影響鋰電池功率密度的因素有哪些？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-10-14 19:28
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影響功率密度的因素主要有三個(gè)：一是能量密度，即一公斤電池能容納多少功率。目前，主流的鋰電池是三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，但能量密度較高，這也是特斯拉（以及許多其他汽車(chē)工廠）選擇的鋰電池。與磷酸鐵鋰電池車(chē)相比，它可以多跑一段。第二點(diǎn)是體積/體積密度，也就是一立方米電池能容納多少能量，一輛車(chē)能容納多少空間。特斯拉使用的是一個(gè)圓柱形的電池芯，可以像我們通常使用的5號(hào)電池那樣拆卸。圓柱形磁芯的缺點(diǎn)是它們排列在一起。氣缸之間的間隙總是存在的，這降低了電池的體積密度。所以現(xiàn)在主流的電池工廠都在生產(chǎn)方芯，以確保不會(huì)浪費(fèi)體積。然而，特斯拉的設(shè)計(jì)彌補(bǔ)了體積密度的不足。它的汽車(chē)設(shè)計(jì)留下了巨大的電池空間。其他的電動(dòng)汽車(chē)是汽車(chē)后部的電池組。特斯拉是整層樓的電池組。其他普通的電動(dòng)汽車(chē)不能這樣做，或者不必這樣做。不能做到這一點(diǎn)的車(chē)輛是那些已經(jīng)從燃料車(chē)改成圖紙的電動(dòng)車(chē)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，他們把油箱的發(fā)動(dòng)機(jī)改裝成了電池馬達(dá)，所以空間不夠。而大多數(shù)從零開(kāi)始設(shè)計(jì)的家用電動(dòng)汽車(chē)也不必留下那么大的空間。為什么不？往下看。第三，成本考慮。電池是電動(dòng)汽車(chē)中最昂貴的部分。在目前的環(huán)境下，如果沒(méi)有新能源汽車(chē)的補(bǔ)貼，電動(dòng)汽車(chē)在性價(jià)比上就無(wú)法與燃油汽車(chē)競(jìng)爭(zhēng)。因此，電動(dòng)汽車(chē)廠商的策略是通過(guò)補(bǔ)貼盡可能降低電動(dòng)汽車(chē)的成本。獲得補(bǔ)貼，就足以滿足國(guó)家對(duì)范圍的要求。如果汽車(chē)廠增加了這個(gè)范圍，成本效益比就會(huì)很快下降。（例如，其他的東西都一樣，范圍多10%，價(jià)格貴30%。有幾個(gè)人會(huì)買(mǎi)這輛車(chē)。）所以沒(méi)有必要追求高里程。特斯拉一方面在中國(guó)沒(méi)有新能源汽車(chē)補(bǔ)貼，也不需要考慮政策問(wèn)題。另一方面，它的市場(chǎng)定位也不劃算，因此可以隨意堆放電池組。
充放電過(guò)程中，最佳工作溫度范圍為20oC~30oC。在0oC~45oC范圍內(nèi)的鋰電基本上能維持正常充放電，20oC~30oC為最佳工作溫度范圍。然而，當(dāng)溫度高于45℃時(shí)，磁芯中的鋰鹽lipf6開(kāi)始分解，sei膜開(kāi)始分解。同時(shí)，會(huì)釋放出大量的熱量。光會(huì)導(dǎo)致有機(jī)物分解并釋放二氧化碳（這就是手機(jī)膨脹的原因）。電池容量降低。重則引起熱失控、自燃、爆炸等。當(dāng)溫度低于0℃時(shí)，鋰離子在電池中的遷移速率會(huì)降低，同時(shí)會(huì)消耗部分能量來(lái)提高反應(yīng)溫度，從而降低電池的容量（在冬季，你不會(huì)發(fā)現(xiàn)電動(dòng)車(chē)剛剛充滿電幾分鐘，電力會(huì)下降很多）。因此，熱管理系統(tǒng)（通過(guò)冷卻和加熱對(duì)蓄電池系統(tǒng)進(jìn)行溫度控制）的質(zhì)量直接決定了您的實(shí)際里程。接下來(lái)，給出了目前主流的熱管理系統(tǒng)的冷卻和加熱方法。根據(jù)可靠的內(nèi)部消息來(lái)源，特斯拉S型采用了液冷液熱一體化方案，具有冷卻和加熱效率高、集成度高的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)然結(jié)構(gòu)更復(fù)雜、成本更高。因此，只有掌握優(yōu)秀的熱管理系統(tǒng)技術(shù)，才能管理更多能量密度更高的鋰能源。2017年以前，我國(guó)企業(yè)的技術(shù)水平還不能滿足如此高的要求。在保證安全的前提下，最好選擇小容量電池組方案，通過(guò)國(guó)家3C審核。
Model 3電池模組結(jié)構(gòu)
- 電池容量
目前來(lái)說(shuō)，電芯技術(shù)差異化不大，各家選用的電芯能力密度都差不多，要追求最大的續(xù)駛里程就勢(shì)必要更大的電池容量，那么同等電芯能量密度條件下電芯數(shù)量要求就越多。在這點(diǎn)上，Tesla比較猛，敢想敢用敢干，他敢激進(jìn)的選用能量密度更高的電芯，最大化的利用電池空間，放更多的電芯（拆解過(guò)Tesla電池的朋友們應(yīng)該很有印象），另外車(chē)賣(mài)那么貴，成本不怕高。
- 其次，整車(chē)結(jié)構(gòu)
Tesla就是按照純電動(dòng)汽車(chē)的架構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)車(chē)身的，可以最大化的給電池留出設(shè)計(jì)空間，也就意味著電池在同等大小的車(chē)型里可以擁有更過(guò)的容量空間。而我們國(guó)內(nèi)的很多車(chē)企都是在油改電的車(chē)型，純電架構(gòu)的不多，傳統(tǒng)車(chē)身結(jié)構(gòu)限制了電池的設(shè)計(jì)和布置，在很大程度上影響了電池容量的提高。
另外還有個(gè)因素就是整車(chē)的重量和風(fēng)阻設(shè)計(jì)，特斯拉采用的是全鋁車(chē)身（不過(guò)好像Model 3由于成本問(wèn)題放棄了），前臉包裹嚴(yán)實(shí)，導(dǎo)流效果好，質(zhì)量很輕，這對(duì)整車(chē)的續(xù)駛里程也很有幫助。但是有個(gè)問(wèn)題就是跟鋼車(chē)身比強(qiáng)度差，成本高，熔點(diǎn)低，防火性差，這也是特斯拉多起起火事故后果嚴(yán)重的根源之一。
