消费者是第一个听到明显的电池突破的人。为了获得媒体的高度关注，新型超级电池有望满足电动汽车 (EV) 的需求。个人流动性是一个无法抑制的情绪问题，即使它会危害环境。另一方面，工业空间更为保守，显得落后。不是这样。工业是理性的，通过关注可靠性、经济性、寿命和安全性来理解电池的诸多限制。

牵引电池

轮椅、踏板车和高尔夫球车大多使用铅酸电池。尽管铅酸很重，但铅酸工作得相当好，并且只进行了适度的尝试以转换为其他系统。锂离子电池将成为许多应用中的天然替代品。

虽然锂离子比铅酸更贵，但由于寿命更长，因此循环成本可以更低。锂离子电池相对于铅基和镍基电池的另一个优势是维护成本低。锂离子电池可以保持在任何充电状态，而不会产生不利的副作用。相反，NiCd 和 NiMH 需要偶尔完全放电以防止记忆，铅酸需要饱和充电以防止硫酸化。

大多数轮椅和高尔夫球车仍然使用铅酸作为动力，叉车也是如此。使用叉车，重量不是问题，但充电时间长对于全天 24 小时运营的仓库来说是一个缺点。一些叉车装有燃料电池，可在车辆使用时为电池充电。电池可以做得更小但不能被淘汰，因为燃料电池的功率输出不佳并且按需提升缓慢；电池仍然是主要电源。

轮式应用越重，电池就越不适合。这并不妨碍工程师研究大型电池系统以取代污染严重的内燃机 (ICE)。此类应用之一是船舶港口的自动导引车 (AGV) 系统。AGV 每天 24 小时运行，车辆不能因长时间的充电间隔而被捆绑。锂离子电池通过用更轻、充电更快的电池代替超大的 10 吨、300kWh 铅酸电池来部分解决这个问题。但由于重量、充电时间和基础设施，非常大的电池有局限性，如果不能选择燃烧化石燃料，燃料电池可能会解决BU-1005中描述的大型牵引系统。

然而，目前还没有适用于大型牵引系统的经济电池解决方案，并且无法完全避免燃烧化石燃料。虽然现代锂离子电池可提供约 150Wh/kg 的能量，但化石燃料的净热值 (NCV) 超过 12,000Wh/kg。即使内燃机发动机的效率低至 25%，与化石燃料相比，电池产生的能量也微乎其微此外，内燃机可以在极冷和极热的条件下运行，这是电池的一项任务努力满足。

航空电池

飞机上的电池的职责是在辅助动力装置 (APU) 关闭或飞行中出现紧急情况时为导航和应急系统供电。电池为制动、地面操作和启动 APU 提供动力。如果发动机发生故障，电池必须提供 30 分钟至 3 小时的能量。每架飞机还必须有足够的电池电量以促进安全着陆。在飞行过程中，电力由发电机提供，与汽车类似，如果需要，可以断开机载电池。

大多数商用喷气客机使用浸没镍镉。启动大型飞机首先要启动 APU，这是一种位于飞机尾部的小型涡轮发动机。与启动类似尺寸的往复式发动机相比，这需要更长的时间并且需要更多的能量。APU 的旋转速度必须足够高以达到自持点火的压缩。启动大约需要 15 秒，消耗 15kW 的能量。一旦运行，空气压缩机或液压泵就会一个接一个地启动大型喷气发动机。

较小的飞机通常有密封铅酸。尽管比 NiCd 重，但铅酸需要较少的维护。12 和 24V 航空电池的额定值为 IPP（电流峰值功率）* 和 IPR（电流额定功率）**，而不是汽车行业常见的 CCA（冷启动电流）。IPP 和 IPR 是国际电工委员会 (IEC 60952-1) 飞机电池和 FAA TSO-C173 标准，允许电池在高电流下使每个发动机运转 25-40 秒。

