八月長(zhǎng)安,但對(duì)中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)來(lái)說(shuō),這個(gè)八月卻不見(jiàn)得有多“安”。我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)的銷(xiāo)量,八月來(lái)遭遇了一次“滑鐵盧”似的負(fù)增長(zhǎng)。
8月12日,中汽協(xié)發(fā)布數(shù)據(jù)顯示,7月中國(guó)新能源乘用車(chē)與商用車(chē)?yán)塾?jì)銷(xiāo)量為8萬(wàn)輛,同比下跌4.7%。
對(duì)于新能源汽車(chē)銷(xiāo)量的負(fù)增長(zhǎng),雖然是預(yù)料之中的事兒,但還是給一些從業(yè)者,以及相關(guān)從業(yè)者帶來(lái)了不小的心理沖擊。
不過(guò),大家也不用杞人憂天,從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,7月新能源汽車(chē)銷(xiāo)售出現(xiàn)的負(fù)增長(zhǎng),只是暫時(shí)的,這是意料之中,也是情理之中的事。
八月對(duì)于中國(guó)的新能源汽車(chē)行業(yè)而言,意味著汽車(chē)銷(xiāo)售不再能過(guò)度依賴于補(bǔ)貼。對(duì)于市場(chǎng)發(fā)展而言,終將依靠需求和有效的供給來(lái)驅(qū)動(dòng),補(bǔ)貼的影響也終將會(huì)越來(lái)越小。
從這個(gè)意義上來(lái)講,汽車(chē)銷(xiāo)售市場(chǎng)必將會(huì)逐漸的回歸到正常和理性的發(fā)展路線上。
此外,對(duì)比近年來(lái)我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)保有量的發(fā)展情況與銷(xiāo)售情況,增長(zhǎng)趨勢(shì)還是比較樂(lè)觀的,且與其相應(yīng)的動(dòng)力電池的需求量,增長(zhǎng)也很樂(lè)觀。
截止2019年7月,我國(guó)新能源汽車(chē)2019年的產(chǎn)銷(xiāo)分別完成70.1萬(wàn)輛和69.9萬(wàn)輛,其中純電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)分別完成55.8萬(wàn)輛和55.1萬(wàn)輛;插電式混合動(dòng)力汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)分別完成14.1萬(wàn)輛和14.6萬(wàn)輛;燃料電池汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)分別完成1176輛和1106輛。
此外,截止2019年7月,我國(guó)動(dòng)力電池2019年的裝車(chē)量累計(jì)為34.7GWh,其中三元電池裝車(chē)量累計(jì)23.4GWh,占總裝車(chē)67.5%;磷酸鐵鋰電池裝車(chē)量累計(jì)10.4GWh,占總裝車(chē)量29.9%。
目前,除了動(dòng)力鋰電池外,我國(guó)動(dòng)力蓄電池的需求量增長(zhǎng)也很明朗。
隨著電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展,與其配套的鉛酸蓄電池也得到了相應(yīng)的發(fā)展。不過(guò),蓄電池的使用壽命是制約著電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的重要因素之一,所以,提高鉛蓄電池的使用壽命至關(guān)重要。
影響鉛酸蓄電池使用壽命的因素主要包括,與之相配套的充電器、自身質(zhì)量、用戶使用方式是否正確等。
先來(lái)看看如何提高蓄電池的質(zhì)量。提高蓄電池質(zhì)量,可以考慮從以下幾個(gè)方面進(jìn)行入手研究。
首先可以從鉛膏及固化入手,鉛膏添加劑是從事鉛酸電池研究的人員長(zhǎng)期研究的內(nèi)容之一,鉛膏主要作用是改善正極的導(dǎo)電性能,增加正極的孔率,改善負(fù)極充電接受能力和防止極板的硫鹽化。
固化方面是使電池極板的成分由3BS變成4BS,以提高蓄電池的壽命。
