23 años de personalización de baterías
May 30, 2019 Pageview：539
Hace unos meses, Elon Musk, director ejecutivo de tesla, dijo a la prensa alemana que FuelCell es "un FoolCell" y les dijo que "son tan estúpidos, incluso si es teóricamente infalible, no coincidirá con las baterías de iones de litio de hoy". . " También señala que las baterías de iones de litio tienen un gran potencial sin explotar.
Por otro lado, varios gigantes automotrices, incluidos GM y Toyota, han firmado acuerdos de desarrollo de celdas de combustible con sus socios y planean lanzar vehículos de celdas de combustible en los próximos años. Toyota dio a conocer su concepto de pila de combustible de hidrógeno fcv-r en el Salón del Automóvil de Tokio en 2011, y el Salón del Automóvil de Tokio de este año contará con modelos de producción. Toyota y BMW han firmado un acuerdo para cooperar en cuatro áreas, incluidas las pilas de combustible.
Además de Toyota, General Motors y Honda Motor han anunciado que desarrollarán conjuntamente la tecnología de pila de combustible de próxima generación para su lanzamiento en 2020. El motor hyundai de Corea del Sur ha sido pionero en los vehículos de pila de combustible, y Ford, Daimler y Renault-Nissan están trabajando juntos. para desarrollar tecnología de pilas de combustible.
Toyota dijo que los ModelS de pila de combustible que se producirán en masa costarán aproximadamente tanto como el BMW serie 5 o el Tesla ModelS, alrededor de 50.000 dólares, con un alcance de hasta 300 millas (483 km) con una sola carga. Tan rentable con una alta competitividad.
Entonces, ya sea el gelig de tesla o Toyota y un montón de otros fabricantes de automóviles, ¿por qué la batalla entre las celdas de combustible y las baterías de iones de litio, y qué impulsará los autos eléctricos en el futuro? Hagamos una inmersión profunda.
Coches eléctricos y coches convencionales.
Ahora, numerosos vehículos eléctricos, de hecho, es una continuación del automóvil tradicional, la gente lo hace, la parte tradicional de la energía del automóvil, la parte de combustible en el motor y la batería.
Los coches eléctricos tienen una historia muy, muy larga. En 1839, Robert Anderson de Escocia instaló una batería y un motor eléctrico en un vagón y lo convirtió en el primer vehículo eléctrico del mundo. La invención del motor de combustión interna se retrasó más de 40 años hasta octubre de 1885, cuando Karl Benz diseñó y construyó el primer automóvil de gasolina de tres ruedas del mundo, y Gottlieb Daimler produjo un automóvil de gasolina de cuatro ruedas ese mismo año. Los dos formaron sus propias empresas de automóviles, que se fusionaron en Daimler-Benz en 1926.
El vehículo eléctrico ha vivido tres periodos de desarrollo en la historia, desde 1885 hasta 1915 fue la primera época dorada del vehículo eléctrico. Durante este período, como la tecnología de los motores de combustión interna está bastante atrasada, generalmente se reconoce un rango de conducción corto, muchas fallas, dificultades de mantenimiento, vehículos eléctricos, vehículos eléctricos en este período. El presidente de los Estados Unidos fue conducido por un automóvil eléctrico, no por un motor de combustión interna.
En la segunda etapa, en la década de 1960, en el contexto de la crisis del petróleo provocada por la guerra de Oriente Medio, la empresa de motores general de Estados Unidos y la empresa de motores ford desarrollaron respectivamente nuevos coches eléctricos. Citroen y Peugeot han convertido los modelos existentes en pequeños coches eléctricos. Como oportunidad, el mundo lanzó una ola de vehículos eléctricos.
La tercera etapa es la década de 1990, con el progreso de la tecnología de baterías de litio, la reducción de costos, el rendimiento del vehículo eléctrico se ha mejorado enormemente. Finalmente logró tesla, nissan y otras producciones en masa de vehículos eléctricos.
