適用于電動(dòng)摩托車的鋰離子電池技術(shù)方案解析

普及電動(dòng)摩托車必須克服的技術(shù)挑戰(zhàn)

在汽車電動(dòng)化迅速發(fā)展之際，摩托車市場也由于 CO2 排放法規(guī)收緊而開始出現(xiàn)電動(dòng)車型。此外，摩托車的危險(xiǎn)規(guī)避解決方案（稱為騎手輔助系統(tǒng)）也正在開發(fā)中，從而使摩托車也開始使用 ADAS*2。另外，電動(dòng)摩托車、電動(dòng)雙輪車、電動(dòng)微型車、小型雙座電動(dòng)汽車、電動(dòng)滑板車以及其他微移動(dòng)車輛*3 將在 MaaS*4 中發(fā)揮“最后一公里”作用。在 MaaS 這個(gè)范例中，所有交通方式（除私家車以外）的移動(dòng)將統(tǒng)一為一種服務(wù)。

摩托車電氣化的進(jìn)展在亞洲地區(qū)（如中國和印度）備受關(guān)注。在這些地區(qū)，人們主要使用摩托車作為日常交通工具。在中國，電動(dòng)雙輪車（包括電動(dòng)自行車）是最普遍的交通工具之一，估計(jì)有 2 億人在使用*5。另一方面，速度超過 50 km/h 的電動(dòng)摩托車仍占少數(shù)，但未來有望增長。印度還宣布，到 2030 年，國內(nèi)出售的所有車輛（包括摩托車）都將是電動(dòng)車。在歐洲，英國和法國均已宣布將從 2040 年開始停止銷售使用內(nèi)燃機(jī)的汽車。所有這些都表明，內(nèi)燃機(jī)摩托車向電動(dòng)摩托車的轉(zhuǎn)變將在全球范圍內(nèi)繼續(xù)進(jìn)行。

全球電動(dòng)摩托車市場預(yù)測(cè)（2017-2020 年，2025 年）

* 不包括速度低于 50 km/h 的電動(dòng)自行車和電動(dòng)輕型摩托車

來源：以全球電動(dòng)摩托車市場為基礎(chǔ)：2019 年 2 月 8 日，日本矢野經(jīng)濟(jì)研究所 2018 年主要調(diào)查研究結(jié)果。

然而，電動(dòng)摩托車的全面采用需要克服許多技術(shù)障礙（如延長行駛里程和縮短充電時(shí)間）以及基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展（如充電樁的擴(kuò)建）。解決這些問題的關(guān)鍵在于電池的改進(jìn)，即電動(dòng)摩托車的核心。如今，越來越多的電動(dòng)摩托車采用能量密度高、體積小、重量輕的鋰離子電池*6。

可實(shí)現(xiàn)舒適性和更長里程的高功率、長壽命電池解決方案

鋰離子電池可分為圓柱型、方型和軟包（層壓）型，具體取決于電池的形狀。軟包型的能量密度更高，可以采用更輕薄的設(shè)計(jì)，并且在形狀方面具有更大的靈活性。對(duì)于電動(dòng)摩托車來說，電池容量直接影響到續(xù)航里程。因?yàn)殡姵乇痪窒拊谝粋€(gè)小空間中，所以要求具有較高的能量密度和較輕的重量。尤其是，TDK 為電動(dòng)摩托車專門設(shè)計(jì)了重量輕、功率大的軟包型鋰離子電池。這些電池在低溫條件下仍具有出色的終身充電周期和充/放電性能。由于軟包型鋰離子電池通常用于小型消費(fèi)電子產(chǎn)品（如智能手機(jī)），所以其工作溫度范圍并不一定適用于電動(dòng)摩托車之類的應(yīng)用。通過優(yōu)化電極等材料的設(shè)計(jì)，TDK 可顯著提高電池在低溫條件下的利用率。

此外，較之于其它鋰離子電池，用于電動(dòng)摩托車的軟包型鋰離子電池能夠以更高的輸出功率實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的放電，從而提高摩托車的驅(qū)動(dòng)功率。同時(shí)，通過控制電池的內(nèi)部電阻（可能導(dǎo)致異常過熱和斷電），安全性得以提高，從而提高了騎乘舒適性。利用閃存快速充電技術(shù)，電池可在 25 分鐘內(nèi)快速充電至其容量的 80%，從而縮短了充電時(shí)間。此外，TDK 還實(shí)現(xiàn)了多個(gè)電池的模塊化，甚至還實(shí)現(xiàn)了電路的縱向集成，稱為 BMS（電池管理系統(tǒng)），從而提供了一個(gè)經(jīng)過優(yōu)化的全面解決方案。

