Cinco tipos de baterias para veículos e análise das tendências de desenvolvimento
Um dos componentes mais importantes dos veículos eléctricos de nova energia é a bateria, e uma das razões que impedem o desenvolvimento de veículos de nova energia é o problema do carregamento da bateria. As baterias são essenciais para o desenvolvimento dos veículos eléctricos de nova energia.
Quais são os tipos de baterias para veículos? Qual é o desempenho e o preço dos tipos de baterias para veículos? Este artigo apresenta uma introdução abrangente aos problemas actuais dos tipos de baterias para veículos.
Índice
Cinco tipos de baterias para veículos
Os tipos de baterias para veículos incluem baterias de chumbo-ácido, baterias de níquel-cádmio e baterias de níquel-hidreto metálico, baterias de lítio, baterias de fosfato de ferro-lítio e células de combustível.
Baterias de chumbo-ácido
Sendo uma tecnologia relativamente madura no que respeita aos tipos de baterias para veículos, as baterias de chumbo-ácido continuam a ser as únicas baterias para veículos eléctricos que podem ser produzidas em massa devido ao seu baixo custo e à elevada taxa de descarga.
Durante os Jogos Olímpicos de Pequim, havia 20 veículos eléctricos que utilizavam baterias de chumbo-ácido para fornecer serviços de transporte para os Jogos Olímpicos. No entanto, a energia específica, a potência específica e a densidade energética das baterias de chumbo-ácido são muito baixas, pelo que é impossível que os veículos eléctricos que as utilizam como fonte de energia tenham uma boa velocidade e uma boa autonomia de cruzeiro.
Baterias de níquel-cádmio e baterias de níquel-hidreto metálico
Embora o desempenho seja melhor do que o das baterias de chumbo-ácido, contém metais pesados, que causarão poluição no ambiente depois de serem utilizadas e eliminadas. Nos tipos de baterias para veículos, a bateria de níquel-hidreto metálico acaba de entrar na fase de maturidade e é o único sistema de bateria que foi efetivamente verificado, comercializado e ampliado no sistema de bateria utilizado em veículos eléctricos híbridos.
99% da atual quota de mercado das baterias híbridas é constituída por baterias de níquel-hidreto metálico. Atualmente, os principais fabricantes mundiais de baterias para automóveis incluem principalmente a PEVE e a Sanyo, do Japão. A PEVE ocupa 85% da quota de mercado mundial de baterias Ni-MH para veículos híbridos. A aplicação de baterias Ni-MH chinesas em automóveis ainda está na fase de investigação e desenvolvimento.
Baterias de lítio
As tradicionais baterias de chumbo-ácido, baterias de níquel-cádmio e baterias de níquel-hidreto metálico em tipos de baterias de veículos são relativamente maduras em termos de tecnologia, mas existem grandes problemas quando são utilizadas como baterias eléctricas em automóveis. Atualmente, cada vez mais fabricantes de automóveis optam por utilizar baterias de lítio como baterias eléctricas para tipos de baterias de veículos. Porque as baterias de iões de lítio têm as seguintes vantagens: alta tensão de trabalho; grande energia específica; tamanho pequeno; peso leve; ciclo de vida longo; baixa taxa de auto-descarga; sem efeito de memória; sem poluição, etc.
Atualmente, os estrangulamentos que impedem o desenvolvimento das baterias de iões de lítio são: o desempenho em termos de segurança e o sistema de gestão das baterias de automóveis. Em termos de desempenho em termos de segurança, devido à elevada densidade energética, à elevada temperatura de funcionamento e ao ambiente de trabalho agressivo das baterias de iões de lítio, juntamente com o conceito de segurança orientado para as pessoas, os utilizadores apresentaram requisitos muito elevados para a segurança das baterias.
Em termos do sistema de gestão da bateria de alimentação do automóvel, uma vez que a tensão de funcionamento da bateria de alimentação do automóvel é de 12V ou 24V, enquanto a tensão de funcionamento de uma bateria de iões de lítio de potência única é de 3,7V, é necessário aumentar a tensão ligando várias baterias em série.
