電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)五大電池材料：誰(shuí)更兼具性價(jià)比？

　　現(xiàn)如今，電池制造商正在大力推廣電動(dòng)汽車，而如何選擇一款適合需求并且續(xù)航能力充足，價(jià)格、性能安全性各方面都不錯(cuò)的動(dòng)力電池顯得尤為重要。相對(duì)較新的鎳氫電池，比鋰電池更便宜、更安全，也更適用于電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)。

　　電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)中沒有理想的競(jìng)爭(zhēng)者，因此鋰電池仍然是一個(gè)很好的選擇。圖1示出了5種備選電池，其中鋰鎳錳鈷(NMC)電池、磷酸鋰電池和鋰錳電池具有一定的優(yōu)越性。在消費(fèi)類電子產(chǎn)品中最流行的鈷酸鋰電池(未列出)這種最高的能量密度的“電腦電池”雖然被特斯拉和Smart Fortwo ED用作電動(dòng)車的電源，但由于其高昂的價(jià)格等劣勢(shì)并不適合大量應(yīng)用的在一般電動(dòng)車中。人們需要在安全性、比能量、成本和高溫性能等方面做出折衷的選擇。

　　圖1 電動(dòng)車電池 挑戰(zhàn)、機(jī)遇及2020年展望

　　注：在軸線上形狀越向外延伸，電池就越好。

　　圖1比較了5種電池在安全性、比能量(也稱為容量)、比功率(電池的大倍率充放電的能力)、電池的高低溫性能、壽命(包括使用壽命和儲(chǔ)存壽命)以及成本 6個(gè)指標(biāo)的性能。但圖中沒有提及充電時(shí)間，如果有合適的電源插座可用，電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的所有電池都可以快速充電，超快速充電是個(gè)例外情況，不過(guò)大多數(shù)用戶還是能夠接受幾個(gè)小時(shí)的充電時(shí)間的。圖1 也沒有列出自放電性能——這是另一個(gè)需要重視的電池特性，在一般情況下，鋰電池自放電速率較低，如果電池是新的，自放電幾乎可以忽略不計(jì)。然而，因受熱引起的電池的老化會(huì)加速電池的自放電并引起電池管理上的問題。在電動(dòng)汽車可選的電池類型中，磷酸鋰電池比其他電池系統(tǒng)自放電速率都高。

　　圖 1中的五種電池的性能圖雖然不完全一樣，但是卻比較相似，沒有一種電池可以脫穎而出。 例如，NCA雖然具有高容量，但是在安全方面卻不敵磷酸鋰電池，但磷酸鋰電池容量很低。沒有完美的電池，汽車制造商就通過(guò)設(shè)計(jì)電池組合來(lái)彌補(bǔ)某方面性能的不足。因此電池制造商一般是根據(jù)訂單要求來(lái)設(shè)計(jì)電池，強(qiáng)化應(yīng)用所需的重要特性。下面是一個(gè)電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)中電池的幾個(gè)重要指標(biāo)。

　　圖2

　　安全性：是選擇電動(dòng)汽車電池的最重要的指標(biāo)之一。一次意外在媒體和輿論的放大下就可能使大眾否定這款電動(dòng)汽車。類似的問題在100年前也是發(fā)生過(guò)的，例如蒸汽引擎和汽油坦克爆炸。人們主要關(guān)心的就是電池的熱失控。用堅(jiān)固的配件及精心設(shè)計(jì)的安全電路應(yīng)該可以基本解決這個(gè)問題，但仍然可能存在風(fēng)險(xiǎn)。電池經(jīng)過(guò)濫用和長(zhǎng)時(shí)間的使用后必須確保其安全性。

　　壽命：反應(yīng)了電池的循環(huán)次數(shù)和儲(chǔ)存壽命。大多數(shù)電動(dòng)汽車的電池壽命可以保證汽車在使用8 - 10年內(nèi)，充電一次能夠行駛160公里(約100英里)。電池老化引起的電池容量衰減是一個(gè)很嚴(yán)重的問題(尤其是在炎熱的氣候里)。而汽車制造商缺少用戶在不同的條件和氣候下電池的老化數(shù)據(jù)。因此廠商通常會(huì)增大電池組的尺寸來(lái)補(bǔ)償電池容量的損失，以保證汽車在規(guī)定年限內(nèi)能正常使用。

　　電池的高低溫性能：反映了電動(dòng)車中的電池在極熱的夏天和很低的溫度下的性能。不像內(nèi)燃機(jī)能在大的溫度范圍內(nèi)正常工作，電動(dòng)汽車電池對(duì)溫度的要求比較高。當(dāng)車輛的動(dòng)力來(lái)源僅僅只有電池的時(shí)候，那調(diào)節(jié)電池的溫度、車內(nèi)部的加熱以及降溫所需要的能量也將都來(lái)自電池。

　　比能量：即電池單位重量中含有的能量，反應(yīng)了汽車可行駛里程。人們清楚地認(rèn)識(shí)到，電池單位重量輸出的能量?jī)H占化石燃料的1%。 汽油1kg(1.4升0.37加侖)產(chǎn)能約12kWh，而1kg電池只有120Wh左右。但是我們要知道，電動(dòng)機(jī)效率高于90%，而內(nèi)燃機(jī)只有30%左右。盡管效率差這么大，電池的儲(chǔ)能能力不提高2-4倍是不可能和內(nèi)燃機(jī)相提并論的。

　　比功率：與汽車的加速能力有關(guān)，大多數(shù)電動(dòng)汽車電池比功率都不低。電動(dòng)機(jī)與相同馬力的內(nèi)燃機(jī)相比有更好扭矩比。

　　成本：這是電動(dòng)汽車的主要劣勢(shì)。BCG預(yù)測(cè)，很難將電池的目標(biāo)成本限定在$250-400/KWh。而且還有別的因素促使成本增加，比如規(guī)定安全保護(hù)電路，電池管理狀態(tài)，環(huán)境溫度控制保持，和8-10年的保修期。這些因素導(dǎo)致電池的價(jià)格相當(dāng)于一臺(tái)非電動(dòng)汽車的價(jià)錢，基本上電動(dòng)汽車的價(jià)錢要再翻一倍。