怎样给电动车电池分类?哪种电池前景更广阔?
化学电池是目前电动汽车领域应用最为广泛的电池种类,如镍氢电池、锂离子电池、锂聚合物电池、燃料电池等都属于这一范畴。从结构角度上讲,其可进一步分成蓄电池及燃料电池两大类别,我们目前所见的绝大多数电动车都采用蓄电池技术进行驱动,如丰田普锐斯、特斯拉MODELS(参配、图片、询价)等。当然,这里所讲的蓄电池并不是我们日常所讲的汽车电瓶,而是对可重复充电电池的统称,其中车载电瓶通常使用的铅酸蓄电池仅仅是细分门类的一种。
1、锂电池
锂电池是目前电动车上最常用的电池种类之一,虽然其从1970年诞生至今时间并不算长,但凭借能量密度高、循环使用寿命长等特点迅速占据了电动汽车电池市场的绝大部分江山。如今,在售电动汽车配备的锂电池主要有磷酸铁锂电池及三元锂电池两种,且这两种电池在自身特点上存在显著差异,因此我们有必要对其进行一番细致的讲解与对比。
2、磷酸铁锂电池为什么安全?
对于电动车用电池,大多数人可能都鲜有认知,因此,我们不妨举个例子来帮助大家理解。最近,由比亚迪同戴姆勒共同出资成立的全新电动车品牌腾势(参配、图片、询价)即将上市销售,而其所搭载的正是磷酸铁锂电池。相比于早期的锰酸锂电池,磷酸铁锂电池在能量密度上并未有太大差别,约为100-110Wh/kg,但其热稳定性是目前车用锂电池中最好的,当电池温度处于500-600℃高温时,其内部化学成分才开始分解,而同属锂电池的钴酸锂电池在180-250℃时就内部化学成分就已处于不稳定状态。换而言之,磷酸铁锂电池的安全性在锂电池中首屈一指,也正因如此,其也成为目前电动车电池的主要门类之一。
3、特斯拉为何选择三元锂电池?
与磷酸铁锂电池相比,特斯拉MODELS使用的三元锂电池在重量能量密度上要高出许多,约为200Wh/kg,这也就意味着同样重量的三元锂电池比磷酸铁锂电池的续航里程更长。不过其缺点也显而易见,当自身温度为250-350℃时,内部化学成分就开始分解,因此对电池管理系统提出了极高的要求,需要为每节电池分别加装保险装置,除此之外,由于单体体积很小,所以单车要的电池单体数量非常庞大,以MODELS为例,7000余节18650三元锂电池才能满足一辆车的装配用量,这无疑又为电池管理系统进一步加大了控制难度。因此,目前市场在售车型中,只有特斯拉一家使用的是三元锂电池。
4、镍氢电池更注重充放电控制
镍氢电池是目前除锂电池外另一主流电动车动力电池种类,于上世纪90年代后逐渐发展开来,如以丰田普锐斯为代表的很多混合动力汽车均采用此类电池作为储能元件。其能量密度与普通的锂电池差距并不大,约为70-100Wh/kg,但由于电池单体电压仅为1.2V,是锂电池的1/3,因此在需求电压一定的情况下,其电池组的体积要比锂电池大上一些。
与锂电池一样,镍氢电池也需要电池管理系统,不过其更注重电池的充放电管理。之所以存在这样的区别,主要是源于镍氢电池具有“记忆效应”,即电池在循环充放电过程中容量会出现衰减,而过度充电或放电,都可能加剧电池的容量损耗(锂电池此项特性几乎可忽略不计)。因此对于厂商来说,镍氢电池控制系统在设定上都会主动避免过度充放电,如将电池的充放电区间人为控制在总容量的一定百分比范围内,以降低容量衰减速度。
内燃机汽车统治汽车市场百余年,汽车工业给20世纪的人类生活带来了翻天覆地的变化,本身就在某种程度上代表着上世纪工业的变革史。从技术和市场价值而言,燃油汽车已经趋向完美,但汽车行业却在当下迎来了新的变革期。
从替代燃油车的路径来看,主要存在着纯电动、混动和氢能汽车。在全球大多数国家都以纯电动汽车和混合动力汽车为主攻方向时,日本以丰田为代表的车企则将赌注押在了氢燃料电池车(FCV)。
专注氢燃料电池研发二十余年的丰田,已然成为了该领域的无可超越的巨人。从上世纪90年代开始,截至2017年,包括量产车和四代概念车在内,丰田汽车已在21个国家和地区、2个国际知识产权组织申请了15867件与燃料电池相关的专利,涵盖燃料电池堆专利、高压储氢罐专利、燃料电池系统控制专利以及加氢站技术等,建立了氢燃料电池方面独一无二的技术壁垒。
不愿跟风电动路线的丰田,正在打造氢能时代的愿景,但“下一个百年”又能否如期所愿?标榜“终极解决方案”的氢燃料电池又会在何时具备商业化、市场化的竞争力?而丰田,是会一条路走到黑,还是会在南墙下妥协?
孤独的霸主
21世纪初,美国总统布什和欧盟委员会主席普罗迪曾联合开展对氢能的研究。普罗迪甚至宣布,到本世纪中叶,逐步转到一个基于可再生能源的、完全集成的氢能经济。结果显而易见,十年后他们无功而返,投入的研究基金很大部分后来转向动力电池的研究,唯有丰田求索至今。
丰田在氢燃料电池的技术领域究竟有多强?用独步全球来形容并不为过。从国际专利分类号来看,丰田汽车在H01M8燃料电池及其制造领域申请的专利数量最多,达到9671件,占总量的61%。
据统计,燃料电池专利申请人全球排名中,日本丰田汽车以10737个专利族占据首位,其一家的专利占专利总量的22.3%。此外,爱信精机及电装两大与丰田渊源深厚的汽车零部件供应商占比26.3%,从某种程度来讲,丰田体系将48.6%的技术垄断在手中,其霸主地位无可撼动。