其次可以從板柵材料入手,目前電動(dòng)汽車(chē)鉛酸電池多屬于閥控式、密封蓄電池,這類(lèi)電池板柵一般使用Pb-Ca-Sn-Al-合金,由于該合金在充電時(shí)析氫量下降,使其實(shí)現(xiàn)了閥控密封,但該合金的界面狀況不理想,充電接受能力較差,放置較長(zhǎng)時(shí)間后再充電,能力也不盡如人意。
經(jīng)過(guò)大量的合金研究,目前主要的方向是在Pb-Ca-Sn-Al合金的基礎(chǔ)上添加稀土元素,以期改善板柵的性能。
此外,在鉛鈣合金的成分上做了大量的工作,低鈣高錫的正板柵對(duì)性能有著積極的影響。
然后可以從化成入手,以前是使極板化成,這種化成過(guò)程過(guò)于復(fù)雜,不易控制。目前正在積極研究電池化成,這種化成提高了電池的均勻性和一致性,具有延長(zhǎng)使用壽命的優(yōu)點(diǎn)。
再來(lái)看看充電器和電池的使用情況。蓄電池在充電時(shí)有接受電量能力的自身規(guī)律,所以充電器必須要與之相配套,必須要適應(yīng)蓄電池。
此外,很多充電器沒(méi)有高耐震的功能,遭受過(guò)震動(dòng)后,其內(nèi)部的電位器會(huì)漂移,導(dǎo)致充電狀態(tài)不正常。由于鉛酸電池的記憶效力不是很強(qiáng),經(jīng)常是完全放電,這對(duì)電池的使用壽命影響很大 。
多數(shù)充電器在指示燈變燈指示充滿電以后,電池充入電量可能是97%~99%。雖然僅欠充電1%~3%的電量,對(duì)續(xù)行能力的影響幾乎可以忽略,但是也會(huì)形成欠充電積,所以電池充滿電變燈以后還是盡可能繼續(xù)進(jìn)行浮充電,這樣對(duì)抑制電池硫化也是有好處的。
電池放電以后就開(kāi)始了硫化過(guò)程,及時(shí)充電可以清除不嚴(yán)重的硫化,否則這些硫化結(jié)晶會(huì)聚積而逐步形成粗大的結(jié)晶,一般的充電器對(duì)這些粗大的結(jié)晶是無(wú)能為力的,會(huì)逐步導(dǎo)致電池容量的下降,從而縮短了電池的使用壽命。
二
目前,除了動(dòng)力鋰電池外,我國(guó)動(dòng)力蓄電池的需求量增長(zhǎng)也很明朗。
電動(dòng)汽車(chē)所用的動(dòng)力鉛酸蓄電池種類(lèi)多樣化,包括雙極性鉛酸蓄電池、水平鉛酸蓄電池,以及卷式電池等。
雙極性密封鉛酸蓄電池最早是由美國(guó)Arias公司開(kāi)發(fā)的,是一面有正極活性物質(zhì),另一面有負(fù)極活性物質(zhì)的堅(jiān)實(shí)薄片極板的電池,具有較高的比能量。
在雙極性電池中,必須有兩個(gè)單極性電極,即與正極端子連接的具有正極活性物質(zhì)的單極性正電極和與負(fù)極端子連接的具有負(fù)極活性物質(zhì)的單極性負(fù)電極。
雙極性鉛酸蓄電池幾乎沒(méi)有單格電池的內(nèi)電阻,其總電阻約是普通蓄電池總電阻的1/5。內(nèi)阻的減少能使蓄電池輸出比較大的功率,可以用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē),提高電池壽命,減輕電池質(zhì)量,降低結(jié)構(gòu)成本。
普通鉛酸電池的極板是豎立著放置的,而雙極性鉛酸蓄電池的電極是平臥著放置的。電極水平臥著放置是為了防止電解液層化,和活性物質(zhì)剝離,以及便于采用輕量薄形電極基片。
通過(guò)采用雙極性結(jié)構(gòu),大大減輕了鉛酸電池的質(zhì)量,提高了設(shè)計(jì)效率。如表1,是對(duì)傳統(tǒng)的12V12Ah鉛酸電池與雙極性24V12Ah鉛酸電池零件分解質(zhì)量的比較。
表1. 12V12Ah傳統(tǒng)電池與24V12Ah雙極電池比較
從表1中可以看出,總計(jì)質(zhì)量減輕了46%,質(zhì)量的減輕主要與諸如活性物質(zhì)利用率提高等因素相關(guān)。
雙極性鉛酸蓄電池與其他蓄電池相比,具有多方面的顯著優(yōu)點(diǎn),包括成本低、能量高、容量大、技術(shù)安全、不污染環(huán)境、不需要維護(hù),以及壽命長(zhǎng)等。
水平鉛酸蓄電池最早是由美國(guó)Electrosource公司開(kāi)發(fā)的,免維護(hù)、輕量的水平密封鉛酸電池,比功率較大,比能量也高于普通的鉛酸電池。
水平鉛酸蓄電池的專(zhuān)利技術(shù)是將玻璃纖維表面冷擠壓鍍覆鉛錫合金,玻璃纖維確保了高的拉伸強(qiáng)度,消除了對(duì)鉛添加劑的需求,鉛顆粒結(jié)構(gòu)具有很高的腐蝕阻抗性 。