现代喷气式战斗机使用锂离子驱动喷气发动机，波音 787 梦想飞机也是如此。空中客车 350 提供两种化学物质的选择。随着客机的机载功能从液压转向电动，需要更大的电池。能量密度更高的锂离子比镍镉和铅酸更能满足这一需求。然而，具有严重后果的意外锂离子电池故障可能会使飞机制造商重新使用镍镉电池。所有电池都可能发生故障；也有报道称 NiCd 会发生热故障，但与锂离子电池相比，这些问题可以得到更好的管理。

NiCd 提供耐用和可靠的服务，但它需要高维护，包括使用电池以消除记忆。主船电池的服务包括完全放电和用带子将每个电池短路 24 小时。还使用电池分析仪检查电池的容量。较小的 NiCd 电池有不同的服务要求。

尽管飞机上携带了许多不同的电池，但它们的唯一目的是启动发动机并在发动机关闭时提供备用电源。大型飞机将继续使用化石燃料飞行，因为电池在推进方面尚不实用。小型电池驱动的飞机正在尝试用于飞行员训练和短距离飞行，但这些都只是实验性的。老化电池的重量和可靠性仍然是主要问题。

*伊普：	在额定电池电压一半的恒定端电压下，在 0.3 秒时将峰值电流输送到 15 秒的受控放电中。
**知识产权：	这是在额定电池电压一半的恒定端电压下进行 15 秒受控放电结束时的放电电流。

航天电池

早期的卫星使用镍镉电池，这导致了“记忆”现象的发现。电池遵循常规放电时间表，但当需要更多能量时，电池会记住。电压会下降，好像在抗议不必要的加班。

NiCd 被镍氢电池取代，具有超长的使用寿命。企业家们试图将这种令人惊叹的电池引入商业用途，但高昂的价格和大尺寸破坏了市场接受度。每个电池的成本约为 1,000 美元，外观类似于带有钢制压力罐的小型蒸汽机。

锂离子电池是卫星的首选电池。它重量轻、易于充电、经久耐用且循环性能好。锂离子电池可以在任何 SoC 中停留更长时间而不会产生不良副作用；它的自放电率低，几乎无需维护。

好奇号火星探测器使用专门设计的 8S2P 锂镍氧化物电池 (LiNiCo)（8 个串联和 2 个并联），仅部分充电和放电以延长使用寿命。在这种制度下，寿命为四年，大约为 700 太阳日。（行星天文学家使用术语 sol 来指代火星上一个太阳日的持续时间。）43Ah 电池（其中两个并联）的最大放电 C 率为0.55C。

NASA 希望锂离子电池能够使用 7 年和 37,000 次循环，DoD 为 40% 到 60%。NASA 实验室表明，寿命终止与阳极上 SEI 层的生长、阴极材料的损失、导电路径的损失、金属锂的电镀和电解质氧化有关。大型 140Ah 锂离子电池正在开发中，有望持续长达 18 年

固定电池

随着用于储能系统 (ESS) 的电池选择越来越多，选择不应仅基于价格。如果不检查包括每个周期的成本、寿命和最终更换的总拥有成本，每千瓦时的成本就没什么意义。

铅酸非常适合只需要偶尔排放的工作。液流电池和钠硫电池适用于需要定期放电的大型系统，而锂离子电池推荐用于提供短时间放电和一天多次快速充电能力的中小型系统。

传统上，固定电池一直是铅酸电池。尺寸和重量不太重要，当电池很少放电时，有限的循环次数不会造成问题。大型固定电池大多被淹没，需要定期检查电解液液位。使用自动浇水系统可以减少这种维护。

阀控式铅酸 (VRLA) 是富液式铅酸的低维护版本。据说 VRLA 可以安装和遗忘，但这往往被极端化，因为电池被忽视了。维护包括检查电压、内阻，有时还包括容量水平。

