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2026-02-03 09:38:13
影响电动汽车电池储能体系（BESS）功能的有几个重要要素。这些包括循环寿数、充放电功率、自放电、作业温度规模和过充耐受性。了解这些特性关于前进电动汽车的功能和可继续性至关重要。以下章节将详细剖析电池技能的演变。剖析最终根据定性要素对要害电池技能进行了比较评价。本剖析的数据来源于先前的研讨[23, 30, 65, 90, 91]，并以一种新的方式出现它们，以满意论文的方针。表2展现了要害绩效目标的比照，而图4展现了后续环境和经济目标的比照。
比照：不同电池技能的要害功能目标，数据根据现有文献解读 [23, 30, 65, 90, 91].
| 无性向 | 电池类型 | 密度 | 循环寿数（×100） | 充放电功率（%） | 自放电（%/月） | 作业规模（°C） | 过充耐受性a | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 能量（瓦时/千克） | 功率（W/kg） | |||||||
| 曩昔 | 铅酸 | 30–50 (L) | 80–160 (M) | 3–5 (L) | 约75 (L) | L-M | -20至+45 (A) | H |
| 镍镉 | 35–80 (L) | 120–150 (M) | 8–20 (H) | ∼80 (L-M) | M-H | 0到+50 (A) | M-H | |
| 镍氢（Ni-MH） | 60–120 (M) | 150–450 (高) | 3–15 (M) | 约85 (M) | H | 0到+50 (A) | L-M | |
| 当时 | 锂离子（磷酸铁锂） | 120–200 (H) | 180–220 (H) | 20–80 (VH) | ∼92（H） | L | -20 至 +40 (A) | L |
| 锂离子（NMC） | 150–220 (H) | 180–270 (H) | 20–25 (H) | ∼94 (H) | L | -20至+50 (A) | L | |
| 锂离子（钛酸锂） | 60–110 (M) | ∼VH | 40–90 (高难) | ∼95 (VH) | VL | -40至+60（E） | L | |
| 锂聚合物（钴酸锂） | 120–220 (H) | 220–330 (H) | 10–22 (H) | ∼92（H） | L | −20至45（A） | L | |
| 锂金属（LMO） | 100–150 (M) | 160–230 (H) | 约L | ∼95 (VH) | VL | -40 至 +85 (E) | 不适用 | |
| 未来 | Li-S | 约450 (VH) | ∼H | ∼15 (M) | ∼87 (M-H) | 不适用 | -20 至 +70 (E) | L |
| 锂-氧2 | ∼5000 (Ex) | ∼M | 约5 (L) | 约75 (L) | 不适用 | -50至+90 (E) | 不适用 | |
| 锌空气 | 约450 (VH) | ∼M | 3–10 (M) | 约90（高） | 不适用 | -20 至 +70 (E) | 不适用 | |
| Na-S | 115–200 (H) | 120–180 (M) | 8–30 (H) | 约85 (M) | 不适用 | +270 to +350 (Ht) | 不适用 | |
| 钠离子 | 100–160 (H) | ∼VH | 5–20 (高) | ∼95 (VH) | VL | -20至+50 (A) | L-M | |
粗体值表示最高值。
VL，极低；L，低；M，中等；H，高；VH，极高；A，环境；E，扩展；Ht，高温；Ex，优异/基准。
a充电超越标称容量且充电速率较高。
能量密度是指电池单位质量[瓦时每千克 (Wh/kg)]或单位体积[瓦时每升 (Wh/L)]所贮存的能量，关于长时储能至关重要。更高的能量密度能够在相同体积或分量下贮存更多能量，然后前进储能体系的紧凑性和功率 [92, 93]. 电动汽车必须具有高能量密度，以便在有限的体积和分量内贮存尽或许多的能量。此外，高能量密度使电动汽车能够在不明显增加电池体积或分量的状况下完成更长的续航路程 [94–96].
