(yù)計(jì)2015年、2020年、2030年商用的都有。目前用于示范或混合動(dòng)力車(chē)上一試是可以的。我國(guó)似乎急了一點(diǎn)。在未來(lái)2到3年要達(dá)到規(guī)模量產(chǎn),這在技術(shù)上沒(méi)有把握,市場(chǎng)需求也沒(méi)有把握。
鋰離子蓄電池用在電子產(chǎn)品、電動(dòng)工具上十分成功,但用于電動(dòng)汽車(chē)為什么不行?那是功率、容量相差太大,且工況、環(huán)境不同。同時(shí)充電設(shè)備的家用、公用兩部分如何配套,又是一個(gè)不小而且無(wú)法跨越的問(wèn)題。汽車(chē)產(chǎn)業(yè)及新能源汽車(chē)如何突圍能源動(dòng)力困境,可有多種選擇和探索。