為何電動車仍使用老式鉛酸電池？

作為燃氣汽車的環保替代品，電動車（EV）的受歡迎程度正在迅速增長。雖然電動車沒有傳統的內燃機，但它們仍然需要標準的 12 伏特鉛酸電池為輔助系統供電。對於一輛本應環保的車輛來說，這似乎是違反直覺的。為什麼電動車仍然依賴舊的鉛酸電池？本文將探討 12V 電池在電動車中的作用、為什麼仍在使用鉛酸技術、正在探索的替代方案以及電動車電池技術的未來發展方向。

電動汽車的工作原理

電動車使用大型高壓電池組為驅動車輛的動力傳動系統馬達提供動力。大型電池組使電動車能夠實現全電動行駛里程。此高壓系統與為燈、電腦、收音機、電動車窗等設備供電的標準 12 伏特系統完全分開。因此，雖然高壓電池組取代了引擎和油箱，但電動車仍然需要像燃氣驅動汽車一樣的標準 12 伏特電池。

高壓電池組的容量範圍從​​適用於短程電動車的 24 kWh 到適用於高端長程電動車的 100 kWh。電池組採用鋰離子電池化學技術，具有高能量密度和效率。這些電池被組裝成大模組，然後組裝成完整的高壓電池組。先進的電池管理系統監控單一電池並控制熱調節。

相比之下，電動車使用的 12V 鉛酸電池則小得多，通常在 50Ah 左右。該電池用於為車輛的輔助電氣系統供電。它為車內和車外燈、資訊娛樂系統、電動車窗和座椅、感應器、車載電腦、安全系統、DC-DC 轉換器等設備供電。高壓電池組直接為驅動馬達供電，而 12V 電池則在汽車啟動後行駛時提供電力。

12V 電池的作用

12V 電池在電動車中扮演幾個重要角色：

• 為控制系統供電- 12V 電池為車輛的主電腦、控制模組、感測器和車載電子設備供電，控制動力傳動系統、電池管理、煞車、駕駛輔助等。即使高壓系統關閉，這些系統也需要保持帶電。