然而，优化能量密度仍然是一个重大挑战。当时的锂离子电池技能在使用易燃液体电解质方面存在局限性，这在特定条件下会带来安全危险 [97]。资料科学的前进，特别是对固态电池和下一代电池技能的探索，能够在前进能量密度的一起增强安全性。根据锂金属负极的固态电池因其更高的理论容量而展现出前景 [97]. 此外，办理和使用存储能量的体系，如电池办理体系，也能够施行能量密度优化战略。总之，其优化取决于资料的继续前进、立异的动力办理体系开发，以及专注于减轻电池相关分量的规划考量。
另一方面，功率密度显现了单位质量（W/kg）或体积（W/L）下电池能量转移的速度 [92, 93]。它关于高速充放电运用至关重要。它是储能体系单位体积或质量所能供给或接纳的功率（单位时间内的能量）量。更高的功率密度意味着它能够快速释放或吸收能量。高功率密度完成了快速充放电，使电池适用于电动汽车和电网级装置等运用 [98, 99]. 在电池规划中，平衡这些特性至关重要，新兴资料研讨显现了在不牺牲能量密度的状况下前进功率密度的潜力。这两种特性都是ESS规划和选型中的重要考量要素，由于它们会影响功能、功率、尺度、分量和本钱。
电动汽车电池中功率密度的重要性怎么强调都不为过。例如，在急加快或急刹车时，微弱的功率输出关于坚持顺畅的驾驶体会和延伸车辆续航路程至关重要。因而，优化功率密度关于前进电动汽车的功能至关重要。咱们能够选用多种战略来优化功率密度。首要，在混合储能体系（ESS）中将电池与超级电容器集成是一种很有前景的办法。超级电容器与电池在混合配备中能够平衡加快或减速时的功率需求，而电池则用于贮存长距离行进所需的能量[100]. 其次，化学资料的改善，例如由镍、锰、钴（NMC）制成的锂离子电池，能比旧款锂离子电池发生更大的功率 [101]. 固态电池（SSB）的新进展也或许有所协助，由于它们能在坚持高功率密度的一起，下降运用液态电解质带来的危险 [102]. 总之，经过选用混合储能体系（ESS）并改善电池化学技能来优化功率密度，是前进功率密度和改善电动汽车驾驶体会的要害战略。
电动汽车电池储能体系的循环次数指的是电动汽车电池组反复充放电以供给动力的进程。驾驶环境、地势和驾驶形式等多种要素会影响电池在这些循环进程中的体现 [103, 104]。规划一种能保证正确充放电流程的循环电池测验仪，关于测验电动汽车所用的锂离子电池至关重要 [105, 106]。将退役电动汽车的锂离子电池组用于固定式运用，能够前进动力功率和资料的可继续性 [107, 108]. 立异办法，例如运用氢气作为燃料的液流电池，展现出高效且可继续地为电动汽车供电的潜力[109].
根据Keil和Jossen [110] 的说法，一种办法是运用先进的电池办理体系，监控温度、荷电状况（SOC）和放电深度（DOD）等参数。这些体系有助于缓解热失控和过度放电等问题，这些问题会加快电池老化。Jung等人的 [111] 研讨还标明，运用车网互动（V2G）技能能够经过减少高负载时段的电池压力来改善电池充放电形式，然后节省电池容量并延伸其运用寿数。例如，施行V2G体系已被证明可将电动汽车电池的循环寿数前进约7.7%，凸显了将电网服务整合到电动汽车运营中的潜在益处。猜测剖析和建模办法，如运用无迹卡尔曼滤波器的办法，也被用于更精确地预算电池的剩余运用寿数（RUL）。精确的剩余运用寿数猜测能够完成及时的保护和电池健康状况的主动办理，然后前进安全性和功率112]. 总之，电动汽车电池的循环寿数至关重要，由于它不只影响电动汽车运营的经济可行性，还在环境可继续性方面发挥着要害作用。经过V2G和猜测建模等先进的电池办理技能来优化循环寿数，为前进电动汽车的全体功能供给了一种多性向的途径。
储能体系的充放电功率是指体系在充放电进程中转化电能的有用性，以百分比（%）表示。较高的功率值意味着可使用的能量更多。较低的功率值则标明充放电进程中能量丢失较大。高效的储能体系运转必须平衡荷电状况（SOC），并优化功率以完成体系功能 [113]。最优的储能体系运转触及平衡荷电状况（SOC）并最大化体系功能 [114]. 充放电功率关于电网安稳、可再生动力整合和电动汽车等节能运用至关重要。从数学视点，充放电功率 (η) 可表示为：
一个重要的要素是这些步骤中丢失的能量，这或许由电池的化学特性、温度以及所运用的充电架构等要素引起 [115]。有几种战略能够优化充放电功率。首要，电池办理体系方面的改善能够操控不同的要素，如荷电状况（SOC）和放电深度（DOD），然后使电池寿数更长、功能更优 [116]。使用车网互动（V2G）等技能能够更灵活地调整充电时间表，然后下降电网的峰值负荷需求，全体上前进动力功率 [117]. 此外，加强对电池化学和规划的关注至关重要，特别是在开发锂离子电池方面。前进能量密度一起坚持功率的立异，有助于抵消充放电循环中的能量丢失 [118]. 此外，集成先进的冷却体系以在充放电进程中维持最佳作业温度，能够进一步前进电池功能 [119]. 总之，充放电功率不只是一项功能目标，还极大地影响电动汽车的经济可行性和环境可继续性。前进这一功率的战略涵盖了先进的电池办理与算法操控，以及电池技能和热办理的立异。随着电动汽车市场的增长，优先考虑这些优化措施关于电动汽车的可继续性和普及至关重要。
储能体系（BESS）中的自放电是指即便在没有外部负载连接的状况下，由于体系内部的化学反响或走漏进程而导致存储能量随时间丢失的现象 [120]。这种存储电荷的丢失或许发生在各种电池技能中，某些电池的自放电率甚至超越每天存储能量的50% [121]. 咱们能够在无负载状况下测验必定时间内的自放电。这反映了电池内部发生的化学和电化学反响，这些反响受资料纯度、表面积以及电解液成分等要素影响 [122]. 自放电测验体系经过丈量放电进程中的电流，能够精确高效地评价自放电率，是办理自放电的一种办法 [123]。除颤体系中的自放电办法也触及分步放电储能电容，以避免其过热和损坏，并最大极限地使用能量放电[120, 124].
