ประเภทแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าและลักษณะ

แบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าเป็นจุดหมุนที่สำคัญในอุตสาหกรรมสมัยใหม่ สำหรับรถยนต์ไฟฟ้า หัวใจหลักคือแบตเตอรี่ ซึ่งคิดเป็น 40% ถึง 60% ของต้นทุนรถยนต์ ประเภทแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าแบ่งออกเป็นประเภทต่างๆ ดังต่อไปนี้: แบตเตอรี่ลิเธียมวัสดุแบบ ternary แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟต แบตเตอรี่ลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์ แบตเตอรี่ NiMH ​​เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน เป็นต้น

เส้นทางทางเทคนิคที่สำคัญที่สุดคือเส้นทางแบตเตอรี่ลิเธียมแบบไตรภาคซึ่งตัวแทนโดย CATL และเส้นทางแบตเตอรี่ลิเธียมไออนฟอสเฟตซึ่งตัวแทนโดย BYD บทความนี้จะแนะนำแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้กันทั่วไป 2 ชนิดและประเภทแบตเตอรี่รถยนต์ที่ส่วนหน้าในการพัฒนา

ประเภทแบตเตอรี่รถยนต์ – แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทั่วไป 2 ชนิด

ลักษณะเฉพาะของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเป็นแบตเตอรี่ชนิดหนึ่งที่อาศัยไอออนลิเธียมภายในและอิเล็กตรอนเพื่อเคลื่อนที่ระหว่างขั้วบวกและขั้วลบจากภายนอก แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีความหนาแน่นของพลังงานค่อนข้างสูงและสามารถนำไปรีไซเคิลได้

ข้อดี:

• น้ำหนักเบา: เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ประเภทอื่น แบตเตอรี่ลิเธียมมีปริมาณและน้ำหนักที่น้อยกว่า ซึ่งง่ายต่อการพกพาและใช้งาน
•  พลังงานจำเพาะสูง: แบตเตอรี่ลิเธียมมีพลังงานจำเพาะสูงและสามารถจัดเก็บพลังงานได้มากขึ้น ทำให้เป็นแหล่งพลังงานที่ดีเยี่ยม
• ไม่มีผลหน่วยความจำ: แบตเตอรี่ลิเธียมไม่มีผลหน่วยความจำและไม่จำเป็นต้องคายประจุให้หมดและชาร์จใหม่จนเต็ม ดังนั้นจึงสะดวกกว่าสำหรับผู้ใช้ในการใช้งาน
• ประสิทธิภาพที่เสถียร: อัตราการบริโภคของแบตเตอรี่ลิเธียมค่อนข้างต่ำและอายุการใช้งานยาวนาน วงจรรวมยังสามารถควบคุมพลังงานแบตเตอรี่ได้อย่างมีประสิทธิภาพเพื่อให้มั่นใจถึงเสถียรภาพ
• การปกป้องสิ่งแวดล้อม: แบตเตอรี่ลิเธียมถูกปิดผนึกและไม่มีสารอันตรายอยู่ภายใน ดังนั้นจึงเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากกว่า

ข้อเสีย:

• ไม่ปลอดภัย: แบตเตอรี่ลิเธียมจะไม่เสถียรภายใต้สภาวะที่มีการชาร์จมากเกินไป ปล่อยประจุมากเกินไป และอุณหภูมิสูง และอาจระเบิด ติดไฟ ฯลฯ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้และจัดเก็บอย่างสมเหตุสมผล
• ราคาสูงกว่า: เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ประเภทอื่น ต้นทุนของแบตเตอรี่ลิเธียมจะสูงกว่า
• ไม่เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำ: แบตเตอรี่ลิเธียมไม่เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำมาก เนื่องจากความจุและอายุการใช้งานของแบตเตอรี่จะลดลงภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิต่ำ

แบตเตอรี่ลิเธียมมีข้อดีอย่างมากในด้านน้ำหนักเบา เก็บพลังงานได้สูง มีความเสถียร และไม่มีผลกระทบต่อหน่วยความจำ แต่ในขณะเดียวกันก็มีปัญหาบางอย่างที่ต้องให้ความสนใจ เช่น อันตรายที่ซ่อนอยู่และราคาที่สูง

แบตเตอรี่ลิเธียมไตรภาค

แบตเตอรี่ลิเธียมแบบไตรภาคคืออะไร แบตเตอรี่ลิเธียมแบบไตรภาคหมายถึงแบตเตอรี่ลิเธียมซึ่งวัสดุขั้วบวกคือแมงกานีส นิกเกิล โคบอลต์ลิเธียม

