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天能为比亚迪站队 磷酸铁锂完胜特斯拉?

2014-05-27 00:01
九一隐士
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  可以看到,虽然电动汽车早于燃油车发展,并在早期取得了一定的规模,但在近代,由于燃油汽车的大力发展,使电动汽车在竞争中受挫。但真正的问题是,过去以铅酸电池为主的电动车,受制于铅酸电池的密度、寿命、功率等多方面限制,一直没有办法在动力源,也就是电池方面取得突破,以至于使电动汽车发展陷入停滞。

  锂电池的分类及优缺点

  这一问题直到锂电池的出现且经20年大力发展才得以逐步改善解决。

  锂电池通常分两大类:

  锂金属电池:锂金属电池一般是使用二氧化锰为正极材料、金属锂或其合金金属为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。

  锂离子电池:锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。

  虽然锂金属电池的能量密度高,理论上能达到3860瓦/公斤。但是由于其性质不够稳定而且不能充电,所以无法作为反复使用的动力电池。而锂离子电池由于具有反复充电的能力,被作为主要的动力电池发展。但因为其配合不同的元素,组成的正极材料在各方面性能差异很大,导致业内对正极材料路线的纷争加大。

  通常我们说得最多的动力电池主要有磷酸铁锂电池、锰酸锂电池钴酸锂电池以及三元锂电池(三元镍钴锰)。

  以上各类电池都有优缺点,大致归纳为:

  磷酸铁锂:

  优点:寿命长、充放电倍率大、安全性好、高温性好、元素无害、成本低。

  缺点:能量密度低、振实密度低(体积密度)。

  三元锂:

  优点:能量密度高、振实密度高。

  缺点:安全性差、耐高温性差、寿命差、大功率放电差、元素有毒(三元锂电池大功率充放电后温度急剧升高,高温后释放氧气极容易燃烧)。

  锰酸锂:

  优点:振实密度高、成本低。

  缺点:耐高温性差,锰酸锂长时间使用后温度急剧升高,电池寿命衰减严重(比如日产电动车LEAF)。

  钴酸锂:

  通常用于3C产品,安全性极差,不适合做动力电池。

  理论上,我们需要的电池应该是能量密度高、体积密度高、安全性好、耐高温低温、循环寿命长、无毒无害、可大功率充放电,聚所有优点为一体而且低成本。但目前并不存在这样的电池,那么在不同种类电池的优缺点中就需要取舍。而且,不同的电动车对电池的需求点也是不同的,因此只有立足于长远地对电动汽车作出判断,才能有利于我们正确地判断电池路线的选择。

  磷酸铁锂电池的优越性

  这里就需要回溯前两篇的论述,我们分析了未来的电动汽车应该以小里程、快充电的电动汽车为主。而目前家用车需要长续航的双模混合动力,以及公交市场的大续航纯电汽车。那么这样的车需要什么样的电池?

  一、安全

  首先安全是汽车必备的前提。汽车不同于手机和电脑,汽车在高速行驶中有可能遇到众多不可预知因素,比如车祸造成的电池挤压和撞击。而任何一个不利的因素,都有可能造车车毁人亡。我们可以看到一些老年代步车使用劣质的铅酸电池,完全没有安全保障,电池自燃、受撞击燃烧的案例比比皆是。再比如特斯拉近一年的连续着火事件,虽然得利于特斯拉的安全设计并没有出现人员伤亡。但同时也要看到,这几次事件都是非常轻微的碰撞事故,碰撞本身对车和人并无伤害,而电池却着火了,那么如果是更严重的事故呢?

  二、高倍率放电寿命

  普通汽车使用寿命长达数十年,一辆电动汽车的电池,10年至少需要3000次的循环寿命。电池作为比较贵的部件,寿命能否与车等同是非常重要的,既要保证车辆的性能又要保证车主的利益,这样才能利于市场的推动。目前世界各车企的电动汽车,只有去年上市的比亚迪“秦”做到了电芯终生质保。

  电池的寿命也就是循环寿命,并非简单的电池参数给出的数字。电池的循环寿命和电池的循环状态是息息相关的,比如放电倍率、充电倍率、温度等。通常电池实验室数据得出的循环寿命,是以0.3C恒定的充放电倍率,在20度恒定最佳温度下得到的。但是在实际用车过程中,倍率和温度都是非恒定的。这也就是为什么通常无论是笔记本、手机,还是电瓶车的电池,实际使用中的寿命都远远不如厂商给出的数据的原因。而中小里程纯电以及长续航双模混合动力车,因为所带的电池比较少,对其放电的要求就会更高,对寿命的影响就会更大。

  比如A123的磷酸铁锂电池,通常循环寿命可以到3000次以上。但是,A123的磷酸铁锂航模电池,以10C的充电倍率、5C的放电倍率使用,实验室中的寿命缩短到只有600次,而真正实际使用中只有400次左右,可见放电倍率对寿命的影响。

  再以比亚迪“秦”为例,只有13KWH的电池驱动峰值功率110KW的电机。可以计算出,当“秦”满电时其最大放电倍率高达8.4C。尤其是当“秦”只有50%电量时,其最大放电倍率可以达到18C。如果电量再低放电倍率将超过25C,这会极大地缩短电池的寿命。

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