锂电池虽然优点很多,但是取代汽车电瓶还需要时日。虽然部分车型已经应用磷酸铁锂电池作为启动电池,但并不是无条件应用的。采用磷酸铁锂电池为启动电池的车型,需要有一组后备电池。例如混动汽车上带有大容量动力电池,如果启动电池容量不足那么动力电池可以自动补充电能。
锂电池特点:
单体电池电压高,单体电压3.2-3.7V。
能量密度高,可以达到150wh/kg或者更高。
充放电电流大。
体积小,可以达到400wh/L。
循环寿命长,可以达到1000次
自放电率低。
生产制造过程中产生的污染低。
有一定的安全隐患。
充放电电流大。
娇贵,充放电需要保护板。
环境温度对内阻影响较大。
铅酸电池特点:
单体电压低,2V左右。
能量密度低,40wh/kg左右。
体积大,130-200wh/L
循环寿命短,一般在500次左右。
自放电率高。
生产制造过程对环境污染严重。
成本低原料容易获取 ,制造容易。
稳定性好,可耐受温度广。
不娇贵,充放电要求不高。
环境温度对内阻影响相对小一些。
例如电动自行车、电动摩托车、代步车、电动轿车等车辆最初都采用铅酸电池,后来逐步更换为锂电池。锂电池表现要比铅酸电池好要好很多 ,同样体积的电池锂电池容量更大,续航里程也更大,重量也小很多、这些优点就是取代铅酸电池的原因。
但是汽车上用的铅酸电池与助力车、电动车用的电池是不一样的。同样是铅酸电池,汽车用的铅酸电池叫做“启动电瓶”、电动轿车/助力车用的电瓶叫“牵引电池”。两者之间的差别很大,启动电瓶特点是瞬间放电电流大,短路电流达到数百安。但是不适合长时间放电、深放电。而电动车电池特点是可以长时间放电,但是瞬间放电电流小,因此两者不能通用。
锂电池可以代替牵引电池那么什么不能代替启动电池呢?
这是因为两者电池应用工况不一样导致的。大多数启动电池放在发动机机舱内,因此电瓶要承受一定程度的高温。
其次汽车还要适应低温,冬季冷启动时阻力大,需要较大的启动电流,能否顺利启动就取决于电瓶冷启动电流大小。开篇已经列举了两种电池的优缺点,可以看到锂电池可以大电流放电,启动汽车是绝对没有压力的。生活中用小小的充电宝(带启动功能)就可以顺利启动汽车,可以看到放电电流之大!
但是用在汽车上还要考虑耐受温度的问题,机舱内温度非常高、而三元锂电池不耐高温,受热后电池容易鼓包、胀气。受热后内部电解液剧烈气化后会导致电池外壳破裂,内部短路产生更大的热量,一旦负极材料暴露在空气中很快就会自燃。因此三元锂电池并不适合用来替代汽车电瓶,主要考虑的就是自燃带来的危险。
磷酸铁锂电池可以耐受高温,可以放在机舱内代替启动电瓶。但是磷酸铁锂电池不耐低温,这点不如三元锂电池,三元锂电池能耐受低温。北方冬季温度特别低,铁锂电池温度降低后内阻增加、放电电流减小、放电容量减小。我们看一下低温对铁锂电池容量的影响:
可以看到温度对容量影响还是挺大的。冬季低温环境里车子露天存放,电池温度也会下降到与环境温度一致。某些手机冬季不能放在外衣兜里就是一个例子,低温会导致手机迅速掉电、关机,只有温度恢复正常容量才会回升。低温影响能量的同时,电池内阻也会增加。容量降低、内阻降低,那么最大放电电流也会相对减少N倍。
北方地区冬季温度很低,锂电池容量下降明显,启动电流也会下降只能通过加大容量来弥补这个缺陷。但是容量加大以后成本增加,售价过高又难以推广。
锂电池充放电需要保护板,汽车发电机输出电压电压在13/14.5V之间。充电电压/电流都不是恒定的,锂电池比较娇贵必须严格控制充电电压。电压过高容易鼓包、胀气,电压过低充电效率低,所以锂电池一般都采用先恒流后恒压的办法来充电。车用锂电池必须要配充放电保护板,用来控制充电与放电。电池多了保护板以后就多了一个故障点,一旦保护板坏掉那么电池也就不能用了,因为电瓶抛锚实在是不划算。
对比之下就会发现铅酸电瓶更适合用在汽车上,首先就是价格便宜,其次就是稳定性与环境适应能力强。即使在北方的冬季露天存放的汽车,早上也可以顺利启动。虽然低温也会导致电瓶容量下降但是只要电瓶容量衰减不太严重,是不会影响到车辆启动的。每块铅酸电瓶上都会有一个CCA数值,其实这就是冷启动电流。
CCA电流的含义:在环境温度降到-18℃时候,该电瓶的最大输出电流值。例如上面的电瓶在-18℃仍然可以提供610A的启动电流,即使衰减一半还剩300A。汽车用的电瓶只是用来启动发动机,瞬间提供超大电流即可。启动后整车供电由发电机提供,因此大容量长续航的锂电对于汽车来讲毫无意义。
铅酸电池稳定性高,放在机舱内也没有关系,不会因为高温而自燃、即使受外力损坏也不会自燃,安全系数非常高。同时也不需要精密的充放电控制电路,恒压充电即可。铅酸电池虽然技术落后但是稳定性非常好,锂电池虽然技术先进但是稳定性与适应能力要比铅酸差一些。对于传统的燃油车来讲,稳定压倒一切。采用锂电不会带来任何实质性的优势,反而会带来不稳定因素,虽然通过技术手段可以规避一些问题但是成本又会增加,得不偿失。
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