汤浅蓄电池放电曲线图
汤浅蓄电池的额定容量C,单位安时(Ah),它是放电电流安(A)和放电时间小时(h)的乘积。由于对同一个电池采用不同的放电参数所得出的Ah是不同的,为了便于对电池容量进行描述、测量和比较,必须事先设定统一的条件。实践中,电池容量被定义为:用设定的电流把电池放电至设定的电压所给出的电量。也可以说电池容量是:用设定的电流把电池放电至设定的电压所经历的时间和这个电流的乘积。
了设定统一的条件,首先根据电池构造特征和用途的差异,设定了若干个放电时率,**常见的有20小时、10小时时率、电动车专用电池为2小时率,写做C20、C10和C2,其中C代表电池容量,后面跟随的数字表示该类电池以某种强度的电流放电到设定电压的小时数。于是,用容量除小时数即得出额定放电电流。也就是说,容量相同而放电时率不同的电池,它们的标称放电电流却相差甚远。比如,一个电动自行车用的电池容量10Ah、放电时率为2小时,写做10Ah2,它的额定放电电流为10(Ah)/2(h)=5A;而一个汽车启动用的电池容量为54Ah、放电时率为20小时,写做54Ah20,它的额定放电电流仅为54(Ah)/20(h)=2.7A!换一个角度讲,这两种电池如果分别用5A和2.7A的电流放电,则应该分别能持续2小时和20小时才下降到设定的电压。
笔者曾经测试过松下NCR18650电芯,松下电芯的高品质给笔者留下深刻印象。NCA正极材料的实际应用是有相当技术含量的,而这正是松下的核心技术之一。之前,Samsung SDI以年薪60万美金从松下挖到一位NCA电芯**,足以说明NCA电池生产技术的含金量。
松下使用的NAC正极材料是由日本住友金属矿山(SMM)生产的,SMM是目前全球**的NCA正极材料生产商,而松下是其**客户。当然我们也要清醒地认识到,由于NCA的安全性以及长期循环性问题,单独使用NCA制作大容量动力电池是不适合的, LMO少量地混合NCA是一个切实可行的动力电池解决方案。
很多读者对于Model S 483Km**理论行驶感到兴奋鼓舞,认为电动汽车在行驶里程上终于可以跟普通轿车匹敌了,但笔者个人认为,对这个问题我们要冷静分析。7623颗松下3.1Ah18650电芯的重量占到了整车净重的16%,这个数值比普通轿车发动机的重量比例还高,而且Pack + BMS额外还要额外消耗10%的重量。那么我们就可以很清楚地看到,Model S的实际上通过牺牲有效载荷为代价,来提高续航里程的。根据BMW的计算,消费者对纯电动汽车可接受的**实际行驶里程是300Km,如果在保持动力电池组的重量跟现有汽车的发动机+油箱差不多的情况下,动力电池系统的能量密度就要达到250Wh/Kg 的水平。事实上, Tesla的实际数据和BMW的计算结果非常接近。Model S在实际工况下350Km左右的续航里程仅仅是刚刚满足消费者**需求而已,并且这还是在较大幅度牺牲有效载荷的前提条件下实现的。当然了,Tesla 定位是高级跑车,有效载荷低并不是大问题,但对于定位为家庭轿车的普通电动汽车而言,这就成了一个很大的缺点了。
那么Model S的续航里程还有没有进一步提升的空间?由于续航里程跟电池组能够提供的能量成正比,所以要么保持电池数目不变而提高18650电芯的能量密度,要么增加电池的数量。如果简单增加电池数量,那么必然导致整车重量有较大增加而进一步压缩目前本来就不高的有效载荷量,所以笔者个人认为这个方向行不通。那么,**可行的就只有进一步提升单体电芯的能量密度这一条路了。
我们从表2可以看到,2012年下半年松下已经量产了3.4Ah18650电芯,能量密度较3.1Ah有5%的提升。如果采用新型3.4Ah电芯,相应的续航里程可以增加5%,但是这点提高在笔者看来基本上没有什么实质性的意义。