电池能够经过多种战略优化其自放电功率。一种办法是施行有用的电池办理体系（BMS）。杰出的BMS能够实时监控电池的荷电状况（SOC）和电池单元的健康状况。这使其能够履行比如电池均衡等操作，经过保证电池单元坚持在正确的充电水平来避免自放电 [125]. 此外，电池体系内的热办理至关重要，由于过热会增加自放电率。高效的冷却技能能够维持最佳作业温度，前进电池安稳性并下降自放电率 [126]. 此外，经过电池化学和规划改善的办规律侧重于运用自放电率较低的资料。Cui [127]指出，SSBs（固态电池）选用固态电解质，与传统锂离子电池比较，具有更低的自放电率和更高的能量密度。这些前进有望明显前进电动汽车电池的功率和功能，以满意日益增长的动力办理和可继续性需求。总之，自放电功率是影响电动汽车电池功能的要害要素。前进自放电功率能改善电动汽车的续航路程和本钱效益，关于构建可继续的交通生态体系至关重要。
电动汽车储能体系（ESS）电池的特性中，作业温度规模关于完成最佳功能和延伸运用寿数至关重要。电动汽车电池可在较宽的温度规模内作业，一般为-30°C至50°C，这会影响其容量、内阻和功率特性[128, 129]。将电池坚持在最佳温度规模内关于完成高能量功率和循环寿数至关重要[3, 130]。热办理体系（TMS）可避免温度过高[2, 131]. 确认电池的作业温度规模（介于10°C至40°C之间）关于保证电池在各种环境中正常运转至关重要 [128]. 温度会影响电池功能；低温会下降容量并阻碍电动汽车运转，因而需要高效的热办理体系来前进车辆续航路程和功能 [132].
最佳作业温度规模和有用的热办理体系至关重要。在研讨中，Chan等人. [133] 提出了该体系的意图是将电池的作业温度维持在安全且最佳的规模内。该规划可将电池组坚持在25°C的最佳作业温度，下降电池热失控的发生率，并为最大化功率、安全性和保护本钱供给了解决方案。此外，先进的电池办理体系在温度调理方面起着至关重要的作用。此外，Harippriya等人 [134] 提出了先进的电池办理体系在温度调理方面的运用。现代电池办理体系能够根据驾驶形式和环境条件猜测温度波动，然后采取预防措施，下降电池单元过热或低温的危险。经过操控电池温度，这些体系能够延伸电池寿数，前进安全性和功能，然后延伸车辆的续航路程。总之，维持电动汽车电池的最佳作业温度关于最大化功率和安全性至关重要。先进的热办理技能和电池办理体系（BMS）技能是应对这一挑战的有用解决方案，有助于解决这些电池在运转进程中面对的多样化热环境问题。
当触及到电动汽车（EV）储能体系（ESS）的电池时，“过充耐受性”指的是电池在不影响其安全性和功能的状况下，应对和减轻过充不良影响的才能[135, 136]。研讨人员发现，不同类型的电池单元，如棱柱形电池和软包电池，在过充时的反响有所不同[137]。在热行为和过充耐受性方面，软包电池在某些阶段的体现优于棱柱形电池。然而，棱柱形电池中的安全阀机制使其在前期预警和阻止热失控方面体现更佳[138]. 研讨还标明，即便是轻微的过充也会加快电池容量的衰减并缩短其循环寿数。关于高功率电池的正极资料而言，这一点尤为明显 [139]. 经过选用高频振动信号来检测过放问题等办法，能够前进电动汽车中锂离子电池的安全性和可靠性 [140].
