快速了解各类电池性能及其应用细分场景

        电池的突破受到众多赞扬,为了吸引媒体和消费者的关注,各类新型超级电池也层出不穷。然而,电池行业应该保持理性,下面这篇文章通过关注电池的可靠性、经济性、寿命和安全性,帮助大家了解电池的许多功能及其限制因素。

牵引车电池

        轮椅、摩托车和高尔夫汽车大多使用铅酸电池。尽管铅酸很重,但它的工作原理相当好,而且只需适度的调整就可以转换到其他系统中去。

        虽然锂离子电池比铅酸电池更贵,但由于寿命更长,因此循环成本更低,相对于于铅和镍电池,它的另一个优势是低维护。锂离子电池可以在任何充电状态下使用而不会产生副作用,相比之下,镍镉电池(NiCd)和镍氢电池(NiMH)偶尔需要完全放电来防止其产生记忆,而铅酸电池则需要饱和电荷来防止硫酸盐。

        除此之外,叉车也较多使用铅酸电池。对于叉车来说,长时间的充电对仓库是不利的,因为仓库一天24小时都在运转。也有些叉车装有燃料电池,在车辆行驶时为电池充电,尽管燃料电池有较差的电力输送,但是其需求也在缓慢上升。

        其实理论上看说,轮式机械车辆越重,电池应用就越不合适,但这并不妨碍工程师们研究大型的电池系统以取代污染严重的内燃机。比如船舶港口的自动导引车辆(AGV)系统。AGV一天24小时都在运行,而且车辆不能被长时间的充电间隔所束缚,这是因为锂离子电池部分解决了这一问题,这种更轻、充电速度更快的电池取代了10吨重、300kWh的超大铅酸电池,但由于重量、充电时间和基础设施的限制,超大型电池仍然有一定的局限性。

        对于大型牵引系统,目前还没有经济的电池解决方案,燃烧化石燃料也是无法完全避免的事情。现代锂离子电池可提供约150Wh/kg的能量,而化石燃料的净热值(NCV)超过12000wh /kg,从这点来看,电池的能量与化石燃料相比是微不足道的。但是应该承认,在节能减排的趋势下,电池的应用仍然会有所增长。

电池航空

        飞机上电池的职责是在辅助动力装置(APU)关闭或飞行中的紧急情况下为导航和应急系统供电。这时电池为制动、地面操作和启动APU提供动力,如果发动机发生故障,电池必须能够提供30分钟到3小时的能量,每架飞机必须有足够的电池动力以便飞机安全着陆。在飞行过程中,电力由发电机提供,如果需要,可以断开机上电池。

        大多数商用客机使用泛滥的是镍镉电池。而小型飞机通常会使用铅酸电池。虽然铅酸比镍镉更重,但对维护的要求也更少。现代喷气式战斗机用锂离子电池给喷气发动机装上了线轴,波音787梦幻客机也是如此。随着机载功能从液压转向电动,飞机需要更大的电池。高能量密度的锂离子电池比镍镉和铅酸电池更能满足这一需求。但是,意料之外的锂离子电池故障可能会导致严重后果,促使飞机制造商重拾镍镉电池。不可否认的是,所有电池都可能发生故障,事实上也有关于镍镉合金热失效的报道,且不少企业对于锂离子电池能量密度的过度追求和安全性的忽视才是电池故障最重要的原因。

        虽然飞机上有许多不同的电池,但它们唯一的目的是启动发动机,并在发动机关闭时提供备用电源。大型飞机将继续使用化石燃料飞行,因为电池还不能用于推进引擎。小型电池驱动式飞机正尝试将其用于飞行员训练和短跳飞行,但这些目前只属于实验性的。

卫星电池

        现在,锂离子电池是卫星的首选电池,它重量轻,充电方便,经久耐用,循环良好,它的自放电低,几乎不需要维护。

        “好奇号”火星探测器使用了特殊设计的锂镍氧化物电池(LiNiCo),形成了8S2P结构(8个电池串联,2个并联),只有部分充电和放电才能延长寿命。美国国家航空航天局预计锂离子电池可以使用7年,循环寿命为3.7万次,而国防部的锂离子电池使用寿命只有40%到60%。NASA实验室揭示,寿命的终止与阳极SEI层的生长、阴极材料的损耗、导电路径的损耗、金属锂的电镀和电解质氧化有关。据了解,大型的140Ah锂离子电池正在研发中,其使用寿命有望长达18年。

固定电池

        对于储能电池的选择不应该只基于价格。总的来看,铅酸电池适合只需要偶尔排放的工作,液流电池和钠硫电池适用于需要集中放电的大型系统,而锂离子电池则适用于每天多次快速充电且放电时间短的中小型系统。

        从传统来看,固定电池是铅酸电池。因为对于电池的尺寸和重量要求不是十分严格,当很少放电时,铅酸电池有限的循环次数不会造成问题。

        暴露于高温和低温以及需要深度循环的应用程序通常使用镍镉电池。这种电池比铅酸电池更坚固,但成本大约是铅酸电池的四倍。镍镉电池是唯一一种可以在最小压力下快速充电的电池。

        除此之外还有锂离子电池。锂离子电池具有许多优点,但在低温下性能不如镍镉和铅酸电池。另一种正在回归固定使用的电池是镍铁电池。发明家托马斯·爱迪生(Thomas Edison)曾为电动汽车推广镍铁电池,但由于成本高、自放电率高,镍铁最终输给了铅酸电池。现在对于这种电池的改进消除了其部分缺陷,它的超强耐用性重新引起了人们的兴趣。

储能系统(电网蓄电池)

        风能和太阳能等可再生能源不能提供稳定的能源流,也不总是与用户需求相协调。因此大型储能系统(ESS)需要为其提供无缝服务。

        近几年来,储能系统(ESS)从煤炭和石油转向可再生资源的增长势头很强劲。据估计,到2021年,仅南非的ESS装机容量就将达到1500MWh。其中应用的电化学电池有液流电池、锂离子电池、铅酸电池等。

铅酸电池和锂离子电池比较

        由于锂离子电池占地面积小、维护成本低、使用寿命长、负载均衡,因此很多储能电站正逐渐向锂离子电池发展。锂离子不会像铅酸一样因周期性地充满电而发生硫酸化,锂离子电池还具有重量轻、便于在偏远地区安装的优点。而它的缺点也是显而易见的,那就是价格高、低温性能差,价格问题目前已经大幅度下降了,未来几年还会继续下降,但低温性能差仍待解决,因为无法在冰点以下充电。

        电池管理系统(BMS)将电池的电量保持在50%左右,以吸收大风带来的能量,满足高负载需求。现代的BMS可以在不到一秒的时间内从充电切换到放电。这有助于稳定输电线路上的电压,也称为频率调节。

source:http://www.juda.cn/news/89964.html

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