电动汽车电池开发中对完美的追求就是如此

Mónica Redondo    @MonicaRedondoD    20 January 2020     4 min.
电动汽车电池开发中对完美的追求就是如此

汽车制造商持续致力于电动汽车电池的研发,以追求更大的功率和更高的经济性。

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从基于锰酸锂的系统,到锂镍锰钴氧化物的替代方案,制造商一直在不断努力,以追求更大的功率和更高的经济性。

不久前,动力总成领域的重大新闻是新建发动机工厂的投产,例如发动机JaguarLand Rover制造中心。如今,关注焦点已转向电池制造,以及如何更好地生产用于电动汽车的锂离子电池。

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一些制造商,例如 Tesla,对具体细节了如指掌,但所有电动汽车锂离子电池都具有相同的基本组成部分。单体电池被排列成模块,模块之间通过高压连接器相互连接,并封装成一个完整的电池包。另外两个主要部件是电池管理系统(负责控制和监测电池性能与状态的各个方面)以及液冷系统。

单体电池的工作原理相同:阳极和阴极由一层薄薄的聚合物隔开,并被电解液包围。但这些部件可以卷绕成圆柱形电池,也可以组装成软包,或者形成棱柱形。不同的内部化学体系可能差异很大,各有优缺点,并且仍在不断发展。

Los BMW i3 y i3s se renuevan y reciben nuevas baterías de mayor potencia

电动汽车电池技术是如何发展的?

第一代Nissan Leaf采用的是24kWh的锰酸锂(LMO)电池。所有锂离子电池在充电或放电过程中都依赖电子系统来防止失控过热,即所谓的热失控;而LMO电池的优点是本质上更安全,代价则是能量密度等其他因素。但技术已经发展。

2019年款的BMW i3和拥有62kWh的Nissan Leaf采用的是锂镍锰钴氧化物(NMC)电池。从电动工具到电动汽车,NMC电池都是热门选择,兼具多方面的优势。Nissan Leaf的电池结构也有所不同,单体之间通过激光焊接连接,因此Nissan可以通过调整电池配置来实现更大的灵活性。

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ID 3的Volkswagen电池包设计简单,最多由六个模块组成,每个模块包含24个电芯,形成408V的电池包。与Leaf一样,Volkswagen的电芯也是NMC体系,但这并不意味着它们完全相同,因为制造商会与电芯供应商合作,调整各主要成分的比例,以平衡各自的性能特点。镍有利于获得高功率密度,但本身稳定性较差;锰是稳定的搭档,两者组合效果很好。由于价格更低,镍的用量通常高于钴。阳极中少量的硅也对提高能量密度起到了作用。

到2020年,Volkswagen公布的细节显示,其采用了下一代NMC 811阴极,由80%的镍以及10%的锰和10%的钴组成,并配有20%硅的阳极。

通过调整这些成分,制造商未来有可能不再只提供单一的续航能力,而是提供不同性能等级的电动汽车,并推出电池包和动力系统的“GT”版本选项。这纯属推测,但正如如今一些发动机在机械结构上完全相同,仅通过性能调校来以更高的价格换取更大的功率和更低的经济性,电池未来是否也能以类似方式进行配置呢?

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低碳燃料与电力的对比

Ricardo的一项研究估计,如果引入低碳液体燃料替代汽油和柴油,到2050年,汽车和轻型车辆的温室气体(GHG)排放量可能减少87%。研究发现,其减排效果几乎与大规模推广电动汽车相当。然而,基础设施方面的公共财政成本要低得多,约为3300亿欧元,而另一种燃料方案则需要超过7000亿欧元。


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