“宁王”的凝聚态电池打败了固态电池,却打败不了增程车



目前规模化量产电池最高能量密度水平宁德时代凝聚态电池,单体能量密度高达500Wh/kg,创造性地实现电池高比能与高安全兼得,并可快速实现量产。这是中国能源科技领先的有力实证。从量产和能量密度上来说宁德时代的凝聚态电池,已经打败了绝大部分路线的固态电池。    
新能源的“凝聚态时刻”,意味着什么?

揭秘“凝聚态”:不是半固态电池,也不是过渡产品
     理论上电池最高能量密度则是2018年锂电池之父的Goodenough研究室Braga女士开发出来的Li-S化学电池与超级电容复合类电池,其理论值达到8KWH/KG。实际有望达到30~40%。也就是3.2KWH/KG。
即便存在1000WH/KG能量密度电池,相当当前锂电池的5~10倍。 
1000WH/KG固态对车辆的有效能量密度提升并不明显。 
作为车辆的备用能量密度而言,固态电池比不上增程混动车。 
作为补能方式,大容量电池,超高功率快充更比不上补充汽油等液态燃料。下面使用类似自动化控制系统中的PID调节方式对这一论断做出说明。         当前车辆设计存在一个非常大的错误、认为提升电池能量密度、或者氢燃料高能量密度的燃料是车辆设计的重中之重。但是高能量密度的电池对车辆有效能量密度提升贡献率不高、而且电池备用能量密度远低于新式增程混动车的增程系统。先看一下新式增程混动车的结构框图
         
图 1 新式增程混动车结构示意图先确定一个跟车辆储能无关的界限划分,在纯电动车中,电池是一个单独因子。新式增程混动车中车载电池、增程系统是一个因子(发电电动机归属车辆车身结构,与储能有关,但是属于分时复用,对整车重量没有增加,只是降低了车辆的加速性能、降低了最高速度)。这个界限还可以进一步划分,新式增程混动车的电池电量与纯电动车电池电量相互抵消扣除。也就是说我们只需要优化增程系统、电池组的质量。举例说明。纯电动车续航600公里,百公里耗电18度。需要108度电。新式增程混动车配置为20度+增程系统。那么有只需要优化、比较88度电容量与15KWe增程系统这两个因子。先看一下新式增程混动车的增程系统的能量密度

         图 2 甲烷、柴油、甲醇、二甲醚在0~100KG的能量密度图2是设定15KWe的新式增程混动车增程系统有效发电量除以(整个增程系统净重+燃料重量)。这个图表的设定条件为表1

         在表1的工程技术条件下,假定100KG燃料全部用完柴油、甲醇、二甲醚、甲烷作为备用能源时的性能如下表。

使用性能最差的甲醇作为燃料,增程系统总重量为130KG。发电220度。而1KWH/KG电池需要220KG重量。比增程系统重90KG。燃料耗尽需要15小时,车载电池电量20度,百公里耗电15度。再比较一下补能方式,新式增程混动车使用80KW以上直流快充,15分钟能充电达到16度以上。补充甲醇燃料,不会超过3分钟。而240度的锂电池,采用1000KW直流快充也最快需要14.4分钟。这么大功率的的充电桩几乎没有办法实现,如果使用120KW快充。最快也要2个小时。
    以甲醇为燃料,除了排放少量氮氧化物,几乎没有污染。甲醇是以生物质为原料、太阳能为能量源而制造得来的。只是促进了碳循环,没有增加二氧化碳排放。并解决了太阳能的储能问题。
即便理论上的电池技术最大值都达到了。电池也无法跟新式增程混动车竞争。
         
增程汽车能一次性解决充电难题、续航难题还实现了车辆制造低成本、很可能是欧美日实现弯道超车的唯一途径。
如果中国未来十年新能源汽车完全替代燃油车,那么这十年内电力短缺、发电充电矛盾非常严重。
除非能够实现光伏直充,如能够实现光伏直充。光伏发电直充纯电动车,光伏发电25%,车载电池充放电95%,电动机效率92%。三个环节叠加,纯电动车从太阳能转为车辆驱动力效率在21%以上。
给新能源汽车上安装一个发电电动机吧。这样就能让车辆在绝大部出行中使用上光伏发电直充的电力。

如上图,是四个电动机的新能源汽车,其中
一个电机是发电电动机,既负责驱动车辆,也负责给电池充电。

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这种新式混动增程车将会是所有新能源车中,能源效率最高,并能彻底解决用电补能问题。
以15Kwe的发电电动机功率+200公里纯电续航。消费者可选择纯电续航200~500公里,选择要还是不要增程发动机。
如果消费车只要纯电500公里,满足了几乎所有的出行,当不能及时充电,只需要租用重量轻体积小的增程发动机组,而不用中途停车充电。
如果使用200公里纯电+增程发动机,就如普通的增程汽车一样,但发电电动机分时复用降低了车辆成本,更小的增程系统成本也能降低。
15千瓦的发电机由一个2缸摩托车发动机带动,整个增程系统成本在数千元(不含发电部分)(燃油+发动机重量不超过50公斤)。
车载30升燃油,燃油里程800公里,燃油发动机效率跟比亚迪混动43%相同。当纯电续航预期低于120公里、增程系统启动。确保不会出行动力不足。
日常使用中,都是使用光伏直充或家庭慢充。充电功率15KW(车载充电机为复用发电整流系统、无需建任何充电桩,只要由三相电插座即可)

         
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