Cinco tipos de baterías para vehículos y análisis de las tendencias de desarrollo
Uno de los componentes más importantes de los vehículos eléctricos de nueva energía es la batería, y una de las razones que obstaculizan el desarrollo de los vehículos de nueva energía es el problema de carga de la batería. Las baterías son esenciales para el desarrollo de los vehículos eléctricos de nueva energía.
¿Cuáles son los tipos de baterías para vehículos? ¿Cuál es el rendimiento y el precio de los tipos de baterías para vehículos? Este artículo ofrecerá una introducción exhaustiva a los problemas actuales de los tipos de baterías para vehículos.
Índice
Cinco tipos de baterías para vehículos
Los tipos de baterías para vehículos incluyen baterías de plomo-ácido, baterías de níquel-cadmio y baterías de níquel-hidruro metálico, baterías de litio, baterías de litio-hierro-fosfato y pilas de combustible.
Baterías de plomo-ácido
Como tecnología relativamente madura en tipos de baterías para vehículos, las baterías de plomo-ácido siguen siendo las únicas baterías para vehículos eléctricos que pueden fabricarse en serie por su bajo coste y su alta velocidad de descarga.
Durante los Juegos Olímpicos de Pekín, había 20 vehículos eléctricos que utilizaban baterías de plomo-ácido para prestar servicios de transporte para los Juegos Olímpicos. Sin embargo, la energía específica, la potencia específica y la densidad energética de las baterías de plomo-ácido son muy bajas, y es imposible que los vehículos eléctricos que las utilizan como fuente de energía tengan buena velocidad y autonomía de crucero.
Pilas de níquel-cadmio y pilas de níquel-hidruro metálico
Aunque su rendimiento es mejor que el de las baterías de plomo-ácido, contienen metales pesados que contaminan el medio ambiente tras su uso y eliminación. En cuanto a los tipos de baterías para vehículos, la batería de níquel e hidruro metálico acaba de entrar en la fase de madurez y es el único sistema de baterías que se ha verificado, comercializado y ampliado en el sistema de baterías utilizado en los vehículos eléctricos híbridos.
99% de la cuota de mercado actual de baterías híbridas corresponde a las baterías de níquel-hidruro metálico. En la actualidad, los principales fabricantes mundiales de baterías para automóviles son principalmente las japonesas PEVE y Sanyo. PEVE ocupa 85% de la cuota de mercado mundial de baterías de Ni-MH para vehículos híbridos. La aplicación de las baterías de Ni-MH chinas en los automóviles está aún en fase de investigación y desarrollo.
Baterías de litio
Las baterías tradicionales de plomo-ácido, níquel-cadmio y níquel-hidruro metálico en los tipos de baterías para vehículos tienen una tecnología relativamente madura, pero existen grandes problemas cuando se utilizan como baterías de potencia en los automóviles. En la actualidad, cada vez más fabricantes de automóviles optan por utilizar baterías de litio como baterías de potencia para tipos de baterías de vehículos. Las baterías de iones de litio tienen las siguientes ventajas: alto voltaje de trabajo, gran energía específica, tamaño pequeño, peso ligero, larga vida útil, baja tasa de autodescarga, sin efecto memoria, sin contaminación, etc.
En la actualidad, los cuellos de botella que obstaculizan el desarrollo de las baterías de ión-litio de potencia son: las prestaciones de seguridad y el sistema de gestión de las baterías de potencia para automóviles. En cuanto a la seguridad, debido a la alta densidad de energía, la elevada temperatura de funcionamiento y el duro entorno de trabajo de las baterías de ión-litio, junto con el concepto de seguridad orientado a las personas, los usuarios han impuesto requisitos muy estrictos a la seguridad de las baterías.
En cuanto al sistema de gestión de la batería de alimentación del automóvil, dado que la tensión de trabajo de la batería de alimentación del automóvil es de 12 V o 24 V, mientras que la tensión de trabajo de una sola batería de iones de litio de alimentación es de 3,7 V, es necesario aumentar la tensión conectando varias baterías en serie.
