电动汽车用的什么电池,电瓶车电池与汽车电池哪个更好?

电瓶车电池与燃油动力汽车蓄电池类型相同电动汽车用的什么电池,与新能源汽车动力电池差之千里。电瓶车动力电池以及燃油车蓄电池,这两种车型的电池均为铅酸电池,主要成分顾名思义为正极二氧化铅、负极铅、电解液硫酸;铅酸电池的特点为体积大但能量密度低(容量小),在充放电过程中容易硫化造成电池工况下降,使用寿命理论上为完整重放600次左右,实际使用寿命多为300~400次,这是很多电动两轮车一年就要换一组电池的原因。

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由于铅酸电池的使用寿命过低,内阻加大且硫化严重后又不具备梯次利用的价值,所以大量铅酸电池以1年淘汰一次的周期造成了比较严重的污染;因从废旧电池中提炼铅可以牟利,提炼技术和工艺比较简单,于是出现了很多以破坏环境为代价的黑作坊。

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而这些电池保有量过大且淘汰周期过短也无法溯源管理,所以铅酸电池已经在淘汰的边缘,目前电动两轮车已经在转型锂电池的过程中。

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电动汽车使用动力电池为锂电池,类型包括磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、镍钴锰、钛酸锰、镍钴铝等类型,市场占有率最高的是前三种;这些电池使用的材料最高级别为过渡金属,没有重金属对环境造成污染是重要的价值体现。

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电解液多为碳酸二乙酯、丙烯酯、乙烯酯等材料,这些物质部分对环境存在破坏,部分甚至能做医药行业使用,所以锂电池的整体污染程度远远低于铅酸电池。

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其次锂电池的特点还有体积小能量密度高,能以更轻的重量实现更高的续航才能适应汽车使用;而且锂电池的完成重放次数更多,以即将成为主流的磷酸铁锂电池为例,SOC低至70%的理论值为3000次以上,实际使用也能做到接近2000次,耐用性远高于铅酸电池。

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再次锂电池有梯次利用的价值,在电池内阻加大导致续航严重下滑后,这些电池会被车辆淘汰;而在淘汰后这些电池会被进行分拣,极少数电池达到报废标准会用在二次制造动力电池,金属材料利用率超过95%;其次大部分电池在检测后会进入电力领域当做储能电站的电池使用,作用为储备夜间发电量较大或恒定发电量的风电或核电,扩大容量增加光伏发电的装机量。

在这些电池的作用下,新型清洁发电方式会出现快速的增长,而这些方式发电的比例每增长1%,传统火电的比例则能同步减少1%,最终会实现新能源发电全面替代火电;通过汽车动力电池的梯次利用扩大清洁电能的占比,这才是电动汽车普及的真正意义之一,也是动力电池的主要价值。

铅酸电池与锂电池不具可比性,而且电瓶车在新规执行55公斤整备质量标准后,笨重的铅酸电池会在过渡期结束后被锂电池取代,最终不论是汽车还是两轮车都会以锂电为主。

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1.对于用18650电芯做为新能源电动汽车电池的技术路线,大家可能首先把目光转向特斯拉。特斯拉在进行电动汽车电池开发时,测试了很多种类的电池,但最后把目标锁定在18650电池,那么究竟18650电芯有哪些优缺点?

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18650其实是指电池的外形规格,是日本SONY公司当年为了节省成本而定下的一种标准电池型号,其中18表示直径为18mm,65表示长度为65mm,0表示为圆柱形电池。18650电池原指镍氢电池和锂离子电池,由于镍氢电池现在比较少用,所以现在多指锂离子电池。18650锂离子电池单节标称电压一般为3.6V或3.7V;最小放电终止电压一般为2.5~2.75V。常见容量为1200~3300mAh。

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2.关于一致性

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18650电池是最早、最成熟、最稳定的锂离子电池,广泛应用在电子产品中。多年来,日本厂商在18650电池的生产工艺上积累了大量的经验,使得产出的18650电池的一致性、安全性都达到了非常高的水准。

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相比之下,层叠式锂离子电池远远没有成熟,常见的有方形电池、软包电池,甚至连尺寸、大小、极耳位置等都不统一,电池厂商所具备的生产工艺也不能满足条件,大多数以人为控制为主,电池的一致性达不到18650电池的水准。如果电池的一致性达不到要求,大量电池串、并联形成的电池组的管理也将不能让每个电池的性能更好地发挥,而18650电芯可以解决这一问题。

