バッテリーの分類と長所と短所は何ですか？

リチウムイオン電池は通常2つの種に分けられます：

リチウム金属電池：リチウム金属電池は、陽極材料として二酸化マンガン、陰極材料としてリチウム金属またはその合金金属、および非水性電解質溶液を使用する電池です。

リチウムイオン電池：リチウムイオン電池は、陽極材料として酸化リチウム合金、陰極材料としてグラファイト、非水電解質を使用した電池です。

リチウム金属電池はエネルギー密度が高く、理論値は3860 W /キロですが、安定性が低く、充電できないため、充電式電池としては使用できません。リチウムイオン電池は、充電式であるため、主電源電池として使用されています。ただし、リチウムイオン電池は他の材料と組み合わせる必要があり、アノード材料によって性能が異なる可能性があるため、アノード材料に関する議論が活発になります。

通常、パワーバッテリーとは、リン酸鉄リチウムバッテリー、マンガン酸リチウムバッテリー、コバルト酸リチウムバッテリー、および三元バッテリー（NCM）を指します。

上記のバッテリーには、それぞれ長所と短所があります。

リン酸鉄リチウム電池：

利点：長いサイクル寿命、高い充電および放電速度、優れた安全性能、優れた高温性能、無害な要素、および低コスト。

短所：低エネルギー密度、低タップ密度（体積密度）

三元電池：

利点：高エネルギー密度、高タップ密度

短所：安全性能の低下、高温耐性の低下、サイクル寿命の低下、高電力での放電性能の低下、有毒元素（高電力での充電および放電後に三次電池が急速に熱くなり、高電力で酸素を放出した後、火災につながる可能性があります温度）

マンガン酸リチウム電池

利点：高いタップ密度、低コスト

短所：耐熱性が悪いため、マンガン酸リチウム電池は長時間使用すると急速に熱くなり、電池のサイクル寿命が短くなります（日本製LEAF電気自動車など）。

コバルト酸リチウム電池

安全性能の悪い3C製品に広く使用されており、パワーバッテリーには適していません。

理論的には、必要なバッテリーは、高エネルギー密度、高体積密度、優れた安全性能、優れた高温および低温耐性、長いサイクル寿命、無毒、低コストであり、高電力で充電および放電できる必要があります。しかし、そのようなバッテリーはありません。私たちは皆、異なるバッテリーには異なる長所と短所があることを知る必要があります。その上、電気自動車が異なれば、バッテリーの要件も異なります。電気自動車を長期的に捉えるだけで、バッテリーの開発の方向性を正しく判断することができます。

リチウムイオンリン酸電池の利点

将来の電気自動車は走行距離が短く、急速充電が必要であると分析されていますが、現在の自家用車は2モードハイブリッドで走行距離が長く、電気バスは走行距離が長い必要があります。では、これらの車にはどのような種類のバッテリーが必要ですか？

まず、安全性

安全は車の最も重要なポイントです。携帯電話やコンピューターとは異なり、車は高速運転中にあらゆる種類の予測できない要因に悩まされる可能性があります。不利な要因の1つだけが自動車事故につながる可能性があります。安全性が保証されていない無資格の鉛蓄電池を使用している一部の高齢のモビリティスクーターは、自然発火と衝突燃焼を引き起こします。昨年のテスラの連続火災については、安全設計による死傷者は出ていないものの、軽微な事故でバッテリーが火災になっていることがわかります。大きな事故が発生した場合はどうなりますか？

高率での放電寿命

通常、車のサイクル寿命は数十年以上になります。電気自動車のバッテリーは、10年以内に少なくとも3000サイクルあります。高価な部品として、車の性能を確認するだけでなく、車の所有者の利益を保証するために、同等のサイクル寿命のバッテリーを車に搭載することが非常に重要です。これは、市場。現在、世界中のさまざまな自動車企業の他の電気自動車と比較して、BYD「Qing」だけが昨年生涯保証を提供しました。

バッテリーの寿命とは、パラメーターからの数値であるだけでなく、放電率、充電率、温度など、バッテリーの状態に密接に関連するサイクル寿命を意味します。通常、実験室では、0.3C一定でサイクル寿命をテストします。 20℃の最適一定温度での充放電率。ただし、実際の使用では速度も温度も一定ではないため、ラップトップ、携帯電話、電気自動車のバッテリーのサイクル寿命はメーカーのパラメーターよりもはるかに短くなっています。電気中型および小型走行距離のデュアルモードと長いバッテリー寿命を備えたHEV（ハイブリッド電気自動車）は、放電に関するより厳しい要件と、サイクル寿命に対するより明白な影響を持っています。

A123リン酸鉄リチウム電池を例にとると、そのサイクル寿命は通常3000倍以上です。ただし、実験室でのサイクル寿命は、10cの充電率と5cの放電率で適用すると600倍に短縮されますが、実際の適用では約400倍であり、放電率がサイクル寿命に不可欠であることを示しています。

