讨论与比较

5.1 电动轿车电池储能体系的功用比较

本节详细比较剖析了每种电池技能的功用。经过体系文献综述，运用索引期刊文章、会议论文、行业陈述和与电动轿车运用相关的最新专利等首要来源，对各种电池技能进行了比较剖析。在剖析中，咱们将电池技能分为三类：(i) 上一代，(ii) 当时一代，和(iii) 下一代。此外，本研讨中的比较剖析选用多标准评价结构（运用七个不同的参数）来评价各种电池技能在电动轿车运用中的功用、适用性和可持续性。这些参数包含以下内容：(i) 能量密度（Wh/kg）：单位质量储存的能量；(ii) 功率密度（W/kg）：供给高功率输出的能力；(iii) 月自放电率（%）：闲暇期间能量损失；(iv) 循环次数（充电-放电周期数）：重复运用时的耐久性；(v) 充放电功率（%）：充电和放电之间的能量坚持；(vi) 作业温度范围（°C）：气候适应性的功用稳定性；和(vii) 过充电容忍度：无退化情况下的过充电抗力。挑选这些参数是根据它们与电动轿车功用和电池办理体系要求的相关性。图4显现了每一代电池技能的比较。（数据已分类。

整个电池技能的比较图表：（a）上一代，（b）当时一代，（c）下一代。

图4a中的比较显现，根据镍的电池宗族与铅酸电池比较具有更好的功用。根据镍的电池宗族由60-120 Wh/kg的能量密度、150-450 W/kg的功率密度、85%的充放电功率和0到+50°C的作业范围所陪衬。但是，根据镍的电池宗族依然缺少高自放电功用和低过充电耐受性。在图4b中，锂离子电池主导了当时一代的电池技能。磷酸铁锂（LFP）和三元资料（NMC）等锂离子电池以及锂聚合物电池与其他锂离子电池比较具有更好的功用。能量密度高达180-220 Wh/kg，循环寿数超越2000次。因为其高能量密度和长寿数周期，磷酸铁锂电池（LFP）在电动轿车行业中最常用，其次是三元资料（NMC）和锂聚合物电池。一起，LTO在能量密度方面表现欠安（60-110 Wh/kg），因而在电动轿车中的运用考虑较少。LMO是一种正在被放弃的电池技能，因为它具有低能量密度（100-150 Wh/kg）和短寿数周期（<1000×）。图4c展现了未来一代电池技能的比较，表明钠离子电池在首要功用方面优于其他一些电池。钠离子电池具有十分高的能量密度、十分高的充放电功率（95%）、高循环次数（2000次）、十分低的自放电率（%月）和杰出的作业范围。但是，

5.2 案例研讨

5.2.1 电动轿车技能电池的原始设备制作商

电动轿车电池技能的迅速开展日益受到原始设备制作商计划、区域法规结构和技能选用趋势的归纳影响。像比亚迪和特斯拉这样的闻名原始设备制作商经过平台整合和笔直供给链办理明显推动了立异。比亚迪在“海豚”和“元+”等车型中广泛运用刀片磷酸铁锂电池，标志着向安全、本钱效益和长循环寿数改变，契合我国监管机构对经济实惠、无钴电池的重视，以削减资源依靠并减轻环境后果[213]。另一方面，特斯拉的4680圆柱形电池，以其扁平规划和含镍量高的阴极资料，代表了原始设备制作商主导的立异，旨在提高能量密度和简化制作，如德克萨斯州制作的特斯拉Cybertruck和Model Y所展现的那样[214]。这些案例研讨反映了这样一种日益添加的趋势，即原始设备制作商不只是是电池技能的顾客，也是技能开发者，正在重塑电池价值链。

区域方针生态体系也在引导技能挑选。例如，欧盟的电池法规（EU 2023/1542）着重碳脚印发表、道德收购和收回要求，加快了对可持续化学品如钠离子和磷酸铁锂的需求[215]。比较之下，美国根据《通货膨胀削减法案》(IRA)鼓舞国内电池出产和资料收购的方针，影响了福特和通用轿车等原始设备制作商将电池供给链本地化，并探索固体电解质和磷酸铁锂等代替计划以完成本钱效益合规[216]。印度的FAME II方针也间接推动了钠离子电池在两轮车/三轮车商场的运用，因为本钱约束和热带温度适应性，这解说了宁德年代前期在亚洲商场选用的试验[217]。

在选用形式方面，磷酸铁锂（LFP）技能经历了明显的复苏，从2020年占电动轿车电池的仅10%，到2024年全球占比超越35%。这一添加首要归因于我国原始设备制作商的选用，以及最近特斯拉在其入门级Model 3和Model Y车型中的运用[218]。虽然仍处于新式阶段，但钠离子电池在我国和印度的储能体系和低本钱电动轿车中越来越受欢迎。这是因为它们在室温下具有杰出的功用，且原资料本钱较低[217]。丰田和宝马现在正在测验固态电池（SSB），估量将在2027-28年左右完成商业化布置。豪华车系列优先考虑能量密度和安全性，而不是即时的本钱考虑，这是这些电池的首要方针[219]。