Sin embargo, como es difícil que la batería consiga una carga y descarga completamente uniformes, la batería individual de varios paquetes de baterías conectadas en serie tendrá un estado de carga y descarga desequilibrado, y la batería parecerá subcargada y sobredescargada. Esta situación provocará un fuerte deterioro del rendimiento de la batería y, a la larga, hará que todo el pack de baterías deje de funcionar con normalidad o incluso sea desechado, lo que afectará en gran medida a la vida útil y la fiabilidad de la batería.
Baterías de litio hierro fosfato
La batería de litio hierro fosfato es también un tipo de batería de litio. Su energía específica es menos de la mitad de la de la batería de óxido de cobalto de litio, pero tiene una alta seguridad, el número de ciclos puede llegar a 2000 veces, descarga estable y bajo precio. Se ha convertido en una nueva opción para los tipos de baterías de vehículos.
Pilas de combustible
En pocas palabras, una pila de combustible es un dispositivo generador de energía que convierte directamente la energía química presente en el combustible y el oxidante en energía eléctrica. La más prometedora para su uso en automóviles es la pila de combustible de membrana de intercambio protónico. Su principio de funcionamiento es el siguiente: se envía hidrógeno al ánodo y, mediante la acción del catalizador, se separan dos electrones del átomo de hidrógeno.
Los dos electrones son atraídos por el cátodo para generar corriente a través de un circuito externo, y los iones de hidrógeno que han perdido electrones pueden atravesar la membrana de intercambio de protones y recombinarse con átomos de oxígeno y electrones en el cátodo para formar agua. Como el oxígeno puede obtenerse del aire, siempre que se suministre continuamente hidrógeno al ánodo y se extraiga agua a tiempo, la pila de combustible puede suministrar continuamente energía eléctrica.
Como la pila de combustible convierte directamente la energía química del combustible en energía eléctrica sin proceso de combustión de por medio, no está limitada por el ciclo de Carnot. En la actualidad, entre los tipos de baterías para vehículos, la eficiencia de conversión de combustible en electricidad del sistema de pila de combustible es de 45% a 60%, mientras que la eficiencia de la generación de energía térmica y nuclear es de unos 30% a 40%.
Tendencia de desarrollo de las baterías para vehículos de nueva energía
En el desarrollo de vehículos de nueva energía, la tecnología de baterías de níquel e hidruro metálico es la más madura, y seguirá siendo la corriente principal de los tipos de baterías para vehículos en los próximos tres años. Después, la tecnología de baterías de hidruro metálico de níquel competirá con la de fosfato de hierro y litio y las pilas de combustible de hidrógeno, y será sustituida gradualmente por las baterías de litio y las pilas de combustible en cinco años.
En cuanto a la evolución de los precios, el precio actual de las baterías de iones de litio de carga rápida para los tipos de baterías de vehículos ronda los $1600/kwh, y el de las baterías de iones de litio ordinarias, los $500/kwh. Según la tendencia actual de los precios de la gasolina y la electricidad en Estados Unidos, el coste de utilizar un vehículo eléctrico con batería de iones de litio de carga rápida y 100 km de autonomía es 25% superior al de un vehículo con motor de combustión interna de gasolina con prestaciones comparables durante toda la vida útil del vehículo.
Una vez que el precio de las baterías de energía para vehículos eléctricos baje a $200-300/kwh, el coste de uso de los vehículos eléctricos será comparable al de los vehículos tradicionales. Según las previsiones, con el impulso de las políticas pertinentes en varios países, la demanda mundial de iones de litio para vehículos eléctricos se acercará a los 50Gwh en 2020, se espera que el coste de las baterías de carga rápida baje a $400-500/kwh en 2020, y el precio de las baterías de potencia ordinarias puede bajar a $200-300/kwh.
Los vehículos de nueva energía eligen baterías ternarias de litio o baterías de litio hierro fosfato
En los vehículos de nueva energía, el núcleo es la batería, que representa entre 40% y 60% del coste del vehículo. En la actualidad, existen muchos tipos de baterías para vehículos, y las vías técnicas más importantes son la vía de la batería ternaria de litio y la vía de la batería de litio hierro fosfato. Como consumidor, ¿cómo elegir? Las baterías no sólo afectan a la vida útil de los vehículos de nueva energía, sino que también afectan directamente a muchas prestaciones. Entre ellas, las que más preocupan a los consumidores son la seguridad, la duración de la batería y la carga.