Se puede ver en la historia de los vehículos eléctricos que los vehículos eléctricos y los vehículos tradicionales con motor de combustión interna se están desarrollando en paralelo y compitiendo entre sí. Cuando el rendimiento, el costo y la experiencia del usuario del vehículo eléctrico sean más altos que los del motor de combustión interna, el vehículo eléctrico tendrá un período dorado de desarrollo. Sin embargo, cuando la tecnología de los motores de combustión interna avance y la experiencia del usuario supere la del vehículo eléctrico, el vehículo eléctrico se quedará en silencio.
Un factor clave en el rendimiento de los vehículos eléctricos: las baterías de potencia
Para los automóviles eléctricos, la clave para determinar si el rendimiento, el costo y la experiencia del usuario pueden superar a un automóvil de combustión interna es la batería de potencia.
Sabemos, el automóvil puede funcionar, porque el motor y la caja de cambios funcionan, para proporcionar energía al automóvil, el automóvil eléctrico puede funcionar es la batería y el motor eléctrico para proporcionar energía. Después de cien años de desarrollo, la tecnología de motores se ha vuelto muy madura.
No importa la potencia del peso de la unidad, aún así sea la eficiencia, la vida útil, el costo, el control, es mucho mejor que el motor. Los motores de la misma potencia tienden a ser más baratos que los motores, duran más y son más fáciles de mantener. En teoría, los coches eléctricos deberían ser mucho más competitivos que los vehículos de combustión interna, y el problema radica en las baterías.
Como todos sabemos, el movimiento de un automóvil necesita energía. La energía de un automóvil con motor de combustión interna proviene de la combustión de gasolina o diesel, y la energía térmica se convierte en energía cinética. La batería UTILIZA un motor para convertir la energía eléctrica en energía cinética. Ahora, el problema con los coches eléctricos es que tienen el mismo peso, el mismo volumen y proporcionan mucha menos energía que la gasolina o el diésel, lo que significa una menor densidad energética.
Por lo tanto, también corre 300 kilómetros, el automóvil de gasolina solo necesita 30 litros de tanque de combustible, solo necesita más de 20 kilogramos de gasolina, e incluso si el uso de un automóvil eléctrico con batería de iones de litio avanzada, también quiere más de 600 kilogramos de un paquete de batería enorme, sin mencionar el circuito de protección, el paquete de baterías en sí para proteger el peso.
Las baterías de plomo-ácido requieren un paquete de baterías pesado de una a dos toneladas, en comparación con el peso normal de un automóvil familiar.
Además de la densidad de energía, también existe un concepto de densidad de energía. La corriente máxima que puede liberar una batería de energía es limitada y el voltaje es limitado. Incluso si la potencia del motor es muy alta, la capacidad de descarga instantánea de la batería no es buena, afectará el rendimiento de los vehículos eléctricos.
Clasificación de baterías eléctricas
En la actualidad, existen muchos tipos de baterías de potencia para vehículos eléctricos, pero pocas de ellas son realmente prácticas. Porque muchas baterías tienen este o aquel problema. La mayoría de los fabricantes del mundo han optado por baterías de litio. Los detalles incluyen baterías ternarias de litio, baterías de fosfato de hierro y litio y baterías de manganato de litio. Sin embargo, todos se reducen a la categoría de baterías de litio.
Ni la celda de combustible de hidrógeno ni la celda de aire de zinc son baterías recargables. En cambio, consume otros materiales (hidrógeno y zinc) para generar electricidad.
Hay varias baterías alternativas más, generalmente como batería de potencia de uso auxiliar. A continuación hablaremos sobre las características de varios tipos de baterías y las ventajas y desventajas del automóvil.
Pila de combustible de hidrógeno
Primero, las pilas de combustible de hidrógeno, que Geligo satirizó como células "tontas". Las pilas de combustible no son nuevas. Se remontan a 1838, cuando a un químico alemán se le ocurrió la teoría de la pila de combustible. Realmente el plomo fue en 1955, los ingenieros de GE de Estados Unidos hicieron prácticas celdas de combustible de hidrógeno, luego se aplican al plan de exploración espacial del dúo estadounidense (digresión, los interesados pueden buscar el documental "de la tierra a la luna", ver los planes del dúo estadounidense , el programa Apolo, y mira el programa shenzhou de China, el plan de la diosa de la luna).
