鉅大LARGE | 點擊量：1784次 | 2021年08月26日
動力電池的能量消耗分析
電動汽車(bEV)是指以車載電源為動力，用電機驅動車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項要求的車輛。由于對環(huán)境影響相對傳統(tǒng)汽車較小，其前景被廣泛看好，但當前技術尚不成熟。
在我國政府的大力推動下，國內電動汽車迅速發(fā)展，相比于傳統(tǒng)的燃油汽車電動汽車具有諸多優(yōu)點，例如加速性能好，行駛靜謐，零排放等，因此不僅僅在我國，在全世界范圍內，電動汽車的市場份額都在快速新增。據(jù)相關機構預測，全球電動汽車的銷量在2020年將達到1300萬輛，而到2030年將達到2.3億輛，隨著電動汽車的大規(guī)模普及，在2030年，可以使的美國的溫室氣體排放量相比于2005年減少20%-69%。
雖然電動汽車不會筆直排放有害氣體和污染物等，但是實際上在電動汽車的加工和使用過程中依然會間接的出現(xiàn)一定污染，例如電動汽車所用的鋰離子電池在加工過程中要消耗大量的能量，在電動汽車使用過程中還要對鋰離子電池進行充放電，這些都會消耗能量，從而間接的出現(xiàn)污染物的排放。
在鋰離子電池的加工過程中，緊要能耗發(fā)生在正、負極材料加工，電極涂布后的烘干過程和電池加工過程中干燥間干燥機組運行等過程。目前電動汽車緊要分為三大類：混合動力汽車、插電式混合動力汽車和純電動汽車，這些汽車蘊含眾多的鋰離子單體電池，例如日產leaf電動汽車的24kWh電池模塊，就蘊含192只單體電池，重達640磅，ChevroletVolt的16kWh電池模塊，蘊含288只電池，重達435磅，如此眾多的鋰離子電池在加工過程中必然要消耗大量的能量，但是以往估算動力鋰離子電池包的加工量耗中，由于缺乏筆直的廠數(shù)據(jù)，加工過程中的能耗往往是通過估算進行的，因此得出的數(shù)據(jù)也有很大的差異。
美國凱斯西儲大學大學的ChrisYuan筆直從JohnsonControlInc.公司采集了加工數(shù)據(jù)，基于工業(yè)加工過程對24kWh鋰離子電池包的加工量耗進行了分解。24kWh鋰離子電池模塊的加工量耗緊要分為三大部分：電池材料的加工消耗29.9GJ，鋰離子電池的加工消耗58.7GJ，電池包的組裝消耗0.3GJ能量。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
電池材料加工量耗
ChrisYuan分解的24kWh鋰離子電池模塊的鋰離子單體電池采用的為錳酸鋰正極和石墨負極，首先我們一起分解電池中的原材料加工的能耗。在鋰離子單體電池中，正極的組成比例為LMO：炭黑：pVDF=89:6:5，負極組成為：石墨：CMC=95:5，負極正極容量比為1.2，還蘊含電解液，隔膜，集流體、電池外殼，每只單體電池重量為868g，然后12只單體電池連接為電池模塊，16個模塊連接為電池包，再加入bMS，冷卻系統(tǒng)。因此，在一個電池包中蘊含192只單體電池，電池包總重量為221.6kg，其中，單體電池166.6kg，冷卻系統(tǒng)8.9kg，bMS8.5kg，結構件37.6kg，電池包不同部分的重量比例入下圖所示。
對各個材料的加工量耗進行計算發(fā)現(xiàn)，LMO正極材料的加工耗能最高達到4890MJ，而石墨負極加工的耗能僅為1671MJ，銅和電池包結構件的耗能也分別達到了4737MJ和4241MJ，因此加工一個24kWh的電池包，原材料的耗能為29.9GJ。
鋰離子電池加工過程中的能耗
鋰離子電池的加工過程如下圖所示，緊要蘊含勻漿、涂布和烘干，分切，電芯卷繞，電池裝配，以及注液和化成等過程，其中能耗比較高的部分緊要是電極的烘干過程和電池加工過程中干燥間的干燥機組運行成本，例如一個可以每天加工400只電池的干燥間，干燥機組和鋰離子電池加工設備的運行功率達到64.8kW
鋰離子電池加工過程中每個步驟的能耗，如下表所示，其中有38%的能量消耗在了電極干燥過程，43%消耗在干燥間的運行中，整個24kWh電池包消耗在單體電池加工過程中的能耗為58.7GJ。
電池包的組裝能耗
由于電池包的組裝緊要由人工完成，因此能耗僅為0.03kWh/kg，因此整個24kWh電池包的電池包裝能耗也僅為0.3GJ。
從上述分解可以看到，整個24kWh電池包加工過程中總的能耗達到了88.9GJ的能量，其中緊要是單體電池加工和原材料的加工過程能耗較高，不同部分的加工量耗占比如上圖所示。ChrisYuan的研究還發(fā)現(xiàn)，環(huán)境溫度和pVDF膠液的濃度對鋰離子電池加工過程中的能耗影響比較大，例如當環(huán)境溫度從10℃提高到25℃后干燥間的能耗下降了8%。環(huán)境濕度也對加工量耗有著顯著的影響，將pVDF膠液濃度從4%降低到2%，電池包的加工量耗可以從50.1kWh/kg下降到40.5kWh/kg。