这些趋势表明，电动轿车电池技能的前进不再只是受技能规格的影响；相反，它是一个多方面的相互效果，包含商场动态、法规要求和原始设备制作商战略的日益定制化，以满意区域需求和全球可持续性方针。

表6展现了比亚迪磷酸铁锂、宁德年代钠离子、特斯拉4680、固态以及NCM电池与原始设备制作商的选用和最佳用例的全面比较。

比亚迪磷酸铁锂、宁德年代钠离子、特斯拉4680、固态以及NCM电池的功用比较。

5.2.2 电池办理体系技能在商用电动轿车中的实践运用

BMS在电动轿车运转中起着至关重要的效果。它还能保证电池的功用、安全、功率和寿数。在商业运用中，BMS发挥着更全面的效果，包含监测电池电压和温度，然后能够快速实时操控电力、安全和电池功用优化[220-222]。特斯拉在电动轿车中运用集中式BMS技能，用于电池组的充电办理、续航路程优化、热监控和快速电池充电[223, 224]。这项BMS技能已被特斯拉申请专利。现代轿车也运用BMS技能来保证其电动轿车的充电安全、热办理和功率分配。现代轿车也已为BMS技能申请了专利[225-227]。此外，轿车制作商比亚迪也运用其BMS技能，其中包含对电压、电流、温度和SOC以及SOH等要害参数的实时监测[228]。还有热办理和电池续航路程估量[229, 230]。比亚迪也已为其BMS技能在世界上申请了专利。每家制作商技能的立异都提高了其商用电动轿车的可靠性。BMS技能在电动轿车中的实践运用的总结如表7所示。

不同车辆类型的电池技能引荐排序。

5.4 电动轿车电池开发的应战与约束

电动轿车电池的开展面对着几个应战和妨碍。技能经济性、环境影响和区域方针等要素对电池出产和运用的可行性和可持续性产生了明显影响。因而，这需求对各种相互相关的问题有一个全面的理解。咱们在表11中总结了相关妨碍。

应战涵盖了技能经济、环境和区域方针等方面。

5.4.1 Techno-economics

近年来，杂乱的技能经济约束对电动轿车电池的开展产生了明显影响。因为锂原资料本钱的添加，即便镍和钴的价格坚持稳定，估量电池组的本钱在2022年将降至约150美元/千瓦时[233]。此外，用于电池出产的锂、钴和镍等资料的需求不断扩大，导致潜在的供给短缺和价格动摇[234]。再者，建设大型工厂需求数十亿美元的本钱投资。因而，制作商难以提高化学资料的质量，并推迟了在新式商场的广泛选用[235]。

5.4.2 环境约束

环境可持续性方面也构成了另一个要害妨碍。刚果民主共和国和南美挖掘钴矿的生态影响引发了道德和环境问题，包含水资源的枯竭和栖息地的损坏[237]。在提取锂资料的过程中，还存在着严重损害的危险，例如水污染和资源耗尽[241]。此外，电池的生命周期排放依然是一个重要的问题。电池出产和废物处理产生的碳脚印需求收回技能方面的前进[239]。

为了减轻这些影响，现已出现了一些战略。首要，选用代替化学资料，例如磷酸铁锂，以削减对钴和镍等稀有和有毒资料的依靠。磷酸铁锂电池与其他类型的化学资料比较，其温室气体排放量较低，这首要是因为其在出产和处置方面的优势[242, 243]。其次，电池办理体系（BMS）的立异经过优化充放电周期、增强热调理和完成预测性保护，然后延长了电池的运用寿数，削减了每千瓦时运用的环境担负[244]。

此外，BMS支撑的第二寿数运用能够实在支撑循环经济[245]。在美国，SOH健康的EV电池被重新用于固定式储能，削减糟蹋并延长运用期限[246]。BMS体系在这里起着至关重要的效果，经过保证在要求较低的环境中安全运转和精确的SOH评价[247]。如果先由BMS引导放电和调理，再进行收回过程，该过程运用了火法冶金和湿法冶金的组合办法[248]，具有极大的潜力来削减对环境的影响。

最终，欧盟指令和联合国关于电池可持续开展的方针等监管结构应加强生态规划、收回和透明度[245]。BMS技能能够经过记录电池成分和生命周期运用情况来支撑合规性，然后促进电池的安全收回，并完成对EOL电池的数据驱动办理。电池技能和BMS的环境影响缓解战略如表12所示。

电池技能和BMS的环境影响缓解战略。

磷酸铁锂

5.4.3 区域方针

区域方针在刻画电池技能的开展和演化中起着至关重要的效果。但是，有些方针能够加快立异的添加，而有些方针可能会减缓立异的步伐。例如，我国为宁德年代和比亚迪公司开发磷酸铁锂电池和钠离子电池供给补贴和收回支撑[233]。与此一起，欧洲国家在新欧盟电池法规下着重全生命周期碳办理、收回以及面向更清洁化学出产商的质料独立性[238]。另一方面，美国经过《下降通货膨胀法案》支撑下一代NMC和SSB电池的开发[240]。简而言之，区域方针经过刻画监管结构、推动商场需求、支撑研发、促进可持续性和提高供给链韧性等方面，对电池技能的演化产生了严重影响。这些要素一起能够影响更好的电池技能前进的方向和速度。