電動動力系統(tǒng)五大電池材料：誰更兼具性價比？

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

　　電動動力系統(tǒng)中沒有理想的競爭者，因此鋰電池仍然是一個很好的選擇。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用作電動車的電源，但由于其高昂的價格等劣勢并不適合大量應(yīng)用的在一般電動車中。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(包括使用壽命和儲存壽命)以及成本 6個指標(biāo)的性能。但圖中沒有提及充電時間，如果有合適的電源插座可用，電動汽車動力系統(tǒng)的所有電池都可以快速充電，超快速充電是個例外情況，不過大多數(shù)用戶還是能夠接受幾個小時的充電時間的。圖1 也沒有列出自放電性能——這是另一個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。然而，因受熱引起的電池的老化會加速電池的自放電并引起電池管理上的問題。在電動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，汽車制造商就通過設(shè)計電池組合來彌補(bǔ)某方面性能的不足。因此電池制造商一般是根據(jù)訂單要求來設(shè)計電池，強(qiáng)化應(yīng)用所需的重要特性。下面是一個電動動力系統(tǒng)中電池的幾個重要指標(biāo)。

　　圖2

　　安全性：是選擇電動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汽車。類似的問題在100年前也是發(fā)生過的，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。用堅固的配件及精心設(shè)計的安全電路應(yīng)該可以基本解決這個問題，但仍然可能存在風(fēng)險。電池經(jīng)過濫用和長時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)和儲存壽命。大多數(shù)電動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)。因此廠商通常會增大電池組的尺寸來補(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，電動汽車電池對溫度的要求比較高。當(dāng)車輛的動力來源僅僅只有電池的時候，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)識到，電池單位重量輸出的能量僅占化石燃料的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)電動汽車電池比功率都不低。電動機(jī)與相同馬力的內(nèi)燃機(jī)相比有更好扭矩比。

　　成本：這是電動汽車的主要劣勢。BCG預(yù)測，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)致電池的價格相當(dāng)于一臺非電動汽車的價錢，基本上電動汽車的價錢要再翻一倍。