Las pilas de combustible de hidrógeno, desarrolladas en 1991 para su uso en automóviles, son la fuente de las pilas de combustible de hidrógeno actuales.
Una de las mayores ventajas de las pilas de combustible de hidrógeno sobre otros tipos de baterías es su alta densidad energética. Pueden alcanzar los 3 kilovatios-hora por kilogramo en el laboratorio, que es mucho más alto que otros tipos de baterías. El automóvil se puede usar en un tamaño y peso más pequeños, lo que brinda una mayor duración de la batería.
Pero existen problemas con las pilas de combustible de hidrógeno:
Primero, el precio. Las partes centrales de la pila de combustible de hidrógeno son la membrana de intercambio de protones y el catalizador de platino, ambos materiales muy caros. Se pueden usar en la industria aeroespacial independientemente del costo. El precio actual es de 1,5 millones a 2 millones de yuanes, mucho más alto que el de los coches eléctricos de combustible y batería de litio;
En segundo lugar, la fuente y el almacenamiento de combustible. Las pilas de combustible de hidrógeno necesitan hidrógeno, que no es compatible con la cadena industrial. Es extremadamente inconveniente de fabricar, transportar, almacenar y repostar.
Los vehículos de pila de combustible de hidrógeno tienen un largo camino por recorrer desde la perspectiva de la experiencia del usuario. La sátira de Geligo de las pilas de combustible de hidrógeno como "células tontas" no es del todo descabellada.
(2) batería de zinc-aire
Las baterías de zinc-aire también tienen una larga historia, que se remonta a 1878. Las baterías de zinc-aire son mucho más similares a las baterías secas que usamos y, de hecho, las baterías de zinc-aire están reemplazando a las secas en muchos campos.
Las baterías de zinc-aire tienen una densidad de energía más alta, hasta 0,3 kilovatios-hora por kilogramo, que es más alta que las baterías de litio y más barata. El zinc es mucho más barato que el litio.
Pero hay dos problemas con las baterías de zinc-aire:
En primer lugar, la densidad de potencia es baja. Aunque la autonomía del coche eléctrico que utiliza batería de zinc-aire no es inferior a la del coche eléctrico de batería de litio, su rendimiento en aceleración y ascenso es muy malo y su practicidad no es buena.
En segundo lugar, la cadena industrial no coincide. La batería de zinc-aire es similar a la celda de combustible de hidrógeno y el material debe ser reemplazado. La batería de zinc-aire debe reemplazar el óxido de zinc con zinc metálico, lo que requiere una serie de cadenas industriales de soporte de la planta de energía, la fábrica de zinc electrolítico, la fábrica de baterías de zinc, la estación de cambio de batería de automóvil, etc. Todo esto comienza desde cero, pero también es mucho menos maduro que las baterías de iones de litio y está muy lejos de ser práctico.
(3) batería del volante
La batería del volante es un nuevo tipo de batería desarrollado en las últimas décadas. No es una batería química tradicional que convierte la energía química en energía eléctrica, sino una batería que tiene un volante giratorio de alta velocidad en el interior y depende de la energía cinética del volante para almacenar energía.
La batería del volante no tiene productos químicos, no tiene combustión explosiva u otros problemas de seguridad, y no teme los cambios de temperatura, el entorno hostil y la vida útil muy larga. Lo que es más valioso es que la batería del volante tiene una densidad de potencia muy alta, hasta 5-10 kw / kg, que es mucho más alta que otros tipos de baterías. Aunque la densidad de energía es similar a la de la batería de litio, la alta densidad de energía puede brindar un excelente rendimiento de aceleración del vehículo y puede soportar más energía cuando se recupera la energía.
