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短期内铅酸电池仍将是主流储能系统

2014-07-31 作者:聊新 来源:盖世汽车网

  日前,来自汽车行业内的某技术研究协会对未来汽车电池储能技术进行了一项新研究,该研究发现,如果未来能够找到合适的替代电池储能技术来取代现有电池储能技术,则可以大幅提升汽车的整体性能并降低制造成本,这样一来不仅可以大幅提升汽车的燃油效率而且还可以大幅降低汽车的二氧化碳排放。以上技术研究协会由欧洲汽车制造协会(AssociationdesConstructeursEuropeens,ACEA)、日本汽车工业协会(JapanAutomobileManufacturersAssociation,JAMA)、韩国汽车工业协会(KoreaAutomobileManufacturersAssociation,KAMA)、欧洲汽车及工业电池制造商协会(AssociationofEuropeanAutomotiveandIndustrialBatteryManufacturers,EUROBAT)以及国际铅协会(InternationalLeadAssociation,ILA)联合组成。

  该项研究报告针对不同汽车类型采用的不同电池种类进行了详细的综合分析,通过分析得到的最终结论就是,在可预见的未来铅电池仍然将是应用最广泛的汽车储能电池。

  根据以上研究报告的结果,铅电池具有制造成本低并可以在低温下发动汽车发动机等特点,因此,其常被用在常规汽车和微混合动力汽车中。另外,在其他类型汽车中铅电池还常被用作辅助性电气系统的电源。

  考虑到电池的整体能量储存能力和进一步提升汽车燃油效率的潜能,汽车市场将不断研发推出容量更大的电池储能系统。而且,随着汽车市场中混合动力汽车混合程度的不断加大以及汽车电气化的不断发展,基于锂、镍、钠的更大容量的电池将会继续增长。

  根据以上研究报告结果,对于目前所有的汽车类型而言,通过管理法规来逐渐淘汰现有的电池技术将不利于提升汽车整体性能和降低汽车制造成本。

  以上研究协会通过对三种不同的储能电池进行研究比较得出了以上结论。其中,以上三种不同的储能电池分别应用于常规汽车、混合动力汽车以及电动汽车等三种不同类型的汽车上。另外,以上研究还分析了不同类型的汽车各自适合的对应电池储能技术。

  欧洲汽车及工业电池制造商协会的主席Johann-FriedrichDempwolff表示:“目前所有的电池技术均具有非常明确具体的性能特征。其中那就是提升汽车整体性能并降低汽车二氧化碳排放。而且电池技术在交通运输中降低二氧化碳排放所起到的作用是无可替代的。在上面的研究中着重地指出了维持铅基电池在欧盟小型汽车报废管理条例规定年限内的免税权的必要性。欧盟的立法和监管条例应该保证不同电池技术之间可以公平竞争并应坚持技术中立原则。”

  该报告还明确指出,研究开发新的不同电池技术将需要消耗非常多的研发时间,并且具体实施费用也将非常昂贵。因此为了实现不同类型汽车的提高汽车燃油效率的最优化方法,汽车制造商们应该学会从技术和经济两个方面灵活地选择最佳的电池技术。

  该研究报告主要针对以下三种汽车类型进行了电池技术研究分析。

  1,常规动力汽车。常规动力汽车通常会配备一个12伏的铅电池电气系统,汽车的一键启停技术以及微混合动力的电力来源均来自于该12伏铅电池电气系统。另外,该12伏铅电池电气系统还可以驱动发动常规汽车发动机,并为整个电气系统提供直接的能量来源。以上12伏铅电池电气系统还保证了常规汽车中众多电力技术的功能性,其中包括汽车一键启停技术、初级的汽车制动能量回收技术以及汽车被动涡轮增压技术。

  由于12伏铅电池电气系统具有非常好的发动机冷启动能力,并且还具有非常优秀的耐用性和非常低的制造成本。因此,12伏铅电池电气系统仍然是目前大众汽车市场上唯一能够满足不同汽车类型不同技术要求的电池储能技术。即便是在可预见的未来12伏铅电池电气系统仍然将是应用最广泛的汽车储能电池。

  某些配备有一键启停功能的常规汽车和微混合动力汽车中通常会配备先进的铅基电池(如玻璃纤维隔板AGM电池和EFB电池,其中启停电池主要分为EFB电池和AGM电池两种)。由于以上两种启停电池都具有增强的充电可恢复性和更高的深度工作循环阻抗,因此其常被用作启停电池。在汽车电池应用中,以上两种电池是目前大众汽车市场上唯一可行的两种电池技术。

  在可预见的未来,欧洲汽车市场还将以以上常规汽车为主。

  2,混合动力汽车。混合动力汽车包括先进的微混合动力汽车、轻度混合动力汽车以及全混合动力汽车,其中以上三种混合动力汽车对电池的依赖程度依次增加。混合动力汽车可以收集车辆刹车时的能量,并在车辆加速时将能量重新输送给车辆。全混合动力汽车采用的电池一般都支持纯电动模式驾驶,并且其电动驾驶模式的续航里程都可以达到一定范围。

