靈巧型便攜式電子產品要求尺寸孝重量輕,但電池的尺寸及重量與其它電子元器件相比往往是大的及重的。例如,想當年的“大哥大”是相當“粗大、笨重”,而今天的手機是如此的輕巧。其中電池的改進是起了重要作用的:過去是鎳鎘電池,現在是鋰離子電池。
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鋰電池的大特點是比能量高。什么是比能量呢?比能量指的是單位重量或單位體積的能量。比能量用Wh/kg或Wh/L來表示。Wh是能量的單位,W是瓦、h 是小時;kg是千克(重量單位),L是升(體積單位)。這里舉一個例來說明:5號鎳鎘電池的額定電壓為1 2V,其容量為800mAh,則其能量為0 96Wh(1 2V×0 8Ah)。同樣尺寸的5號鋰-二氧化錳電池的額定電壓為3V,其容量為1200mAh,則其能量為3 6Wh。這兩種電池的體積是相同的,則鋰-二氧化錳電池的比能量是鎳鎘電池的375倍!
一節5號鎳鎘電池約重23g,而一節5號鋰-二氧化錳電池約重18g。一節鋰-二氧化錳電池為3V,而兩節鎳鎘電池才2 4V。所以采用鋰電池時電池數量少(使便攜式電子產品體積減孝重量減輕),并且電池的工作壽命長。
另外,鋰電池具有放電電壓穩定、工作溫度范圍寬、自放電率低、儲存壽命長、無記憶效應及無公害等優點。鋰電池的缺點是價格昂貴,所以目前尚不能普遍應用,主要應用于掌上計算機、PDA、通信設備、照相機、儀器等。隨著技術的發展、工藝的改進及生產量的增加,鋰電池的價格將會不斷地下降,應用上也會更普遍。
相對于12V微混系統的優勢,德爾福派克亞太區新能源產品經理洪英林給我們舉了一個例子:“比如說空調,傳統汽車在等紅燈的時候,發動機處于怠速,皮帶驅動的空調壓縮機可以繼續工作,空調照樣制冷。但是對于有啟停功能的車來說,等紅燈時需要轉換到電動空調,不然乘客就要忍受等紅燈或堵車的時候沒有空調的環境。一個電動空調壓縮機的功率低要2.5kw,如果用12V供電,電網就難以承受,用48V就沒有問題了。此外48V一側還可以給主動懸架,電動轉向,電動暖風等供電。”
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目前日本市場上的主流是配置100V以上高電壓型電池的強混動力汽車,采用的是100V以上的鋰離子充電電池模組,雖然能使混合動力汽車(HEV)大幅提高燃油效率,但專用元件和耐壓元件成本高。使用148V系統也會增加成本,但是相對于純電動汽車或強混汽車的成本來說,48V系統可節省成本40%~60%,而且48V鋰離子充電電池模組還能提高10~15%的燃油效率。
148V系統規格的關鍵之一在于鋰離子電池技術,鋰離子電池技術可提供較鉛酸化學電池更高(3倍)的能量密度,尺寸、重量等方面降低。48V鋰離子電池的充電性能更佳,能夠更有效率地存儲汽車制動回收能量,為汽車中所需越來越多的電子負載(如前排座椅加熱、可加熱式擋風玻璃、后避震器)提供更多功率。
鋰離子電池能量密度,指的是單位體積或單位重量的電池,能夠存儲和釋放的電量,其單位有兩種:Wh/kg,Wh/L,分別表重量比能量和體積比能量。這里的電量,是上面提到的容量(Ah)與工作電壓(V)的積分。在應用的時候,能量密度這個指標比容量更具有指導性意義。
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基于當前的鋰離子電池技術,能夠達到的能量密度水平大約在100~200Wh/kg,這一數值還是比較低的,在許多場合都成為鋰離子電池應用的瓶頸。這一問題同樣出現在電動汽車領域,在體積和重量都受到嚴格限制的情況下,電池的能量密度決定了電動汽車的單次大行駛里程,于是出現了“里程”這一特有的名詞。如果要使得電動汽車的單次行駛里程達到500公里(與傳統燃油車相當),電池單體的能量密度必須達到300Wh/kg以上。
鋰離子電池能量密度的提升,是一個緩慢的過程,遠低于集成電路產業的摩爾定律,這就造成了電子產品的性能提升與電池的能量密度提升之間存在一個剪刀差,并且隨著時間不斷擴大。