本月末,两款的新电动汽车,就是通用伏特和尼桑Leaf,将开始出现在充满环保意识的马路上,遍布全美。
功率上,尼桑绿叶型汽车可以保证每次充电跑73英里,而美国通用汽车伏特型每次充电跑35英里。虽然它们都装有一个备用的汽油发动机,以便行驶更长距离,但是通用和尼桑采取了不同的做法,以保证它们的汽车电池可持久使用并且安全。这些电池在未来几年的性能状况,就会说明何种方法更好,进而,塑造和设计未来电动汽车和插入式混合动力车,对这些,所以主要汽车制造商都有过承诺。近日,有一些评论家表示,尼桑的电池组设计采用了相对简单的制冷系统,会使电池过热,缩短电池寿命,带来安全隐患。
尼桑和美国通用采用的都是锂离子电池(这种技术很早就已经用于电脑笔记本和手机),而不是镍氢电池(nickel-metal hydride batteries),镍氢电池经证明能够可靠地用于燃气-电力混合动力汽车,比如丰田普锐斯,但很笨重。
选择锂离子而不是镍氢电池,尼桑和美国都在冒险,因为这样的电池并未证明能可靠地发挥所需要的作用,就是驱动汽车。而且汽车电池必须耐受极高的温度、剧烈的颠簸、持续的路面振动,而且要良好运行十年左右。在一些特殊情况下,锂离子电池可能会过热并着火,这个问题引发大范围召回某些笔记本电池。电动汽车所需电池必须储存多得多的电量,这样,汽车电池引发的火灾就会尤其危险。
使用锂离子电池的另一个不足,就是它很快就会失去蓄电能力。使用几年时间以后,普遍情况是,它的储电能力就只有新电池的一半。汽车制造商希望汽车电池可持续一部车的使用寿命,大约是8至15年。
为了解决这些问题,通用和尼桑都对它们使用的锂电池做出了突破性的改进。他们现在都不使用锂钴氧化物(lithium cobalt oxide),这种材料更适合用于笔记本电池,是因为高能量密度,他们做电极,使用的是锂锰氧化物(lithium manganese oxide),这样可以储存相对更大的电量,也更稳定,部分原因是其原子排列。在锂锰氧化物电极中,原子形成的一种三维结构,会保持其形状,在电池充放电锂离子进出电极时,也是这样。
通用和尼桑也采用圆柱形电池(这些电池在通常的笔记本模块中,就像大号AA电池),取代平面矩形形状,这样更省空间,散热更好。过热会损坏电池,降低蓄电能力,也在一些情况下,会引发一种现象,称为热逃逸(thermal runaway),逐步提升的温度导致某些化学反应,这又会产生更多热量,最终会导致火灾。
但是,最大的差别会显现,只要你考察通用和尼桑如何设计电池组,电池的不同在于他们如何。其中,在于他们分别采取何种方式来控制温度。尼桑选择了更为简单的设计,采用用风扇冷却电池。它说,电池的平面结构使额外制冷不必要了。相比之下,美国通用汽车的设计就更为复杂。液体冷却剂流过电池组中的每块电池板的表面,流到电池组外的一个小型散热器。
液体冷却系统带走电池板的热量,速度比空气冷却更快。此外,美国通用汽车全球车用电池系统负责人比尔·瓦拉斯(Bill Wallace)说:“液体冷却系统更加的紧凑,可以带走的热量多得多,也均匀得多。”
瓦拉斯还说,选用液体冷却,可以保证电池组中每个电池板的温差不超过2摄氏度。为了防止电池过渡充电,温度控制就成为你能旋转的最重要的旋钮,为的是延长电池寿命。
液体冷却这种方法是特斯拉汽车公司(Tesla Motors)选择的,该公司制造的电动跑车使用的锂离子电池,最初始设计是有别的用途。此冷却法可以保证,即使其中一部分电池过热并引火,剩余的部分则不受影响。在最近与投资商举行的收入会议上,特斯拉汽车公司CEO,艾龙·莫斯卡(Elon Musk)批评了尼桑的设计,说它会使温度在各处不均匀,从而降低电池的使用性能。
由于寒冷的天气会限制电池组充电的容量,而且会损坏电池,美国通用汽车还配有一个1800瓦的电阻加热器(resistive heater),以防止电池组的温度过低。尼桑公司也建议配备一种寒冷天气的包装,包含电池加热器,但这没有成为标准。这一选择不可能用于首批下线的Leaf车,也不可能在以后补装到车上。如果Leaf的电池组的温度过高或过低,它就会进入有限动力模式,这会限制它的提速和最高速度。
而伏特汽车的设计,也可存储一定量的电,而这款车的新颖之处,是有助于保护电池的寿命。随着电池的老化,一些存储容量将被释放出来,这有助于维持它的电动行驶里程。美国通用汽车公司估计,电池的容量衰减达10%-30%,这是指在整个汽车的使用寿命中(大约10年)。尼桑并没有说它也会采用同样的技术,但它表示,Leaf电池在10年中的衰减达到30%。而且它也表示,暴露在高温下的电池衰弱得更快。
通用尼桑电动汽车电池测试比拼
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