低溫條件下的放電性能

*SOC：表示與電池容量相關(guān)的當(dāng)前充電水平

從圖中可以看出，TDK 的軟包型鋰離子電池即使在 -20℃ 的條件下也未出現(xiàn)明顯的壓降，并且可以實(shí)現(xiàn)與環(huán)境溫度相近的容量（容量衰減不到 10%）。

自 1999 年成立以來，TDK 集團(tuán)公司 ATL（新能源科技有限公司）就一直在完善軟包型鋰離子電池（其核心產(chǎn)品）方面的技術(shù)和專業(yè)知識(shí)。截止 2020 年，ATL 品牌產(chǎn)品占據(jù)了智能手機(jī)用聚合物鋰離子電池市場的全球最大市場份額。通過利用軟包型電池方面的專業(yè)技術(shù)和知識(shí)，ATL 集團(tuán)公司 Poweramp 開發(fā)出了適用于電動(dòng)摩托車的鋰離子電池。

利用其專有的多極耳卷繞 （MTW） 技術(shù)，Poweramp 能夠在較高的輸出功率下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定放電，并可降低電阻。

在鋰離子電池中，一個(gè)叫“極耳”的端子連接至電池的正極和負(fù)極，這樣電流就能夠進(jìn)出。MTW 技術(shù)使用多個(gè)精確對(duì)齊的極耳來防止局部過熱，降低電阻，并在高輸出功率下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定放電。我們就 Poweramp 在其設(shè)計(jì)中使用 MTW 技術(shù)的原因采訪了 Poweramp 銷售主管葉宇。

“為支持高性能電動(dòng)摩托車，我們使用 MTW 技術(shù)來有效控制放電期間的溫升，這樣作為一個(gè)整體的能源系統(tǒng)就能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的性能、高度的安全性和一致的功率輸出?！?/p>

多極耳卷繞 （MTW）

上圖詳細(xì)描述了多極耳卷繞技術(shù)。右圖對(duì)極耳數(shù)量和局部加熱導(dǎo)致的溫度分布進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，使用的極耳數(shù)量越多，產(chǎn)生的熱量就越少。

葉宇談到了未來愿景?！盀槭闺妱?dòng)摩托車成為下一代小動(dòng)力的組成部分，我們需要提高其效率、安全性和便捷性。TDK 的鋰離子電池在應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)方面發(fā)揮著重要作用，而且在不久的將來，必將成為電動(dòng)摩托車的可靠電源?！?/p>

適用于電動(dòng)摩托車的鋰離子電池

軟包型鋰離子電池可提供出色的安全性、更高的輸出功率、更長的使用壽命、更短的充電時(shí)間和更寬的工作溫度范圍。

術(shù)語解說

*1. 電動(dòng)摩托車：在本文中，“電動(dòng)摩托車”是指不包含電動(dòng)自行車（輔助或全助力）在內(nèi)的電動(dòng)摩托車。

*2. ADAS（高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)）：高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)可提高汽車的安全性。

*3. 小動(dòng)力：比汽車更小，可搭載一名或兩名乘客的車輛，如電動(dòng)小輪摩托車、電動(dòng)摩托車、滑板車以及老年人用的輕便型摩托車。

*4. MaaS（移動(dòng)即服務(wù)）：通過利用信息與通信技術(shù)，在云中管理交通信息和相關(guān)服務(wù)，將除私家車外的所有交通工具作為單一服務(wù)提供。完全實(shí)現(xiàn) MaaS 后，用戶就能夠以一種集成的方式搜索、預(yù)訂多種移動(dòng)服務(wù)并進(jìn)行支付，包括公共汽車、火車、航班和酒店。然而，國際機(jī)構(gòu)對(duì)這一術(shù)語并沒有明確的定義，各國的解釋也不盡相同。

*5. 中國的電動(dòng)雙輪車：目前主要使用的是鉛酸電池。

*6. 鋰離子電池：鋰離子電池具有正負(fù)極，并通過兩極之間鋰離子的移動(dòng)進(jìn)行充放電。
編輯：hfy