電動(dòng)汽車的心臟—電池

為何說(shuō)電池是電動(dòng)汽車的心臟?這要先從電動(dòng)汽車的歷史說(shuō)起。一說(shuō)起電動(dòng)新能源車，很容易將其歸納為一個(gè)全新的技術(shù)以及事物。其實(shí)，電動(dòng)汽車的歷史遠(yuǎn)比想象的早，甚至早于燃油汽車。美國(guó)人托馬斯·達(dá)文波特于1834年制造出第一輛直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車;1838年蘇格蘭人羅伯特·戴維森發(fā)明了電驅(qū)動(dòng)的火車;時(shí)至今日依然使用的有軌電車是1840年在英國(guó)出現(xiàn)的專利。世界上第一輛電動(dòng)汽車于1881年誕生，發(fā)明人為法國(guó)工程師古斯塔夫·特魯夫，這是一輛用鉛酸電池為動(dòng)力的三輪車。之后就出現(xiàn)了以鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池等燃料動(dòng)力電池作為電力。

可以看到，雖然電動(dòng)汽車早于燃油車發(fā)展，并在早期取得了一定的規(guī)模，但在近代，由于燃油汽車的大力發(fā)展，使電動(dòng)汽車在競(jìng)爭(zhēng)中受挫。但真正的問(wèn)題是，過(guò)去以鉛酸電池為主的電動(dòng)汽車，受制于鉛酸電池的密度、壽命、功率等多方面限制，一直沒(méi)有辦法在動(dòng)力源，也就是電池方面取得突破，以至于使電動(dòng)汽車發(fā)展陷入停滯。

鋰離子電池的分類及優(yōu)缺點(diǎn)

這一問(wèn)題直到鋰離子電池的出現(xiàn)且經(jīng)20年大力發(fā)展才得以逐步改善解決。

鋰離子電池通常分兩大類：

鋰金屬電池：鋰金屬電池一般是使用二氧化錳為正極材料、金屬鋰或其合金金屬為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。

鋰離子電池：鋰離子電池一般是使用鋰合金金屬氧化物為正極材料、石墨為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)的電池。

雖然鋰金屬電池的能量密度高，理論上能達(dá)到3860瓦/公斤。但是由于其性質(zhì)不夠穩(wěn)定而且不能充電，所以無(wú)法作為反復(fù)使用的動(dòng)力鋰電池。而鋰離子電池由于具有反復(fù)充電的能力，被作為重要的動(dòng)力鋰電池發(fā)展。但因?yàn)槠渑浜喜煌脑兀M成的正極材料在各方面性能差異很大，導(dǎo)致業(yè)內(nèi)對(duì)正極材料路線的紛爭(zhēng)加大。

通常我們說(shuō)得最多的動(dòng)力鋰電池重要有磷酸鐵鋰離子電池、錳酸鋰離子電池、鈷酸鋰離子電池以及三元鋰離子電池(三元鎳鈷錳).

以上各類電池都有優(yōu)缺點(diǎn)，大致歸納為：

磷酸鐵鋰：

優(yōu)點(diǎn)：壽命長(zhǎng)、充放電倍率大、安全性好、高溫性好、元素?zé)o害、成本低。

缺點(diǎn)：能量密度低、振實(shí)密度低(體積密度).

三元鋰：

優(yōu)點(diǎn)：能量密度高、振實(shí)密度高。

缺點(diǎn)：安全性差、耐高溫性差、壽命差、大功率放電差、元素有毒(三元鋰離子電池大功率充放電后溫度急劇升高，高溫后釋放氧氣極容易燃燒).

錳酸鋰：

優(yōu)點(diǎn)：振實(shí)密度高、成本低。

缺點(diǎn)：耐高溫性差，錳酸鋰長(zhǎng)時(shí)間使用后溫度急劇升高，電池壽命衰減嚴(yán)重(比如日產(chǎn)電動(dòng)汽車LEAF).

鈷酸鋰：

通常用于3C產(chǎn)品，安全性極差，不適合做動(dòng)力鋰電池。

理論上，我們要的電池應(yīng)該是能量密度高、體積密度高、安全性好、耐高溫低溫、循環(huán)壽命長(zhǎng)、無(wú)毒無(wú)害、可大功率充放電，聚所有優(yōu)點(diǎn)為一體而且低成本。但目前并不存在這樣的電池，那么在不同種類電池的優(yōu)缺點(diǎn)中就要取舍。而且，不同的電動(dòng)汽車對(duì)電池的需求點(diǎn)也是不同的，因此只有立足于長(zhǎng)遠(yuǎn)地對(duì)電動(dòng)汽車作出判斷，才能有利于我們正確地判斷電池路線的選擇。

磷酸鐵鋰離子電池的優(yōu)越性

這里就要回溯前兩篇的論述，我們分析了未來(lái)的電動(dòng)汽車應(yīng)該以小里程、快充電的電動(dòng)汽車為主。而目前家用車要長(zhǎng)續(xù)航的雙模混合動(dòng)力，以及公交市場(chǎng)的大續(xù)航純電汽車。那么這樣的車要什么樣的電池?