ข้อดี: แบตเตอรี่ลิเธียมไตรภาคมีขนาดเล็ก ประสิทธิภาพวงจรดี และปลอดภัยกว่า เหมาะสำหรับแนวโน้มการพัฒนาแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าในอนาคตมากกว่า แบตเตอรี่ลิเธียมไตรภาคทนทานต่ออุณหภูมิต่ำเหมาะสำหรับสภาพอากาศทางเหนือและแบตเตอรี่จะเสถียรกว่าที่อุณหภูมิต่ำ และอัตราการปลดปล่อยตัวเองต่ำ ไม่มีผลหน่วยความจำ

ข้อเสีย: เสถียรภาพทางความร้อนต่ำ อายุวงจรสั้นกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไออนฟอสเฟต

โมเดลที่เป็นตัวแทนได้แก่: BAIC EV200, BAIC EU260, Tesla Model3 เป็นต้น

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟต

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟตคืออะไร แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟตเป็นแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตเป็นวัสดุขั้วบวก (วัสดุขั้วบวกของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนส่วนใหญ่ประกอบด้วยลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์ ลิเธียมแมงกานีสออกไซด์ ลิเธียมนิกเกิลออกไซด์ วัสดุแบบ ternary และลิเธียมเหล็กฟอสเฟต เป็นต้น)

ข้อดี: มีอายุการใช้งานยาวนานมาก จำนวนรอบการชาร์จสามารถเข้าถึงได้มากกว่า 4,000 ครั้ง และมีประสิทธิภาพด้านความปลอดภัยสูง ในบรรดาประเภทแบตเตอรี่รถยนต์ต่างๆ ที่ใช้ในปัจจุบัน ความเสถียรนั้นดีที่สุด

ข้อเสีย: เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ลิเธียมแบบไตรภาคและแบตเตอรี่ลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์ ยังคงมีช่องว่างขนาดใหญ่ในด้านความหนาแน่นของพลังงาน นอกจากนี้ เมื่ออุณหภูมิต่ำกว่า -5°C ประสิทธิภาพการชาร์จจะลดลง และเมื่ออุณหภูมิต่ำเกินไปก็จะส่งผลต่อความจุแบตเตอรี่

รถยนต์ที่ใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟตไม่เหมาะสำหรับการขับในภาคเหนือ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในภาคตะวันออกเฉียงเหนือและภูมิภาคที่มีอากาศหนาวจัด เนื่องจากอุณหภูมิในฤดูหนาวต่ำเกินไป ซึ่งจะส่งผลต่ออายุการใช้งานของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟต

โมเดลตัวแทน ได้แก่ BYD e6, BYD Qin, BYD Tang เป็นต้น

ประเภทแบตเตอรี่รถยนต์อื่นๆ

แบตเตอรี่ลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์

แบตเตอรี่ลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์เป็นแบตเตอรี่ที่พบได้ทั่วไปในผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ เป็นที่นิยมใช้ในแบตเตอรี่แล็ปท็อป

ข้อดี: โครงสร้างที่มั่นคง การนำไฟฟ้าสูง เทคโนโลยีการผลิตผู้ใหญ่ อัตราส่วนพลังงานสูง ประมาณสองเท่าของแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต

ข้อเสีย: ภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิสูง ความเสถียรของแบตเตอรี่จะแย่กว่าแบตเตอรี่ลิเธียมนิกเกิลโคบอลต์แมงกานีสและแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟต

รุ่นตัวแทน ได้แก่ Tesla MODELS

แบตเตอรี่-NiMH

แบตเตอรี่ NiMH เป็นผลิตภัณฑ์ใหม่ที่พัฒนาขึ้นบนพื้นฐานของแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมในช่วงปลายทศวรรษ 1980 ซึ่งสังเคราะห์ขึ้นโดยไฮโดรเจนไอออนและโลหะนิกเกิล

ข้อดี: แบตเตอรี่สำรองพลังงานได้มาก น้ำหนักเบา อายุการใช้งานยาวนานกว่า ทนทานต่อการชาร์จมากเกินไปและการคายประจุเกิน และไม่มีมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม

ข้อเสีย: ต้นทุนการผลิตสูงเกินไป และประสิทธิภาพแย่กว่า “แบตเตอรี่ลิเธียม”