La seguridad es la premisa básica de cualquier otra actividad. En este sentido, en comparación lfp frente a nmcLas baterías de litio hierro fosfato tienen ventajas evidentes. Cuando la temperatura alcanza los 180°C, el cátodo de la batería de material ternario empieza a descomponerse y a generar una gran cantidad de oxígeno, que reaccionará químicamente con el disolvente del interior de la batería y, a continuación, generará una gran cantidad de calor para formar una reacción en cadena. Sin embargo, como el coche con batería de litio hierro fosfato puede soportar una temperatura de 800°C en el electrodo positivo, las condiciones del incendio son relativamente duras y relativamente largas, lo que deja mucho tiempo al propietario para escapar.
En términos de autonomía, no hay duda de que la batería ternaria de litio con mayor densidad energética tiene más ventajas. Pero para los vehículos de nueva energía, la autonomía de crucero es suficiente según sus propios escenarios de uso. De lo contrario, un exceso de potencia y un sobrepeso de la batería sólo aumentarán el coste de adquisición y el consumo de energía del coche, y el rendimiento de costes es extremadamente bajo. El núcleo es reponer rápidamente la energía.
En cuanto a las características químicas de la propia pila, la carga de la batería ternaria de litio es más rápida porque su voltaje es más alto y tiene mayor potencia de carga a la misma corriente. Las baterías de litio hierro fosfato pueden compensar esta deficiencia gracias a la tecnología. La tensión de los vehículos con baterías ternarias de litio es muy alta, pero si la tensión de la pila de carga es baja, su potencia de carga no podrá aumentar.
Melocotón
Hola queridos lectores, me presento con confianza como un autor con una ferviente pasión por la escritura y una importante experiencia en el sector del intercambio de baterías. Mi formación académica incluye una licenciatura en Ingeniería Electrónica, y anteriormente he trabajado como ingeniero de baterías en una renombrada empresa de baterías eléctricas, participando activamente y dirigiendo varios proyectos de estaciones de intercambio de motocicletas, desde el diseño hasta la implementación operativa.
A lo largo de los años, he explorado activamente e investigado en profundidad las tecnologías de intercambio, los modelos de negocio y las tendencias del mercado. A través de la experiencia práctica, he acumulado valiosos conocimientos, contribuyendo activamente a diversos aspectos de la planificación de la estación, la selección de equipos y la gestión operativa.
Estoy deseando compartir mis conocimientos y experiencias en el ámbito del intercambio de baterías. Creo que mis escritos le ayudarán a comprender mejor este sector en rápida evolución y le aportarán valiosas ideas para su toma de decisiones. Emprendamos juntos un apasionante viaje para explorar el mundo del intercambio de baterías.
Cinco tipos de baterías para vehículos y análisis de las tendencias de desarrollo
Uno de los componentes más importantes de los vehículos eléctricos de nueva energía es la batería, y una de las razones que obstaculizan el desarrollo de los vehículos de nueva energía es el problema de carga de la batería. Las baterías son esenciales para el desarrollo de los vehículos eléctricos de nueva energía.
¿Cuáles son los tipos de baterías para vehículos? ¿Cuál es el rendimiento y el precio de los tipos de baterías para vehículos? Este artículo ofrecerá una introducción exhaustiva a los problemas actuales de los tipos de baterías para vehículos.
Cinco tipos de baterías para vehículos
Los tipos de baterías para vehículos incluyen baterías de plomo-ácido, baterías de níquel-cadmio y baterías de níquel-hidruro metálico, baterías de litio, baterías de litio-hierro-fosfato y pilas de combustible.
Baterías de plomo-ácido
Como tecnología relativamente madura en tipos de baterías para vehículos, las baterías de plomo-ácido siguen siendo las únicas baterías para vehículos eléctricos que pueden fabricarse en serie por su bajo coste y su alta velocidad de descarga.
Durante los Juegos Olímpicos de Pekín, había 20 vehículos eléctricos que utilizaban baterías de plomo-ácido para prestar servicios de transporte para los Juegos Olímpicos. Sin embargo, la energía específica, la potencia específica y la densidad energética de las baterías de plomo-ácido son muy bajas, y es imposible que los vehículos eléctricos que las utilizan como fuente de energía tengan buena velocidad y autonomía de crucero.