总结来说,18650电池的单体容量小,所需的单体数量会很多(Model S有7104只),但是一致性很好;层叠式电池的容量可以做得较大(20Ah到60Ah),单体数量可以降低,但是一致性差。相比之下,现阶段很难投入大量的人力物力与电池供应商一起去改善层叠式电池的生产工艺。因此,在研发Roadster和Model S的时候,Tesla的唯一选择是从市场上去购买电池,自行开发电池系统。开发一套管理6000多节单体一致性很好的电池系统与开发一套200多节一致性很差的电池系统,相比之下,前者的技术难度应该更低一些。即使单体电池数目增多,但是如果这些电池的性能是可靠的,管理起来还是容易一些。

对比另一款很成功的纯电动汽车,日产的LEAF,它采用的是层叠式锂离子电池。这是因为日产与NEC合作多年,在电池技术方面积累很深厚,在品质控制方面有相当的功力。LEAF的电池来自AESC——日产与NEC的合资公司。

对比下美、日、中等不同地区的汽车厂商在开发电动汽车时与电池厂商的合纵连横是一件非常有意思的事情。

3.关于散热能力

层叠式电池的厚度薄、表面大,均热、散热能力都不错,因此日产LEAF很大胆地采用了被动式热管理系统,由空气的自然对流将热量带走。

反过来看Tesla,18650电池的个头比较小,在正常充放电时单体电池内部的温差也不会太大。但是,6000多个单体电池的温差也应当保持在不超过5°C的范围内,这是一件非常困难的事情。但是,Tesla做到了。怎么做到的?Tesla的电池管理系统(BMS)相比其他电动汽车有哪些优势?

管道是冷却液的流道,流道均匀分布在电池模组中间,能让每只电芯能很好地跟水管接触,这样每只电芯在冷却时带走的热量也几乎一样,温差也就可以有效地控制在很小的范围内。

总结来说,由于采用了小容量的18650电池,Tesla的热管理系统的复杂度是大大增加了的。也就是说,如果从散热能力方面考虑,使用小容量的18650电池不是最优选择。

4.关于能量密度

谈到能量密度,就必须区分单体电池的能量密度与电池组的能量密度。

就单体电池的能量密度来看,18650电池要高于层叠式锂离子电池。日产LEAF所用的33Ah锂离子电池的能量密度是157Wh/kg,GM Volt所用的层叠式电池的能量密度约为150Wh/kg;而Roadster所用的18650电池的能量密度约为211Wh/kg。但是,18650电池的管理系统更加复杂,由此额外增加的重量会使得电池组的能量密度远低于单体的能量密度。Roadster的电池组重量是450kg,能量密度是118Wh/kg,而LEAF电池组的重量是225 kg,能量密度是107Wh/kg。在电池组层次,两者的能量密度已经不相上下。

5.关于安全性

前面提到层叠式锂离子电池的各种优点,但它也有一些缺点。由于层叠式锂离子电池一般是采用铝塑膜封装的,而铝塑膜的厚度薄,机械强度差,在汽车发生碰撞等极端情况下,铝塑膜很容易发生破损导致安全事故产生。这也就解释了为什么日产要在4个单体组成的电池模块外面再加一个铝壳。

18650电池一般是钢壳,安全性更好;而且前面也提到随着18650电池生产工艺水平的的不断提高,安全性也在不断提高。

Tesla在应对这些18650电池可能出现的安全事故上,也倾注了很多心血。如果一个单体电池出现温度过高等异常情况,根据异常情况的恶劣程度,这枚电池或其所在的模组会断电以防止事故的蔓延。由于单体容量小,只要不发生蔓延,事故的严重程度将是较低的。

6.关于成本

18650锂离子电池具有容量大、寿命长、安全性能高等特点,又因为体积小,重量轻,使用方便,深受消费者的青睐。随着人们对18650电池技术研究的不断加深,使得电池的一致性、安全性都达到了非常高的水准。作为最早的锂离子电池,18650电池也是目前世界上最成熟、最稳定的电池组合,至今仍然占据领先位置。中国每年生产18650电池约几十亿节,远远超出其他材料的电池。

2021-10-29

2021-10-29