รุ่นตัวแทน ได้แก่ Toyota Prius, Ford Escape, Chevrolet Malibu เป็นต้น

เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน

แม้ว่าเซลล์เชื้อเพลิงจะมีคำว่า “แบตเตอรี” แต่ก็ไม่ใช่อุปกรณ์กักเก็บพลังงานในความหมายดั้งเดิมแต่เป็นอุปกรณ์ผลิตกระแสไฟฟ้า นี่คือข้อแตกต่างที่ใหญ่ที่สุดระหว่างเซลล์เชื้อเพลิงและแบตเตอรี่แบบดั้งเดิม

เซลล์เชื้อเพลิงคือ “การทดแทนเครื่องยนต์สันดาปภายใน” ในอุดมคติ ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงหลักสำหรับเซลล์เชื้อเพลิง จากมุมมองของความปลอดภัยของเชื้อเพลิง ไฮโดรเจนไม่เป็นพิษและไม่เป็นอันตราย สารตั้งต้นคือน้ำ ซึ่งไม่เป็นพิษและไม่เป็นอันตราย มีสีเขียวและสะอาด

ความหนาแน่นของไฮโดรเจนมีน้อย และเมื่อไฮโดรเจนแรงดันสูงรั่วไหลและเผาไหม้ มันจะก่อตัวเป็นคบไฟขึ้นและไม่แพร่กระจายไปยังบริเวณโดยรอบ ดังนั้นความปลอดภัยของไฮโดรเจนจึงสูงกว่าเชื้อเพลิงฟอสซิล เช่น ก๊าซธรรมชาติและน้ำมัน

ในแง่ของประสิทธิภาพ ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานของเซลล์เชื้อเพลิงอยู่ที่ 50-70% ความหนาแน่นของพลังงานประมาณ 3kW/L และความหนาแน่นของพลังงานของเครื่องยนต์ดีเซลอยู่ที่ประมาณ 1.3kW/L ทำให้เป็น “การเผาไหม้ภายในในอุดมคติ” สารทดแทนเครื่องยนต์” ความหนาแน่นของพลังงานของเซลล์เชื้อเพลิงสามารถเข้าถึง 500Wh/kg วงจรชีวิตมากกว่า 4000 ครั้ง และประสิทธิภาพดีกว่าแบตเตอรี่ลิเธียม

ข้อดี: ความหนาแน่นของพลังงานสูงมาก เวลาในการชาร์จไฮโดรเจนสั้น ตอนนี้ใช้เวลาเพียง 5 นาทีในการเติมลมเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนของญี่ปุ่นด้วยแรงดันสูง และสามารถวิ่งได้ 500 กิโลเมตรเมื่อเติมลม

ข้อเสีย: การใช้ไฮโดรเจนอย่างปลอดภัย ต้นทุนการจัดเก็บและการขนส่งสูง เทคโนโลยียังไม่ได้รับการพัฒนาทางอุตสาหกรรมและยังไม่ได้รับการยืนยันจากตลาด ไม่สามารถเชื่อมต่อกับกริดเพื่อชาร์จไฟได้ ในปี พ.ศ. 2564 รถยนต์พลังงานไฮโดรเจน 2 คันได้เปิดตัวสู่สาธารณะในบางตลาด

ยกตัวอย่างเช่น Toyota Mirai และ Hyundai Nexo แต่ทำตลาดไม่สำเร็จ ในปัจจุบัน การประยุกต์ใช้เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนที่สำคัญอยู่ในด้านของรถยนต์เพื่อการพาณิชย์

การพัฒนาประเภทแบตเตอรี่รถยนต์ส่วนหน้า

แบตเตอรี่โซลิดสเตต

เมื่อเปรียบเทียบกับแบตเตอรี่ของเหลว แบตเตอรี่โซลิดสเตตมีข้อได้เปรียบบางประการ เช่น ระยะการแล่นที่ไกล ต้นทุนต่ำ ความปลอดภัยสูง และอายุการใช้งานที่ยาวนานกว่า อย่างไรก็ตาม ในฐานะที่เป็นเทคโนโลยีใหม่ แบตเตอรี่โซลิดสเตตยังคงอยู่ในขั้นตอนการวิจัยและพัฒนา เทคโนโลยียังไม่เต็มที่ และต้นทุนการผลิตค่อนข้างแพง