当然有读者可能会说,Tesla将来可能会选用松下在2013年下半年才小批量试生产的4.0Ah超高容量18650电芯。笔者个人认为这个可能性很小,因为其能量密度只有252 Wh/Kg,比3.4Ah电芯的265 Wh/Kg反而降低了5%。为什么4.0Ah电芯容量比3.4Ah电芯增加了18%,而能量密度却反而降低了呢?这是因为4.0Ah高容量电芯采用Si/C复合负极导致平均工作电压降低了0.2V,并且电芯重量较大幅度增加,这两个因素抵消了容量增加对能量密度提升的贡献。另外,根据笔者测试经验,基于Si/C复合负极的容量型电芯,目前而言循环性很难超过500次,这显然是无法满足EV使用要求的。
从上面的分析我们可以看到,Tesla 的续航里程实际上已经达到了一个瓶颈,这个瓶颈的本质就是目前锂离子电池的实际能量密度水平已经接近极限,再进一步提升的空间非常有限。如果从电化学原理的角度思考,这个问题并不难理解,化学电源的能量密度增加并不遵循摩尔定律。所以,笔者不认为Tesla未来会在续航里程这个**关键技术指标上取得突破性进展,除非采用能量密度比锂电更高的新一代电化学储能体系。新一代电化学储能体系会是什么?锂硫和锂空是否有可能?目前看来可能性很小。理论上,只有燃料电池(FC)可以让EV行驶里程接近目前普通轿车的水平,但燃料电池跟锂电在原理和工作方式上有本质的不同。
汤浅蓄电池组目前是8年质保期,如果按照1700次循环,计算下来每年可以循环200次多一点。那么对应每个循环的使用时间就是365天÷200周=1.82天/周,也就是说Model S每天可以驾驶的理论**里程为480Km÷1.82day=263Km/day。那么,263Km对于美国人而言是否够用呢?根据一项调查结果显示, 中国人每天坐公交或者开车来回上下班可以接受的平均距离是30Km,这个距离意味着每天来回至少有2 小时消耗在路上,而极限距离是5 0 K m , 相当于每天耗费3小时在路上,这个距离或者时间身体会明显感觉疲惫。
而对于美国人而言,由于人口密度小以及美国的汽车文化,使得美国人的居住到工作距离大大延长,这两个距离就相应地扩大到80Km和120Km了。我们可以看到,一天240Km的行程, ModelS是完全可以胜任的。也就是说,Model S 8年的电池质保是通过计算制定出来的,**不是Musk拍脑袋瓜子想当然的结果。当然,8年的电池质保,跟我们一般设想的电动车电池10年的基本使用要求还有一定距离。
USB-U充电器设计支持2.5V-4.5V使用电压,虽然略微超过这一范围也能够工作,但性能则略受影响。这就意味着,3节AA电池足以供应所需电力。如果需要,也可以使用锂离子电池或锂聚合物电池。因为AA电池到处都能买到,你基本上拥有了一个不会断电的充电器。
工作原理
3节AA电池为USB-U充电器供电,使用DC/DC升压转换器LT1308,将电压转换为5V,虽然两节电池也能工作,但只能支撑很短时间。在充电器内部,将会创造一个小型磁场,根据电磁感应原理,将磁能转换为电能,存储在缓冲电容器中,然后再重新创建磁场。
它和其他USB充电器有什么不同?
1、组装便捷。USB-U充电器的所有组件都配有穿孔,组件十分便捷,而且益智趣味十足。这款可以DIY的电器设备特别适合极客或动手控。
2、仅需AA电池。电池没电后,只需要打开盖子,直接更换新电池。锂电池类充电器就只能“干瞪眼”了。
3、更高充电电流。以1A电流充电,充电时间是其他充电器的一半,**给电子产品充满电量。
4、自带LED灯。USB接口旁边还特别实用的配有LED灯,作为闪光灯使用,方便用户在黑暗环境下使用。
可以给哪些设备充电?
USB接口的内部电路与5W苹果充电器相同,苹果设备可以使用这款充电器。未来,将测试支持更多USB设备。
3节AA电池能充电几次?
以iPhone5为例——它的电池容量为1440毫安时,电池电压为3.7V。1节普通AA电池电量约为1500毫安时,按3节AA电池100%放电用于供电,可为iPhone5充电一次。再考虑到发热、跑电等损耗,3节AA电池也基本可以满足iPhone5的需要了。