En un automóvil conceptual Porsche 918, la posición de copiloto es un sistema de almacenamiento de energía del volante, la batería del volante es la única debilidad es costosa, la tecnología, el rendimiento, la seguridad, la batería del volante es muy adecuada para el uso del automóvil, pero los altos precios estaban pensados. solo podía aparecer en el coche de lujo o superdeportivo, y no podía entrar al público con un coche.
(iv) batería de litio
La batería de litio se remonta a la década de 1970, es la batería más utilizada.
De hecho, existen varios tipos de baterías de litio para automóviles. La última batería panasonic utilizada por tesla es una batería de litio de tres vías. La batería de litio de tres vías tiene una densidad de energía, una densidad de potencia y una seguridad equilibradas.
La ventaja de tesla es que resuelve el problema de seguridad durante la carga y descarga con software. Para que la seguridad original de la batería de tri-litio se pueda aplicar al automóvil.
Sin embargo, la tecnología de administración de energía de tesla no puede resolver el problema de los pinchazos, por lo que solo puede resolverse fortaleciendo la protección de la batería. En caso de una colisión extrema, una fuerte fuerza de impacto rompe la protección de la batería, y tesla aún se incendiará y explotará, pero la protección de alta resistencia le da al propietario tiempo para escapar.
El fosfato de litio y hierro (la llamada batería de hierro de byd) es una batería muy utilizada. Su ventaja es que es relativamente seguro. Tiene buena densidad de potencia, alta tasa de descarga y buen rendimiento de aceleración. En términos de ciclo de vida, el fosfato de hierro y litio también tiene ventajas. Su costo de uso a largo plazo es relativamente bajo.
La desventaja del fosfato de hierro y litio es que tiene una densidad de energía relativamente baja y ninguna ventaja en el mismo peso y rango. Además, el rendimiento a baja temperatura es deficiente, los días fríos perderán mucha electricidad.
En general, el fosfato de hierro y litio todavía se considera una batería de energía prometedora.
La batería de manganato de litio es ampliamente utilizada por empresas japonesas. Tiene las ventajas de un mejor rendimiento a baja temperatura, una pérdida de potencia a baja temperatura menos severa que el fosfato de hierro y litio, un precio más bajo y menos seguridad que el fosfato de hierro y litio, pero no está mal. Pero el material en sí no es muy estable, fácil de producir gas.
Resumen:
A partir de la tecnología actual, la celda de combustible de hidrógeno y la celda de aire de zinc necesitan construir una nueva cadena industrial para respaldar, lo que llevará mucho tiempo y mucha inversión, y ambos tienen debilidades, competitividad débil, no habrá muchas esperanzas de mucho tiempo.
Las baterías de volante son excelentes, pero caras. Si puede encontrar una manera de reducir significativamente los costos, las baterías de volante son las más adecuadas para los vehículos eléctricos. Eso significa que durante mucho tiempo, las baterías de volante solo estarán disponibles en algunos autos de lujo y superdeportivos ultra costosos.
Desde la invención de la batería de litio, con el progreso de la tecnología y la expansión de la industrialización, cada año hay un pequeño rango de reducción de precios y mejora de la capacidad.
La popularidad de Tesla después de 2012 no se debió a su tecnología líder. En 2005, Japón desarrolló Eliica con un mejor rendimiento que los modelos tesla, pero el alto precio de la batería de litio significaba que este producto era solo un producto de prueba.
Byd está desarrollando el E9 con un rendimiento comparable al de los Tesla ModelS, y como vehículo híbrido enchufable para vehículos eléctricos y de gasolina, Byd Qin estará pronto en el mercado, BMW i3 e i8 estarán en el mercado y Porsche 918. ha sido reservado. La razón detrás de esto es que en 2013, el precio de la batería de litio se redujo a un rango aceptable.
En los próximos años, con la disminución adicional del precio de las baterías de litio y la mejora adicional de la capacidad, los vehículos eléctricos y los vehículos eléctricos híbridos enchufables serán más baratos y mejores, y el proceso de sustitución de vehículos eléctricos por vehículos de combustible recién está comenzando.
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