靈巧型便攜式電子產(chǎn)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(dāng)年的“大哥大”是相當(dāng)“粗大、笨重”,而今天的手機(jī)是如此的輕巧。其中電池的改進(jìn)是起了重要作用的:過去是鎳鎘電池,現(xiàn)在是鋰離子電池。
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(jié)5號鎳鎘電池約重23g,而一節(jié)5號鋰-二氧化錳電池約重18g。一節(jié)鋰-二氧化錳電池為3V,而兩節(jié)鎳鎘電池才2 4V。所以采用鋰電池時電池數(shù)量少(使便攜式電子產(chǎn)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(wěn)定、工作溫度范圍寬、自放電率低、儲存壽命長、無記憶效應(yīng)及無公害等優(yōu)點。鋰電池的缺點是價格昂貴,所以目前尚不能普遍應(yīng)用,主要應(yīng)用于掌上計算機(jī)、PDA、通信設(shè)備、照相機(jī)、儀器等。隨著技術(shù)的發(fā)展、工藝的改進(jìn)及生產(chǎn)量的增加,鋰電池的價格將會不斷地下降,應(yīng)用上也會更普遍。
相對于12V微混系統(tǒng)的優(yōu)勢,德爾福派克亞太區(qū)新能源產(chǎn)品經(jīng)理洪英林給我們舉了一個例子:“比如說空調(diào),傳統(tǒng)汽車在等紅燈的時候,發(fā)動機(jī)處于怠速,皮帶驅(qū)動的空調(diào)壓縮機(jī)可以繼續(xù)工作,空調(diào)照樣制冷。但是對于有啟停功能的車來說,等紅燈時需要轉(zhuǎn)換到電動空調(diào),不然乘客就要忍受等紅燈或堵車的時候沒有空調(diào)的環(huán)境。一個電動空調(diào)壓縮機(jī)的功率低要2.5kw,如果用12V供電,電網(wǎng)就難以承受,用48V就沒有問題了。此外48V一側(cè)還可以給主動懸架,電動轉(zhuǎn)向,電動暖風(fēng)等供電?!?/p>
目前日本市場上的主流是配置100V以上高電壓型電池的強(qiáng)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(tǒng)也會增加成本,但是相對于純電動汽車或強(qiáng)混汽車的成本來說,48V系統(tǒng)可節(jié)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(tǒng)規(guī)格的關(guān)鍵之一在于鋰離子電池技術(shù),鋰離子電池技術(shù)可提供較鉛酸化學(xué)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(fù)載(如前排座椅加熱、可加熱式擋風(fēng)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(yīng)用的時候,能量密度這個指標(biāo)比容量更具有指導(dǎo)性意義。
基于當(dāng)前的鋰離子電池技術(shù),能夠達(dá)到的能量密度水平大約在100~200Wh/kg,這一數(shù)值還是比較低的,在許多場合都成為鋰離子電池應(yīng)用的瓶頸。這一問題同樣出現(xiàn)在電動汽車領(lǐng)域,在體積和重量都受到嚴(yán)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(xiàn)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(dá)到500公里(與傳統(tǒng)燃油車相當(dāng)),電池單體的能量密度必須達(dá)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(yuǎn)低于集成電路產(chǎn)業(yè)的摩爾定律,這就造成了電子產(chǎn)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(kuò)大。