Pilas de níquel-cadmio y pilas de níquel-hidruro metálico
Aunque su rendimiento es mejor que el de las baterías de plomo-ácido, contienen metales pesados que contaminan el medio ambiente tras su uso y eliminación. En cuanto a los tipos de baterías para vehículos, la batería de níquel e hidruro metálico acaba de entrar en la fase de madurez y es el único sistema de baterías que se ha verificado, comercializado y ampliado en el sistema de baterías utilizado en los vehículos eléctricos híbridos.
99% de la cuota de mercado actual de baterías híbridas corresponde a las baterías de níquel-hidruro metálico. En la actualidad, los principales fabricantes mundiales de baterías para automóviles son principalmente las japonesas PEVE y Sanyo. PEVE ocupa 85% de la cuota de mercado mundial de baterías de Ni-MH para vehículos híbridos. La aplicación de las baterías de Ni-MH chinas en los automóviles está aún en fase de investigación y desarrollo.
Baterías de litio
Las baterías tradicionales de plomo-ácido, níquel-cadmio y níquel-hidruro metálico en los tipos de baterías para vehículos tienen una tecnología relativamente madura, pero existen grandes problemas cuando se utilizan como baterías de potencia en los automóviles. En la actualidad, cada vez más fabricantes de automóviles optan por utilizar baterías de litio como baterías de potencia para tipos de baterías de vehículos. Las baterías de iones de litio tienen las siguientes ventajas: alto voltaje de trabajo, gran energía específica, tamaño pequeño, peso ligero, larga vida útil, baja tasa de autodescarga, sin efecto memoria, sin contaminación, etc.
En la actualidad, los cuellos de botella que obstaculizan el desarrollo de las baterías de ión-litio de potencia son: las prestaciones de seguridad y el sistema de gestión de las baterías de potencia para automóviles. En cuanto a la seguridad, debido a la alta densidad de energía, la elevada temperatura de funcionamiento y el duro entorno de trabajo de las baterías de ión-litio, junto con el concepto de seguridad orientado a las personas, los usuarios han impuesto requisitos muy estrictos a la seguridad de las baterías.
En cuanto al sistema de gestión de la batería de alimentación del automóvil, dado que la tensión de trabajo de la batería de alimentación del automóvil es de 12 V o 24 V, mientras que la tensión de trabajo de una sola batería de iones de litio de alimentación es de 3,7 V, es necesario aumentar la tensión conectando varias baterías en serie.
Sin embargo, como es difícil que la batería consiga una carga y descarga completamente uniformes, la batería individual de varios paquetes de baterías conectadas en serie tendrá un estado de carga y descarga desequilibrado, y la batería parecerá subcargada y sobredescargada. Esta situación provocará un fuerte deterioro del rendimiento de la batería y, a la larga, hará que todo el pack de baterías deje de funcionar con normalidad o incluso sea desechado, lo que afectará en gran medida a la vida útil y la fiabilidad de la batería.
Baterías de litio hierro fosfato
La batería de litio hierro fosfato es también un tipo de batería de litio. Su energía específica es menos de la mitad de la de la batería de óxido de cobalto de litio, pero tiene una alta seguridad, el número de ciclos puede llegar a 2000 veces, descarga estable y bajo precio. Se ha convertido en una nueva opción para los tipos de baterías de vehículos.
Pilas de combustible
En pocas palabras, una pila de combustible es un dispositivo generador de energía que convierte directamente la energía química presente en el combustible y el oxidante en energía eléctrica. La más prometedora para su uso en automóviles es la pila de combustible de membrana de intercambio protónico. Su principio de funcionamiento es el siguiente: se envía hidrógeno al ánodo y, mediante la acción del catalizador, se separan dos electrones del átomo de hidrógeno.
Los dos electrones son atraídos por el cátodo para generar corriente a través de un circuito externo, y los iones de hidrógeno que han perdido electrones pueden atravesar la membrana de intercambio de protones y recombinarse con átomos de oxígeno y electrones en el cátodo para formar agua. Como el oxígeno puede obtenerse del aire, siempre que se suministre continuamente hidrógeno al ánodo y se extraiga agua a tiempo, la pila de combustible puede suministrar continuamente energía eléctrica.