一、安全

首先安全是汽車必備的前提。汽車不同于手機(jī)和電腦，汽車在高速行駛中有可能遇到眾多不可預(yù)知因素，比如車禍造成的電池?cái)D壓和撞擊。而任何一個(gè)不利的因素，都有可能造車車毀人亡。我們可以看到一些老年代步車使用劣質(zhì)的鉛酸電池，完全沒(méi)有安全保障，電池自燃、受撞擊燃燒的案例比比皆是。再比如特斯拉近一年的持續(xù)著火事件，雖然得利于特斯拉的安全設(shè)計(jì)并沒(méi)有出現(xiàn)人員傷亡。但同時(shí)也要看到，這幾次事件都是非常輕微的碰撞事故，碰撞本身對(duì)車和人并無(wú)傷害，而電池卻著火了，那么假如是更嚴(yán)重的事故呢?

二、高倍率放電壽命

普通汽車使用壽命長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年，一輛電動(dòng)汽車的電池，10年至少要3000次的循環(huán)壽命。電池作為比較貴的部件，壽命能否與車等同是非常重要的，既要保證車輛的性能又要保證車主的利益，這樣才能利于市場(chǎng)的推動(dòng)。目前世界各車企的電動(dòng)汽車，只有去年上市的比亞迪秦做到了電芯終生質(zhì)保。

電池的壽命也就是循環(huán)壽命，并非簡(jiǎn)單的電池參數(shù)給出的數(shù)字。電池的循環(huán)壽命和電池的循環(huán)狀態(tài)是息息相關(guān)的，比如放電倍率、充電倍率、溫度等。通常電池實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)得出的循環(huán)壽命，是以0.3C恒定的充放電倍率，在20度恒定最佳溫度下得到的。但是在實(shí)際用車過(guò)程中，倍率和溫度都是非恒定的。這也就是為何通常無(wú)論是筆記本、手機(jī)，還是電瓶車的電池，實(shí)際使用中的壽命都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如廠商給出的數(shù)據(jù)的原因。而中小里程純電以及長(zhǎng)續(xù)航雙模混合動(dòng)力車，因?yàn)樗鶐У碾姵乇容^少，對(duì)其放電的要求就會(huì)更高，對(duì)壽命的影響就會(huì)更大。

比如A123的磷酸鐵鋰離子電池，通常循環(huán)壽命可以到3000次以上。但是，A123的磷酸鐵鋰航模電池，以10C的充電倍率、5C的放電倍率使用，實(shí)驗(yàn)室中的壽命縮短到只有600次，而真正實(shí)際使用中只有400次左右，可見放電倍率對(duì)壽命的影響。

再以比亞迪秦為例，只有13KWH的電池驅(qū)動(dòng)峰值功率110KW的電機(jī)。可以計(jì)算出，當(dāng)秦滿電時(shí)其最大放電倍率高達(dá)8.4C。尤其是當(dāng)秦只有50%電量時(shí)，其最大放電倍率可以達(dá)到18C。假如電量再低放電倍率將超過(guò)25C，這會(huì)極大地縮短電池的壽命。

再看p85度電的特斯拉，最大功率310KW的電機(jī)，看起來(lái)很龐大，其實(shí)電池放電倍率不過(guò)4C。在只有30%的電量時(shí)，最大放電倍率也不過(guò)10C。而且特斯拉的大容量電池，在極大程度上防止電池處于大功率的放電之中。

通過(guò)簡(jiǎn)單的比較，就可以看出比亞迪電池的高倍率放電壽命的優(yōu)越性。

三、溫度適應(yīng)性

極寒對(duì)電池的影響，重要表現(xiàn)在充放電倍率低和電容量減少;極熱對(duì)電池的影響，重要表現(xiàn)為壽命減低、高溫安全性以及充放電能力下降。

極寒關(guān)于電池的影響相對(duì)較輕，因?yàn)橐话沅囯x子電池都可以在零下20度以下使用，而且在電池的放電過(guò)程中本身就會(huì)出現(xiàn)熱量，但能耗的新增以及電量的減少不可防止。