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为什么电动车要关注电池能量密度?

越来越多的用户开始关注电动车电池的品牌、续航、寿命回收方案等,其实动力电池还有一个性能指标,需要在选车、购车的过程中关注,就是电池的能量密度

因为电池能量密度直接关系到电池的性能、安全,也直接影响一辆电动车的体验

先划重点:
  • 动力电池正极材料决定电池能量密度,是电池性能重要的指标,不用材料决定电池物化特性,也包括能量密度。安全和电池能量密度是天平的两端
  • 电池能量密度分为电芯能量密度和电池(系统)能量密度,通常,后者代表该电动车的能量密度
  • 电动车能量密度还决定电动车单车补贴
  • 相同体积或重量下,电池能量密度越大,电能越多,续航也越长
  • 相较磷酸铁锂,锰酸锂,三元材料锂电池的电芯单体能量密度能做的较高

一、电池能量密度是啥?

动力电池正极材料有三元锂、磷酸铁锂、钴酸锂等,它们很大程度决定了电池性能、稳定性、续航以及寿命。其实,电池正极材料的结构和它的物理、化学特性还决定了另一个重要指标——“电池能量密度”

电池能量密度的概念和其他物质密度的概念一样,简单来说就是单位重量或体积下电池含有的电能。不要小看这个能量密度的概念。不同电池正极材料有不同的密度,而各家车厂也会根据自身产品的需要,调整车型间电池的性能;不同车厂间,电池种类、能量密度都不尽相同。

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各类型电池材料需求也不同(18年9月,图借自网络盖世大V崔东树)


举个例子(真的是举例),在你面前有两粒钙片(相同品牌,质量和含量稳定、有可比性),它们的重量和大小一样,第一种每片含钙100毫克,另一种每片200毫克,那么同样补充1000毫克钙,第一款要吃10粒,第二款吃5粒就行(非广告,请自动忽略品牌和包装内容)

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不同密度(钙含量)的钙片(图自网络)

电池的能量密度和钙片的钙含量一样,相同体积或重量下,能量密度越高提供的电能也就越多,续航相对也越长,提高电池能量密度等于增加了车辆续航。再举个例子,一款纯电动车A,能量密度160wh/kg;电动车B,能量密度是140wh/kg,假设二者的电池重量、车重都相同,那么正常情况下,A一定比B携带的电能多,续航也就越长。

二、电池能量密度的参照?

严格来讲,电池能量密度分为电芯的能量密度和电池系统的能量密度。前一期我们讲过,电池由许多电芯组成,每个电芯都是独立生产的,个体之间的一致性难免会存在细微的差异,它们连接在一起组成模组,多个模组再和其他电池结构相连,但其中的层层关卡导致整个电池系统的能量密度相对电芯单体有所减少,如果一个电芯的能量密度是200wh/kg,那么他们组成电池组后,能量密度很有可能减少到150或160wh/kg左右的样子。

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受诸多因素影响,通常电池系统能量密度会低于单个电芯的能量密度

通常,一辆电动车电池能量密度的高低,是以电池系统的能量密度作为评判标准的。你会想,这和买车有什么关系?在当下,电池系统的能量密度不仅影响电池的性能和续航,还影响购车补贴,补贴多,你花的钱就少,再加上地方补贴,电池能量密度高的电动车能帮你省不少钱。

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电池能量密度与现今电动车补贴(2018年国家补贴标准)在现今国家补贴政策中,总的补贴金额中有一个系数是电池系统能量密度调整系数,这个系数有个区间(如上图),如果你买的车电池系统能量密度低,很有可能乘以0.6或1,导致总的补贴变少或不变。

三、增加能量密度?

通常,增加动力电池能量密度的方法,是寻找拥有更高能量密度的新材料。但电池行业经过多年的研发、演进,发现三元锂电池从综合表现上更加符合行业的需求,可能性比较靠谱,所以一直在这条轨迹上一路发展。

例如,从最早的铁电池发展到锂离子电池,再从业界早期的333(1:1:1镍锰铝)锂离子电池体系,向811高镍体系锂离子电池迈进,镍在电芯中的比例不断升高;当下更多的厂商则通过增加电芯单体的体积或者改变电池结构等方式增加能量密度。比如特斯拉从18650转向21700电池,则是通过增加电芯单体的尺寸,获得更高的能量密度。其实这种方式,实质上有几方面改进,一方面是电芯本身能量密度就有提升,二是减轻了电池系统整体的重量,减少了电芯个数的同时,连接线束、结构更加简单,电池系统的损失更小,能量密度能更大。

四、总结:

虽然各地方政策不同,但总体而言,能量密度越高,能获得的补贴相对也越高。所以,大家在选购电动车时,要关注电池的能量密度。优秀的电芯和高效的电池系统设计,是电池能量密度最大化的关键。
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