No entanto, uma vez que é difícil para a bateria conseguir uma carga e descarga completamente uniformes, a bateria única em vários conjuntos de baterias ligadas em série terá um estado de carga e descarga desequilibrado, e a bateria parecerá subcarregada e sobredescarregada. Esta situação conduzirá a uma deterioração acentuada do desempenho da bateria e, eventualmente, fará com que todo o conjunto de baterias deixe de funcionar normalmente ou seja mesmo desmantelado, afectando assim grandemente a vida útil e a fiabilidade da bateria.
Baterias de fosfato de ferro e lítio
A bateria de fosfato de ferro e lítio é também um tipo de bateria de lítio. A sua energia específica é menos de metade da da bateria de óxido de lítio-cobalto, mas tem uma elevada segurança, o número de ciclos pode atingir 2000 vezes, descarga estável e baixo preço. Tornou-se uma nova escolha para os tipos de baterias de veículos.
Pilhas de combustível
Em termos simples, uma célula de combustível é um dispositivo de produção de energia que converte diretamente a energia química presente no combustível e no oxidante em energia eléctrica. A mais promissora para utilização em automóveis é a célula de combustível de membrana permutadora de protões. O seu princípio de funcionamento é o seguinte: enviar o hidrogénio para o ânodo e, através da ação do catalisador, separar os dois electrões do átomo de hidrogénio.
Os dois electrões são atraídos pelo cátodo para gerar corrente através de um circuito externo, e os iões de hidrogénio que perderam electrões podem passar através da membrana de permuta de protões e recombinar-se com átomos de oxigénio e electrões no cátodo para formar água. Uma vez que o oxigénio pode ser obtido a partir do ar, desde que o hidrogénio seja continuamente fornecido ao ânodo e a água seja retirada a tempo, a célula de combustível pode fornecer continuamente energia eléctrica.
Uma vez que a célula de combustível converte diretamente a energia química do combustível em energia eléctrica sem o processo de combustão intermédio, não está limitada pelo ciclo de Carnot. Atualmente, entre os tipos de baterias de veículos, a eficiência de conversão de combustível em eletricidade do sistema de células de combustível é de 45% a 60%, enquanto a eficiência da produção de energia térmica e da energia nuclear é de cerca de 30% a 40%.
Tendência de desenvolvimento das baterias para veículos de energia nova
No desenvolvimento de novos veículos de energia, a tecnologia das baterias de níquel-hidreto metálico é a mais madura e continuará a ser a principal dos tipos de baterias para veículos nos próximos três anos. Depois disso, a tecnologia das baterias de níquel-hidreto metálico competirá com as baterias de fosfato de ferro-lítio e as pilhas de combustível de hidrogénio, e será gradualmente substituída por baterias de lítio e pilhas de combustível dentro de cinco anos.
Em termos de tendências de preços, o preço atual das baterias de iões de lítio de carregamento rápido para tipos de baterias de veículos é de cerca de $1600/kwh, e o preço das baterias de iões de lítio normais é de cerca de $500/kwh. De acordo com a atual tendência dos preços da gasolina e da eletricidade nos Estados Unidos, o custo de utilização de um veículo elétrico com bateria de iões de lítio de carregamento rápido com uma autonomia de 100 km é 25% superior ao de um veículo com motor de combustão interna a gasolina com um desempenho comparável durante toda a vida útil do veículo.
Quando o preço das baterias para veículos eléctricos baixar para $200-300/kwh, o custo da utilização de veículos eléctricos será comparável ao dos veículos tradicionais. De acordo com as previsões, com o incentivo de políticas relevantes em vários países, a procura global de iões de lítio para veículos eléctricos aproximar-se-á dos 50 Gwh em 2020, o custo das baterias de carregamento rápido deverá baixar para $400-500/kwh em 2020, e o preço das baterias de energia normais poderá baixar para $200-300/kwh
Os veículos de energia nova escolhem baterias ternárias de lítio ou baterias de fosfato de ferro e lítio
No caso dos veículos de energia nova, o núcleo é a bateria, que representa 40% a 60% do custo do veículo. Atualmente, existem muitos tipos de baterias para veículos, e as vias técnicas mais importantes são a via da bateria de lítio ternária e a via da bateria de fosfato de ferro e lítio. Como consumidor, como é que deve escolher? As baterias não só afectam a vida útil dos veículos de energia nova, como também afectam diretamente muitos desempenhos. Entre eles, os consumidores estão mais preocupados com a segurança, a duração da bateria e o carregamento.