BYD「Qing」を例にとると、それは13KWHピークドライブを備えたバッテリーを備えた110KWエンジンしか持っていません。 「清」が完全に充電されているときの最大放電率は8.4cです。 「Qing」の容量が50％の場合は最大18cになり、容量が減少し続けると25cを超え、サイクル寿命が大幅に低下します。

テスラP85車は最大出力310kWのエンジンを搭載していることを考えると、出力は大きいように見えますが、放電率はわずか4cです。容量が30％でも最大放電率は10cです。また、大容量のテスラバッテリーは大電力での放電を防ぎます。

上記の分析の結果、BYDバッテリーが寿命を高速で放電するのに優れていることは明らかです。

熱適応性

極端に低温の環境では、充電と放電の速度が遅くなり、容量が失われる傾向があります。一方、極端に高温になると、サイクル寿命、高温性能、および充電と放電の能力が低下する傾向があります。

一般的なリチウムイオン電池は-20℃以下で使用できるため、極端に低温でも電池への影響はわずかです。その上、バッテリーは放電プロセス中にそれ自体を加熱します。ただし、エネルギー消費量が増加し、バッテリー容量が減少することは避けられません。

極端に寒い場合は、デュアルモードハイブリッド車に異なる影響を及ぼします。電気自動車は、他の電源がない極寒の環境下で、バッテリーの放電によって適切な温度に達するように加熱する必要があります。ただし、これはエネルギー消費量と耐久マイレージに大きく影響します。テスラは、冬の100キロメートルのエネルギー消費量と耐久走行距離に明らかな違いがあります。

極寒環境は、バックアップとしてエンジンを搭載しているため、デュアルモードハイブリッド車への影響は弱い。たとえば、BYDは11月に包頭で「清」プロモーション活動を行いました。夕方は-15〜-20℃でした。極寒の朝に車を始動すると、システムは自動的にHEVモードに切り替わります。次に、エンジンがエアコンを駆動して車内の温度をすばやく上げ、温度が適切に高くなるとEVモードに戻ります。

非常に高温の環境は、電気自動車やハイブリッド車にも大きな影響を及ぼし、大電力での放電温度を上昇させる可能性があります。一般的なリチウムイオン電池を例にとると、20℃まで放電すると電池の温度が50℃近くまで上昇し、サイクル寿命や安全性能に悪影響を及ぼします。さらに、テスラの三元電池は高温下で酸素を放出します。酸素は可燃性ガスです。テスラは冷却システムを循環させることで温度を下げ、バッテリーをハードコートで分離することで酸素の漏れを防ぎます。ただし、それでも衝撃を受けて火災が発生する可能性があります。

エネルギー密度

エネルギー密度とは、単位重量での容量を意味します。これは、バッテリーの性能を判断する上で重要な要素です。ただし、この記事では、バッテリー性能のためにエネルギー密度はそれほど重要ではありません。

2つの理由があります。

エネルギー密度は、バッテリーの他の性能の影響を受けます。リン酸鉄リチウム電池は、安全性能と耐熱性からエネルギー密度が高くありません。リン酸鉄リチウム電池製の電池は、保護補助装置をあまり使わずに簡素化されていますが、高密度のテスラ三元電池は、安全性能が低く、高温耐性が低いため、複雑な保護装置のセットが必要です。これらのデバイスは車の重量を増やします。テスラは、三元電池のエネルギー密度を弱める一連の燃焼事故の後、保護装置をアップグレードする準備をしていると報告されています。

特に今後のトレンドとなる電気ハイブリッド車や走行距離の少ない電気自動車は、重量はそれほど重要ではありません。 130 kWh / kiloと200kWh / kiloのエネルギー密度のバッテリーを比較できます。バッテリーの最大総容量が80kWhであっても、この2種類のバッテリーの重量差は200KG以下です。

これは2トンの車にはほとんど影響しません。

エネルギー密度が大きい方が良いですが、最大を追求する必要はありません。エネルギー密度が大きいほどバッテリーが不安定になることはよく知られているので、適切なエネルギー密度があれば十分です。

費用

普及する前にコストを抑える必要があります。走行距離の短い電気自動車やハイブリッド電気自動車は、車両のバッテリーの量を減らすためのコストを削減するだけでなく、バッテリーパックや保護装置のコストも削減する必要があります。このように、テスラのセルコストは低いものの、総コストを削減できないことがわかります。

とりわけ、さまざまなリチウムイオン電池には固有の長所と短所があります。将来の電気自動車開発における重要な要素の正しい順序を理解しない限り、バッテリーの適切な傾向を見つけることはできません。したがって、安全性能、サイクル寿命、放電能力、温度適応性、エネルギー密度、コストなどを考慮すると、リン酸鉄リチウム電池は将来の電気自動車材料の傾向に適しています。