  目前汽车市场上有多种电池技术可以满足以上功能要求,其中包括镍氢电池、锂离子电池。其中,以上两种电池具有相对更快的充电能力,因此其工作电压相对可以达到更高。另外,以上两种电池还具有非常优秀的放电性能和耐用性。在高压情况下,铅电池由于其自身较为中规中矩的充放电能力和电池总容量,其电池工作性能会受到非常大的限制。

  虽然镍氢电池已经是目前全混合动力汽车最为主导的电池储能技术,但是随着锂离子电池技术的不断发展,其成本的不断降低,相信锂离子电池将逐渐提升其市场竞争力。

  此外,以上混合动力汽车同样需要配备一套额外的12伏电池电气系统。其中,12伏电池电气系统此时的主要作用是为汽车的舒适性功能以及安全性功能提供电力支持。总之,汽车上电气系统的供电均是由12伏电池电气系统供给的。

  目前,欧洲电池制造商正致力于以下几点技术的改进:研发碳纳米级添加剂以提升活性材料的导电性能;通过添加掺杂材料来增加接触面积以提高电池的充电能力并避免析氢现象的发生;研发低成本催化剂实现对车辆刹车制动回收能量时产生的氢氧的重组以及电池轻量化的解决方案。

  由于铅碳电池具有非常好的充电能力以及在一键启停技术和微混合动力汽车中的部分充电能力,预计铅碳电池在不久的未来就可以实现商业化生产。在未来的十年中,采用铅基电池和其他电池技术的双电池系统汽车将实现商业化加速发展。

  双电池系统由于其电压的多样性而无需针对车载电子器件的不同工作电压进行电压变换,因此其系统兼容性更强。目前,48伏/12伏车载双电池系统正在逐渐地被研发应用到微混合动力汽车和轻度混合动力汽车中,其应用的目的是为了进一步的提高车辆的燃油效率。以上48伏/12伏车载双电池系统是由一套常规的12伏电池电力系统和一套48伏电池电力系统组成。其中,12伏的电池电力系统采用的是铅基电池供电,48伏电池电力系统采用的是锂离子电池或铅基电池。目前,汽车采用的电力系统的最高电压是由汽车制造厂商自行决定的,但是其法定的电压值不得超过60伏。

  镍氢电池。虽然目前镍氢电池主要应用于混合动力汽车和纯电动汽车中,但是镍氢电池同样具有非常大的市场潜能。但是,镍氢电池市场潜能的大小受到了其自身性能提升幅度以及锂离子电池可以实现的成本节约空间的限制。

  锂离子电池。目前,针对锂离子电池的研究将主要集中在改善锂离子电池性能、降低成本、提高系统兼容性、简化量产工艺、提高电池使用安全以及提升高压锂离子电池的可循环利用性等。其中,混合动力汽车和纯电动汽车主要采用的是高压锂离子电池。

  其中,要想实现锂离子电池性能的大幅提升以及成本的大幅降低,就必须加强对锂离子电池材料以及组成部件(锂离子电池的关键组成部件主要包括阳极、阴极、隔膜以及电解液等)的研究。低成本锂离子电池预计将于2025年研发成功,届时锂离子电池的材料性能也将大幅提升,同时大型锂离子电池的组成单元也将逐步减小。

  以上改进将使得锂离子电池在与其他电池技术的竞争中保持并提升自身的竞争力。预计到2025年时,锂离子电池将可以应用到先进微混合动力汽车和轻度混合动力汽车的48伏/12伏车载双电池系统中以进一步提升车辆的燃油效率。其中,12伏的电池电力系统采用的是铅基电池供电,而48伏电池电力系统将可以采用锂离子电池。

  钠镍氯化物电池。以上研究报告还表示,钠镍氯化物电池将在重型插电式混合动力汽车和纯电动汽车中逐步得到应用。各个电池制造商将继续研发以提升钠镍氯化物电池的整体性能、降低制造成本、增强系统兼容性、简化量产工艺以及提高电池使用安全性等。到2025年时,钠镍氯化物电池的能量密度、循环寿命以及可靠性都将有望得到改善,届时钠镍氯化物电池的整体成本也将大幅降低。

  以上研究报告是由欧洲汽车及工业电池制造商协会的全体电池制造商起草完成的。其中,欧洲汽车及工业电池制造商协会的电池制造商包括江森自控EMEA公司、EXIDE技术公司、FIAMM公司、SAFT公司、MollBatterien公司、BannerBatterien公司、陶氏柯卡姆公司(DowKokam)、S.C.Rombat公司以及InciAku公司等。之后,该研究报告又被国际铅协会、欧洲汽车制造协会、日本汽车工业协会以及韩国汽车工业协会的组成会员审查批准通过。

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