ในปัจจุบัน ผู้ผลิตรถยนต์ทั่วโลกกำลังพยายามเอาชนะปัญหาทางเทคนิคของแบตเตอรี่โซลิดสเตต ผู้ผลิตบางราย รวมถึง NIO และ CATL กำลังพัฒนาแบตเตอรี่โซลิดสเตตอย่างจริงจัง ในเดือนกุมภาพันธ์ 2023 David Moss รองประธานอาวุโสฝ่าย R&D ของยุโรปของ Nissan กล่าวว่า Nissan ประสบความสำเร็จในการพัฒนาแบตเตอรี่แบบ all-solid-state

ก่อนหน้านี้ CATL ยังเปิดตัวผลิตภัณฑ์ใหม่ที่เรียกว่า “แบตเตอรี่สสารควบแน่น” ซึ่งมีความหนาแน่นของพลังงานถึง 500Wh/กก. ซึ่งเกือบ 1.5 เท่าของความหนาแน่นพลังงานของแบตเตอรี่ลิเธียมแบบไตรภาคในปัจจุบัน แต่ไม่ใช่แบตเตอรี่กึ่งแข็งในความหมายดั้งเดิม แต่เป็นแบตเตอรี่รูปแบบใหม่

ในปัจจุบัน ระยะทางการขับขี่ของแบตเตอรี่ของเหลวส่วนใหญ่อยู่ระหว่าง 400 กม. ถึง 600 กม. เท่านั้น ในขณะที่ระยะการแล่นของแบตเตอรี่โซลิดสเตตสามารถเกิน 1,000 กม. ได้อย่างง่ายดาย และความเร็วในการชาร์จจะเร็วกว่าแบตเตอรี่ของเหลวถึงสามเท่า

หากมีการใช้แบตเตอรี่โซลิดสเตตอย่างแพร่หลายในรถยนต์ไฟฟ้า จะช่วยเร่งการพัฒนารถยนต์ไฟฟ้าได้อย่างมาก

แบตเตอรี่กราฟีน

แบตเตอรี่กราฟีนเรียกอีกอย่างว่าทองคำดำ: เป็นแบตเตอรี่พลังงานใหม่ที่พัฒนาโดยการเพิ่มกราฟีนลงในแบตเตอรี่ลิเธียม แบตเตอรี่กราฟีนมักใช้ในอวกาศและการใช้งานอื่นๆ

ข้อดี: แบตเตอรี่ใหม่นี้ลดชั่วโมงการชาร์จลงเหลือน้อยกว่าหนึ่งนาที การเพิ่มกราฟีนลงในแบตเตอรี่ลิเธียมสามารถช่วยให้แบตเตอรี่ลิเธียมลดความร้อนในกำลังการผลิต ลดการสูญเสียพลังงาน หลีกเลี่ยงการสิ้นเปลืองพลังงานจำนวนมาก ลดความเสียหายจากความร้อนของแบตเตอรี่ และยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่

ข้อเสีย: ราคาสูงเกินไป ประมาณ 2,000 หยวน/กรัม และไม่สามารถใช้ได้ในปริมาณมากในปัจจุบัน

จากประเภทแบตเตอรี่รถยนต์ต่างๆ ที่กล่าวถึงข้างต้น ประเภทแบตเตอรี่รถยนต์หลักในตลาดปัจจุบันส่วนใหญ่เป็นแบตเตอรี่ลิเธียมแบบไตรภาคและแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟต อย่างไรก็ตาม ยานพาหนะไฟฟ้าที่เพิ่งเปิดตัวส่วนใหญ่ส่วนใหญ่ใช้แบตเตอรี่ลิเธียมแบบไตรภาคเหตุผลหลักคือความหนาแน่นของพลังงานแบตเตอรี่ของแบตเตอรี่ลิเธียมแบบไตรภาค นั้นสูงกว่าลิเธียมเหล็กฟอสเฟตมากและอุณหภูมิต่ำจะเสถียรกว่า

อย่างไรก็ตาม จากมุมมองทั้งสองด้านของความปลอดภัยและอายุการใช้งานซ้ำๆ ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟตนั้นดีกว่าของแบตเตอรี่ลิเธียมแบบไตรภาค

ขับเคลื่อนด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและตลาด เชื่อว่าวันหนึ่งแบตเตอรี่ประสิทธิภาพสูงจำนวนมาก (เช่น แบตเตอรี่ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์และแบตเตอรี่ชีวภาพ) จะถูกนำมาใช้ในรถยนต์ไฟฟ้า