可施行要害优化战略以增强过充耐受性并缓解相关危险。一种有用的办法是增加氧化复原络绎增加剂，当电池电压接近危险阈值时，它们会作为电流分流器发挥作用，然后避免过充。氧化复原络绎物质可在正极氧化并在负极复原，然后有助于将电池坚持在其安全电压作业规模内 [141]。此外，磷酸铁锂 (LiFePO4) 等资料比传统的钴酸锂电池具有更好的过充耐受性，在乱用条件下能供给更佳的安全功能。此外，配备实时监控功能的电池办理体系能够检测过充状况并相应调整充电协议，然后防范潜在危险 [142]. 总之，过充耐受性关于电动汽车电池的安全性和运用寿数至关重要。立异资料、氧化复原络绎增加剂、有用的热办理和先进的电池办理体系相结合，能够明显优化过充功能，然后前进电动汽车的安全性并延伸电池的运用寿数。
电池收回与可继续性是至关重要的议题，由于电池废物的不妥处置会带来环境和健康危险。电池，尤其是锂离子和铅酸电池，含有有毒重金属和其他危险物质，这些物质或许会进入环境，造成污染和健康损害。有用的收回和办理战略关于减轻这些危险并促进可继续资源使用至关重要。电池收回触及处理危险物质，如果办理不妥，会带来重大的环境和安全危险。这些包括火灾危险、化学灼伤以及污染[143].
电池，特别是锂离子电池的收回办法，关于减轻环境影响和收回有价值的资料至关重要。首要办法包括化学、物理和直接收回技能，每种办法都有其共同的优缺陷，如表3所示。表3 [9, 143–149]。火法冶金工艺经过高温熔炼别离金属，但往往导致锂收回不彻底并发生很多排放[148]. 湿法冶金触及使用化学反响别离电池组件，能够有用收回镍、钴和锰等金属[147]. 然而，该办法能耗高且或许发生危险废物。近期的进展带来了立异办法，侧重于直接收回，保存正极资料的原始结构，然后在无需很多处理的状况下完成废旧资料的再生[149] (表4).
各种电池收回技能的优势、劣势与挑战，数据解读根据现有文献[9, 143–149].
| 技能 | 进程 | 优点 | 缺陷 | 挑战 |
|---|---|---|---|---|
| 化学收回 | 火法冶金 |
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| 湿法冶金 |
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| 直接收回 | 立异办法 |
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比较：电池技能的要害环境和经济要素，数据根据现有文献解读 [23, 30, 65, 90, 91].
| 无性向 | 电池类型 | 收回（等级） | 本钱（欧元/千瓦时）a | 毒性/损害 | 技能成熟度 |
|---|---|---|---|---|---|
| 曩昔 | 铅酸 | S (Cp) | 约255 (L-M) | H/F/P/C | H |
| 镍镉 | S (Pa) | 约540（百万） | H/P/C | H | |
| 镍氢（Ni-MH） | N（帕斯卡） | ∼M-H | 信用证 | M | |
| 当时 | 锂离子（磷酸铁锂） | N（帕斯卡） | 约425（兆） | 长/宽/高 | M |
| 锂离子（NMC） | T (Pa) | 约985 (H) | M/Fb/C | M | |
| 锂离子（钛酸锂） | T (Pa) | ∼625 (M-H) | L | L-M | |
| 锂聚合物（钴酸锂） | T (Pa) | ∼M-H | M/Fb/C | M | |
| 锂金属（LMO） | 不适用 | ∼M | L/F | L-M | |
| 未来 | Li-S | T (Pa) | ∼L-M | 信用证 | L |
| Li-O2 | 不适用 | ∼L-M | 信用证 | L | |
| 锌空气 | N（帕斯卡） | 约L | 信用证 | L | |
| Na-S | T (Pa) | 约L | L/Fc/C | L-M | |
| 钠离子 | (Pa/CP | 约L | L/Fc | L-M |
L，低；M，中；H，高；S，简单/已建立；N，正常/中等；T，困难；F，火灾/爆破；P，中毒；C，化学灼伤/腐蚀性/烟雾/污染；Cp，彻底；Pa，部分/不彻底。
a2022-23 年的标准、解释性及相对收购本钱，由主流供应商（宁德时代、CALB 等）确认，并顺便预期猜测。
b与有机溶剂相关，其具有高度易燃性，此外，金属元素（阳极）若触摸水也会起火。
c与熔融钠及其残留物相关，走漏时或许导致短路。
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