A segurança é a premissa básica de qualquer outra atividade. A este respeito, em comparação com lfp vs nmcAs baterias de fosfato de ferro e lítio têm vantagens óbvias. Quando a temperatura atinge 180°C, o cátodo da bateria de material ternário começa a decompor-se e a gerar uma grande quantidade de oxigénio, que reagirá quimicamente com o solvente no interior da bateria, e depois gerará uma grande quantidade de calor para formar uma reação em cadeia. No entanto, como o carro com bateria de fosfato de ferro e lítio pode suportar uma temperatura de 800°C no elétrodo positivo, as condições de incêndio são relativamente duras e relativamente longas, deixando muito tempo para o proprietário escapar.
Em termos de duração da bateria, não há dúvida de que a bateria ternária de lítio com maior densidade de energia tem mais vantagens. Mas para os novos veículos de energia, a autonomia de cruzeiro é suficiente de acordo com os seus próprios cenários de utilização. Caso contrário, demasiada energia e uma bateria com excesso de peso apenas aumentarão o custo de aquisição e o consumo de energia do automóvel, e o desempenho em termos de custos é extremamente baixo. O principal objetivo é repor rapidamente a energia.
No que diz respeito às características químicas da própria bateria, o carregamento da pilha de lítio ternária é mais rápida porque a sua tensão é mais elevada e tem uma maior potência de carga com a mesma corrente. As baterias de fosfato de ferro e lítio podem compensar esta falha através da tecnologia. A tensão do veículo dos veículos com baterias de lítio ternárias é muito elevada, mas se a tensão da pilha de carga for baixa, a sua potência de carga não poderá aumentar.
Pêssego
Olá Caros leitores, apresento-me com confiança como um autor com uma paixão fervorosa pela escrita e uma experiência substancial na indústria de troca de baterias. A minha formação académica inclui um bacharelato em Engenharia Eletrónica e, anteriormente, trabalhei como engenheiro de baterias numa empresa de baterias de renome, participando ativamente e liderando vários projectos de estações de troca de motociclos, desde a conceção à implementação operacional.
Ao longo dos anos, explorei ativamente e pesquisei extensivamente tecnologias de troca, modelos de negócio e tendências de mercado. Através da experiência prática, acumulei conhecimentos valiosos, contribuindo ativamente para vários aspectos do planeamento de estações, seleção de equipamento e gestão operacional.
Estou ansioso por partilhar os meus conhecimentos e experiências no domínio da troca de baterias. Acredito que os meus textos o ajudarão a compreender melhor esta indústria em rápida evolução e a fornecer informações valiosas para a sua tomada de decisões. Vamos embarcar numa viagem emocionante para explorarmos juntos o mundo da troca de pilhas!
Cinco tipos de baterias para veículos e análise das tendências de desenvolvimento
Um dos componentes mais importantes dos veículos eléctricos de nova energia é a bateria, e uma das razões que impedem o desenvolvimento de veículos de nova energia é o problema do carregamento da bateria. As baterias são essenciais para o desenvolvimento dos veículos eléctricos de nova energia.
Quais são os tipos de baterias para veículos? Qual é o desempenho e o preço dos tipos de baterias para veículos? Este artigo apresenta uma introdução abrangente aos problemas actuais dos tipos de baterias para veículos.
Cinco tipos de baterias para veículos
Os tipos de baterias para veículos incluem baterias de chumbo-ácido, baterias de níquel-cádmio e baterias de níquel-hidreto metálico, baterias de lítio, baterias de fosfato de ferro-lítio e células de combustível.
Baterias de chumbo-ácido
Sendo uma tecnologia relativamente madura no que respeita aos tipos de baterias para veículos, as baterias de chumbo-ácido continuam a ser as únicas baterias para veículos eléctricos que podem ser produzidas em massa devido ao seu baixo custo e à elevada taxa de descarga.
Durante os Jogos Olímpicos de Pequim, havia 20 veículos eléctricos que utilizavam baterias de chumbo-ácido para fornecer serviços de transporte para os Jogos Olímpicos. No entanto, a energia específica, a potência específica e a densidade energética das baterias de chumbo-ácido são muito baixas, pelo que é impossível que os veículos eléctricos que as utilizam como fonte de energia tenham uma boa velocidade e uma boa autonomia de cruzeiro.