Como la pila de combustible convierte directamente la energía química del combustible en energía eléctrica sin proceso de combustión de por medio, no está limitada por el ciclo de Carnot. En la actualidad, entre los tipos de baterías para vehículos, la eficiencia de conversión de combustible en electricidad del sistema de pila de combustible es de 45% a 60%, mientras que la eficiencia de la generación de energía térmica y nuclear es de unos 30% a 40%.
Tendencia de desarrollo de las baterías para vehículos de nueva energía
En el desarrollo de vehículos de nueva energía, la tecnología de baterías de níquel e hidruro metálico es la más madura, y seguirá siendo la corriente principal de los tipos de baterías para vehículos en los próximos tres años. Después, la tecnología de baterías de hidruro metálico de níquel competirá con la de fosfato de hierro y litio y las pilas de combustible de hidrógeno, y será sustituida gradualmente por las baterías de litio y las pilas de combustible en cinco años.
En cuanto a la evolución de los precios, el precio actual de las baterías de iones de litio de carga rápida para los tipos de baterías de vehículos ronda los $1600/kwh, y el de las baterías de iones de litio ordinarias, los $500/kwh. Según la tendencia actual de los precios de la gasolina y la electricidad en Estados Unidos, el coste de utilizar un vehículo eléctrico con batería de iones de litio de carga rápida y 100 km de autonomía es 25% superior al de un vehículo con motor de combustión interna de gasolina con prestaciones comparables durante toda la vida útil del vehículo.
Una vez que el precio de las baterías de energía para vehículos eléctricos baje a $200-300/kwh, el coste de uso de los vehículos eléctricos será comparable al de los vehículos tradicionales. Según las previsiones, con el impulso de las políticas pertinentes en varios países, la demanda mundial de iones de litio para vehículos eléctricos se acercará a los 50Gwh en 2020, se espera que el coste de las baterías de carga rápida baje a $400-500/kwh en 2020, y el precio de las baterías de potencia ordinarias puede bajar a $200-300/kwh.
Los vehículos de nueva energía eligen baterías ternarias de litio o baterías de litio hierro fosfato
En los vehículos de nueva energía, el núcleo es la batería, que representa entre 40% y 60% del coste del vehículo. En la actualidad, existen muchos tipos de baterías para vehículos, y las vías técnicas más importantes son la vía de la batería ternaria de litio y la vía de la batería de litio hierro fosfato. Como consumidor, ¿cómo elegir? Las baterías no sólo afectan a la vida útil de los vehículos de nueva energía, sino que también afectan directamente a muchas prestaciones. Entre ellas, las que más preocupan a los consumidores son la seguridad, la duración de la batería y la carga.
La seguridad es la premisa básica de cualquier otra actividad. En este sentido, en comparación lfp frente a nmcLas baterías de litio hierro fosfato tienen ventajas evidentes. Cuando la temperatura alcanza los 180°C, el cátodo de la batería de material ternario empieza a descomponerse y a generar una gran cantidad de oxígeno, que reaccionará químicamente con el disolvente del interior de la batería y, a continuación, generará una gran cantidad de calor para formar una reacción en cadena. Sin embargo, como el coche con batería de litio hierro fosfato puede soportar una temperatura de 800°C en el electrodo positivo, las condiciones del incendio son relativamente duras y relativamente largas, lo que deja mucho tiempo al propietario para escapar.
En términos de autonomía, no hay duda de que la batería ternaria de litio con mayor densidad energética tiene más ventajas. Pero para los vehículos de nueva energía, la autonomía de crucero es suficiente según sus propios escenarios de uso. De lo contrario, un exceso de potencia y un sobrepeso de la batería sólo aumentarán el coste de adquisición y el consumo de energía del coche, y el rendimiento de costes es extremadamente bajo. El núcleo es reponer rápidamente la energía.
En cuanto a las características químicas de la propia pila, la carga de la batería ternaria de litio es más rápida porque su voltaje es más alto y tiene mayor potencia de carga a la misma corriente. Las baterías de litio hierro fosfato pueden compensar esta deficiencia gracias a la tecnología. La tensión de los vehículos con baterías ternarias de litio es muy alta, pero si la tensión de la pila de carga es baja, su potencia de carga no podrá aumentar.
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