生產(chǎn)水平電池的過(guò)程是,將復(fù)合鉛絲織成鉛布作為正負(fù)極的基極,代替鑄造板柵,減輕了質(zhì)量,并大大的提高了耐腐蝕性,采用復(fù)合鉛絲可減少常規(guī)電池所需的67%的鉛。
這種電池采用準(zhǔn)雙極結(jié)構(gòu),在一塊平面鉛布上,一邊涂正膏,一邊涂負(fù)膏,中間有導(dǎo)電用的鉛絲,并涂有絕緣高分子涂層,以防正負(fù)極短路和自放電。
水平鉛酸蓄電池極板水平疊放,解決了普通鉛酸電池中的電解液分層問(wèn)題,電池的正負(fù)邊極板都為單極性的極板,中間的雙極性極板用塑料框架固定,以增強(qiáng)電池的耐震動(dòng)能力,同時(shí)確保電池在使用壽命周期 內(nèi)保持恒定的組裝壓力。
水平電池的主要不足是深循環(huán)壽命低,研究者正在積極開(kāi)發(fā)提高水平電池循環(huán)壽命的方法。
水平電池是如今鉛酸蓄電池中發(fā)展比較好的,隨著水平電池壽命的提高,必將會(huì)在很大程度上提高其作為電動(dòng)汽車(chē)車(chē)用動(dòng)力電池的競(jìng)爭(zhēng)力。
卷式電池最早是由瑞典OPTIMA公司開(kāi)發(fā),并且在非洲、亞洲、歐洲及南美等多個(gè)國(guó)家銷(xiāo)售。
卷式電池采用電池單元螺旋卷繞技術(shù),將正極板、固體酸和負(fù)極板緊緊地螺旋卷繞成卷。正極板采用氧化鉛,負(fù)極板采用超純鉛,極板很薄,正負(fù)極夾玻璃棉隔板并緊緊地卷繞成卷,可保持穩(wěn)定的組裝壓力,內(nèi)阻極低,大電流放電性能較好。
卷式電池的設(shè)計(jì)和較高的極板壓縮率,可防止活性物質(zhì)脫落,高純度的鉛錫合金板柵可減緩硫酸的腐蝕,所有這些都能確保該電池具有較高的循環(huán)壽命,較好地滿足動(dòng)力設(shè)備需要。
卷式電池的極板采用了超純鉛,且采用了螺旋卷繞結(jié)構(gòu),從而使總反應(yīng)面積數(shù)倍增大,又因?yàn)闃O間距較薄,內(nèi)阻較低,所以可輸出功率較大,為9.5kW。
卷式電池的快速充電性能較好,最高可用300A的電流進(jìn)行充電,在100%放電狀態(tài)下可在不到1h充足。
卷式電池獨(dú)特的螺旋卷繞結(jié)構(gòu)決定了它在抗震動(dòng),和沖擊方面的性能要優(yōu)于平板式的電池。
根據(jù)測(cè)試,卷式電池至少能抗4級(jí)震動(dòng)12h,以及6級(jí)震動(dòng)4h后一點(diǎn)也不損壞,而傳統(tǒng)電瓶則最多能抗4級(jí)震動(dòng)4h,以及6級(jí)震動(dòng)1h后便不能用了。
根據(jù)美國(guó)SAE測(cè)試,卷式電池在100%放電后,其復(fù)充電全電量恢復(fù)次數(shù)可達(dá)40次以上,而傳統(tǒng)的起動(dòng)電瓶一般都是嚴(yán)禁100%放電的,因其100%放電后電瓶的損壞情況很?chē)?yán)重的,即使能再充電也無(wú)法恢復(fù)其原來(lái)的儲(chǔ)電量,所以,卷式電池更顯安全可靠。
此外,卷式電池在放置不用250d后,其儲(chǔ)電量才下降50%,比傳統(tǒng)的起動(dòng)電瓶一般每月都要給其復(fù)充電方便了很多。
目前,電動(dòng)汽車(chē)所使用的動(dòng)力電池主要是密封的鉛酸電池,金屬氰化物鎳電池和鋰離子電池是鉛酸電池的主要競(jìng)爭(zhēng)者。
所以,只有進(jìn)一步從改進(jìn)柵板合金、采用活性物質(zhì)添加劑、薄極板、雙性技術(shù)、交替技術(shù)、卷繞技術(shù)等方面進(jìn)行研究,來(lái)提高深放電循環(huán)使用壽命,才能提高鉛酸電池的競(jìng)爭(zhēng)力。
雖然鋰電池近年來(lái)勢(shì)頭迅猛,發(fā)展前景廣闊。不過(guò),隨著電池技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,鉛酸電池在未來(lái)的市場(chǎng)上依然會(huì)具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。
原標(biāo)題:從電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展看鉛酸電池未來(lái)趨勢(shì)