• 允許預驅動電源- 在高壓系統和驅動馬達啟動之前，12V 電池為燈、收音機、電動車窗等附屬系統供電。這允許預驅動功能。

• 為安全系統供電- 安全氣囊、緊急煞車和門鎖等安全功能依靠 12V 電池作為高壓系統故障或碰撞時的備用電源。

• 為 DC-DC 轉換器供電 - DC-DC 轉換器將電池組的高電壓降低，以便在駕駛時為 12V 電池充電。 12V 電池則用於在駕駛時為附屬系統供電。

• 促進車輛通訊- 低壓控制模組和電腦透過由 12V 電池供電的 CAN 總線聯網系統進行通訊。

• 支援高壓電池再生 - 在緊急煞車下，高壓電池無法始終接受全部再生電流。在這些情況下，12V 電池有助於吸收和緩衝再生能量。

總而言之，12V 電池可在駕駛前、駕駛中以及緊急情況下提供電力、控制和通訊。電動車仍然需要與傳統汽車類似的 12V 電池系統。

為什麼仍在使用鉛酸電池

鑑於電動車的高科技特性，簡單、傳統的鉛酸化學成分仍然在 12V 電池中占主導地位，這似乎令人驚訝。鉛酸電池技術仍是電動車的標準技術，其理由如下：

• 經過驗證的可靠技術－鉛酸電池是一種成熟的技術，其特性眾所周知。其可靠性已在數十年的使用中得到證實。

• 低成本-與其他替代品相比，鉛酸電池價格低廉。大批量生產可以降低成本。鋰離子電池仍然要貴得多。

• 可用性—許多製造商生產鉛酸電池，因此供應充足。其他化學品的供應商較少。

• 安全性－溢出的鉛酸電池比鋰離子電池更不容易燃燒。這一點尤其重要，因為 12V 電池通常位於機艙內。

• 工作溫度範圍 - 鉛酸電池能很好地耐受高溫和低溫。一些替代品（例如鎳氫電池）的寒冷天氣性能較差。

• 回收物－幾乎所有的鉛酸電池都可回收利用，以避免有毒物質進入垃圾掩埋場。回收已十分完善。

• 沒有嚴格的重量限制 - 對於較小的 12V 電池來說，重量不太重要，因此不需要非常輕的替代品。

• 電流能力 - 鉛酸電池具有高突波電流能力，可為車輛配件和安全系統供電。

總而言之，鉛酸電池技術將可靠性、低成本、可用性、安全性、溫度彈性、可回收性和電流能力進行了良好的結合。轉向另一種化學方法會帶來風險和更高的成本。

鉛酸電池替代品

雖然目前鉛酸電池仍是 12V 電動車電池的主導，但人們正在探索和開發替代電池：

鋰離子 - 鋰離子正在成為一種潛在的替代品，具有重量更輕、冷啟動能力更強等特點。然而成本仍遠高於鉛酸電池。由於易燃性而產生的安全問題可能會限制低容量 12V 電池的使用。

鎳鋅 - 鎳鋅比鉛酸電池可減輕 40% 的重量。其循環壽命較長，但冷啟動性能較差。成本也較高。安全風險正在評估中。

鎳鐵 - 鎳鐵的使用壽命與鉛酸電池相當，但對環境的影響較小。然而，其能量密度極低，導致電池體積更大、重量更重。成本高出好幾倍。

鈉離子 - 由於鈉的天然儲量豐富，鈉離子具有低成本的潛力。然而性能仍然不如鋰離子。化學仍處於發展之中。

固態電池 - 固態電解質可以使鋰離子電池具有高功率、長壽命和更高的安全性。目前，高成本仍是商業化的障礙。

超級電容器－超級電容器具有卓越的功率密度和寒冷天氣性能。缺點是自放電較大、成本較高。它們可能會補充或與電池化學物質混合。

總而言之，鋰離子是最可行的短期替代方案，但成本目前仍然是一個很大的障礙。與成熟且廉價的鉛酸技術相比，其他化學技術雖然具有獨特的優勢，但也有性能或經濟方面的缺陷。

12V 電池的未來

未來電動車 12V 電池可能會逐步改進，但短期內不會出現重大變革：

• 隨著成本逐漸下降，更多高階電動車可能會採用 12V 鋰離子電池。這將減輕重量並提高寒冷天氣下的性能。

• 輕度混合鉛酸電池設計將會出現，在縮小尺寸和重量的同時提高燃油經濟性。

• 鉛酸電池配方將持續提高能量密度、循環壽命和冷啟動能力。

• 電池監控和管理系統將變得更加複雜，提高充電狀態的準確性和使用壽命。

• 隨著成本達到大眾市場的可行性，固態鋰離子將在 2020 年代後期逐步推出。

• 可以探索更低電壓的系統，例如轉向允許縮小鉛酸電池尺寸的 48V 系統。

• 電力系統的更高整合度和合適尺寸將優化高壓和 12V 系統。

綜上所述，12V電池在效能、整合度和智慧化方面有望持續提升，但鉛酸電池技術至少在2030年仍將佔據主導地位。如果固態電池等技術能夠實現其潛力並實現成本競爭力，那麼2030年代可能會出現革命性的變化。

結論

總之，電動車仍然依賴傳統的 12V 鉛酸電池，因為該技術具有可靠性、低成本、豐富性和性能優勢。 12V 電池在為電子設備、安全系統和車輛控制供電方面發揮著重要作用。鋰離子等替代品正在出現，但價格仍然高得多。鉛酸電池的性能將繼續逐步提高，但在未來幾年內，它仍將是電動車的主導選擇，直到固態電池等顛覆性技術證明其價值並降低成本。因此，雖然電動車技術正在發生變革，但 12V 電池仍然是老式的。