Baterias de níquel-cádmio e baterias de níquel-hidreto metálico
Embora o desempenho seja melhor do que o das baterias de chumbo-ácido, contém metais pesados, que causarão poluição no ambiente depois de serem utilizadas e eliminadas. Nos tipos de baterias para veículos, a bateria de níquel-hidreto metálico acaba de entrar na fase de maturidade e é o único sistema de bateria que foi efetivamente verificado, comercializado e ampliado no sistema de bateria utilizado em veículos eléctricos híbridos.
99% da atual quota de mercado das baterias híbridas é constituída por baterias de níquel-hidreto metálico. Atualmente, os principais fabricantes mundiais de baterias para automóveis incluem principalmente a PEVE e a Sanyo, do Japão. A PEVE ocupa 85% da quota de mercado mundial de baterias Ni-MH para veículos híbridos. A aplicação de baterias Ni-MH chinesas em automóveis ainda está na fase de investigação e desenvolvimento.
Baterias de lítio
As tradicionais baterias de chumbo-ácido, baterias de níquel-cádmio e baterias de níquel-hidreto metálico em tipos de baterias de veículos são relativamente maduras em termos de tecnologia, mas existem grandes problemas quando são utilizadas como baterias eléctricas em automóveis. Atualmente, cada vez mais fabricantes de automóveis optam por utilizar baterias de lítio como baterias eléctricas para tipos de baterias de veículos. Porque as baterias de iões de lítio têm as seguintes vantagens: alta tensão de trabalho; grande energia específica; tamanho pequeno; peso leve; ciclo de vida longo; baixa taxa de auto-descarga; sem efeito de memória; sem poluição, etc.
Atualmente, os estrangulamentos que impedem o desenvolvimento das baterias de iões de lítio são: o desempenho em termos de segurança e o sistema de gestão das baterias de automóveis. Em termos de desempenho em termos de segurança, devido à elevada densidade energética, à elevada temperatura de funcionamento e ao ambiente de trabalho agressivo das baterias de iões de lítio, juntamente com o conceito de segurança orientado para as pessoas, os utilizadores apresentaram requisitos muito elevados para a segurança das baterias.
Em termos do sistema de gestão da bateria de alimentação do automóvel, uma vez que a tensão de funcionamento da bateria de alimentação do automóvel é de 12V ou 24V, enquanto a tensão de funcionamento de uma bateria de iões de lítio de potência única é de 3,7V, é necessário aumentar a tensão ligando várias baterias em série.
No entanto, uma vez que é difícil para a bateria conseguir uma carga e descarga completamente uniformes, a bateria única em vários conjuntos de baterias ligadas em série terá um estado de carga e descarga desequilibrado, e a bateria parecerá subcarregada e sobredescarregada. Esta situação conduzirá a uma deterioração acentuada do desempenho da bateria e, eventualmente, fará com que todo o conjunto de baterias deixe de funcionar normalmente ou seja mesmo desmantelado, afectando assim grandemente a vida útil e a fiabilidade da bateria.
Baterias de fosfato de ferro e lítio
A bateria de fosfato de ferro e lítio é também um tipo de bateria de lítio. A sua energia específica é menos de metade da da bateria de óxido de lítio-cobalto, mas tem uma elevada segurança, o número de ciclos pode atingir 2000 vezes, descarga estável e baixo preço. Tornou-se uma nova escolha para os tipos de baterias de veículos.
Pilhas de combustível
Em termos simples, uma célula de combustível é um dispositivo de produção de energia que converte diretamente a energia química presente no combustível e no oxidante em energia eléctrica. A mais promissora para utilização em automóveis é a célula de combustível de membrana permutadora de protões. O seu princípio de funcionamento é o seguinte: enviar o hidrogénio para o ânodo e, através da ação do catalisador, separar os dois electrões do átomo de hidrogénio.
Os dois electrões são atraídos pelo cátodo para gerar corrente através de um circuito externo, e os iões de hidrogénio que perderam electrões podem passar através da membrana de permuta de protões e recombinar-se com átomos de oxigénio e electrões no cátodo para formar água. Uma vez que o oxigénio pode ser obtido a partir do ar, desde que o hidrogénio seja continuamente fornecido ao ânodo e a água seja retirada a tempo, a célula de combustível pode fornecer continuamente energia eléctrica.
Uma vez que a célula de combustível converte diretamente a energia química do combustível em energia eléctrica sem o processo de combustão intermédio, não está limitada pelo ciclo de Carnot. Atualmente, entre os tipos de baterias de veículos, a eficiência de conversão de combustível em eletricidade do sistema de células de combustível é de 45% a 60%, enquanto a eficiência da produção de energia térmica e da energia nuclear é de cerca de 30% a 40%.
Tendência de desenvolvimento das baterias para veículos de energia nova
No desenvolvimento de novos veículos de energia, a tecnologia das baterias de níquel-hidreto metálico é a mais madura e continuará a ser a principal dos tipos de baterias para veículos nos próximos três anos. Depois disso, a tecnologia das baterias de níquel-hidreto metálico competirá com as baterias de fosfato de ferro-lítio e as pilhas de combustível de hidrogénio, e será gradualmente substituída por baterias de lítio e pilhas de combustível dentro de cinco anos.
Em termos de tendências de preços, o preço atual das baterias de iões de lítio de carregamento rápido para tipos de baterias de veículos é de cerca de $1600/kwh, e o preço das baterias de iões de lítio normais é de cerca de $500/kwh. De acordo com a atual tendência dos preços da gasolina e da eletricidade nos Estados Unidos, o custo de utilização de um veículo elétrico com bateria de iões de lítio de carregamento rápido com uma autonomia de 100 km é 25% superior ao de um veículo com motor de combustão interna a gasolina com um desempenho comparável durante toda a vida útil do veículo.
Quando o preço das baterias para veículos eléctricos baixar para $200-300/kwh, o custo da utilização de veículos eléctricos será comparável ao dos veículos tradicionais. De acordo com as previsões, com o incentivo de políticas relevantes em vários países, a procura global de iões de lítio para veículos eléctricos aproximar-se-á dos 50 Gwh em 2020, o custo das baterias de carregamento rápido deverá baixar para $400-500/kwh em 2020, e o preço das baterias de energia normais poderá baixar para $200-300/kwh
Os veículos de energia nova escolhem baterias ternárias de lítio ou baterias de fosfato de ferro e lítio
No caso dos veículos de energia nova, o núcleo é a bateria, que representa 40% a 60% do custo do veículo. Atualmente, existem muitos tipos de baterias para veículos, e as vias técnicas mais importantes são a via da bateria de lítio ternária e a via da bateria de fosfato de ferro e lítio. Como consumidor, como é que deve escolher? As baterias não só afectam a vida útil dos veículos de energia nova, como também afectam diretamente muitos desempenhos. Entre eles, os consumidores estão mais preocupados com a segurança, a duração da bateria e o carregamento.
A segurança é a premissa básica de qualquer outra atividade. A este respeito, em comparação com lfp vs nmcAs baterias de fosfato de ferro e lítio têm vantagens óbvias. Quando a temperatura atinge 180°C, o cátodo da bateria de material ternário começa a decompor-se e a gerar uma grande quantidade de oxigénio, que reagirá quimicamente com o solvente no interior da bateria, e depois gerará uma grande quantidade de calor para formar uma reação em cadeia. No entanto, como o carro com bateria de fosfato de ferro e lítio pode suportar uma temperatura de 800°C no elétrodo positivo, as condições de incêndio são relativamente duras e relativamente longas, deixando muito tempo para o proprietário escapar.
Em termos de duração da bateria, não há dúvida de que a bateria ternária de lítio com maior densidade de energia tem mais vantagens. Mas para os novos veículos de energia, a autonomia de cruzeiro é suficiente de acordo com os seus próprios cenários de utilização. Caso contrário, demasiada energia e uma bateria com excesso de peso apenas aumentarão o custo de aquisição e o consumo de energia do automóvel, e o desempenho em termos de custos é extremamente baixo. O principal objetivo é repor rapidamente a energia.
No que diz respeito às características químicas da própria bateria, o carregamento da pilha de lítio ternária é mais rápida porque a sua tensão é mais elevada e tem uma maior potência de carga com a mesma corrente. As baterias de fosfato de ferro e lítio podem compensar esta falha através da tecnologia. A tensão do veículo dos veículos com baterias de lítio ternárias é muito elevada, mas se a tensão da pilha de carga for baixa, a sua potência de carga não poderá aumentar.
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