暴露于高温和低温以及需要深度循环的应用通常使用浸渍镍镉。这些电池比铅酸电池更坚固，但成本大约是铅酸电池的四倍。富液镍镉电池是非烧结的，与密封的烧结版本相比，不易记忆，但仍需要一些维护。NiCd 是唯一可以在最小压力下快速充电的电池。

许多固定电池也由锂离子电池供电。锂离子电池具有许多优点，但电池在低温下的性能不如镍镉和铅酸。另一种卷土重来的固定式电池是镍铁电池。发明家托马斯·爱迪生曾为电动汽车推广镍铁，但最终因成本高、自放电率高而输给了铅酸。改进消除了一些故障，并且这种电池的卓越耐用性正在重新引起人们的兴趣。

储能系统（电网储能电池）

风能和太阳能等可再生能源不能提供源源不断的能源，也不能始终满足用户需求。需要称为负载均衡或电网蓄电池的大型储能系统 (ESS)来提供无缝服务。

ESS 享有从煤炭和石油转向可再生资源的巨大增长轨迹。据估计，到 2021 年，仅南非的 ESS 安装量就将达到 1,500MWh。正在考虑的化学物质是液流电池、锂离子、铅酸和锌溴。锌溴是一种混合液流电池，可以看作是电镀机。在充电过程中，锌电镀到导电电极上形成溴；该过程在放电时反转。另一种领先的ESS电池是高温钠硫电池。

储存能量以提供调峰电力并不新鲜。水力发电站利用多余的电力在晚上将水抽回水库，以备第二天使用。抽水蓄能的效率系数为 70-85%，比根据确切的电力需求调整发电机更容易管理。将压缩空气泵入大型地下洞穴和水下气球也被用来储存能量。

飞轮也用作能量储存。当多余的能量可用于弥补短暂的能量不足时，大型电动机会加速重达一吨的飞轮。高速飞轮在真空室中的磁力轴承上以超过 30,000 rpm 的速度旋转。带有永磁体的电动机/发电机按需充电和释放动能。

现代飞轮用碳纤维代替钢，以承受高达 60,000 rpm 的更高转速。能量以速度的平方增加，以减轻的重量提供四倍的功率。如果飞轮发生故障，外壳可防止弹片逸出。

使用飞轮来储存动能并不新鲜。在 1940 年代和 50 年代，瑞士的城市公交车由飞轮提供动力。电动机可在 3 分钟内将 3 吨重的飞轮旋转至 3,000 rpm。变成发电机后，电动机会将能量转化为电能。每次充电可在平坦道路上行驶 6 公里（3.75 英里）。公共汽车是无污染的，但陀螺仪的动作阻止了在多风的道路上改变方向。

由于占地面积小、维护成本低和使用寿命长，负载均衡正倾向于锂离子电池。锂离子不会像铅酸那样在没有定期充满电时发生硫酸化。当需求超过供应时，这可能是安装的主要缺点。锂离子电池还具有重量轻和半便携的优点，适合偏远地区的安装。锂离子电池的缺点是价格高，低温下性能低。另一个缺点是无法在冰点以下充电。

锂离子的价格已经下降，表 1提供了与用于电网存储应用的铅酸的成本比较。尽管锂离子电池的初始价格高于铅酸，但在深循环应用中每个循环的成本较低。据说锂离子电池的市场份额正在增加，但铅酸电池将保持其优势地位。

	铅酸	锂离子
电池成本	20,000 美元	52,000 美元
寿命	50% DoD 时 500 次循环	90% DoD 时 1,900 次循环
每个周期的成本	40美元	$28

表 1：用于可再生能源的铅酸和锂离子电池的成本比较^[1]
锂离子电池的初始成本较高，但每次循环的成本较低。价格是估计的。

大型工业风力涡轮机的能量输出为 1 兆瓦 (MW) 甚至更多；最大的单位已经发展到10MW。几台涡轮机组成一个风力发电场，发电量为 30–300 兆瓦。以 1 兆瓦计算，1 兆瓦可为 50 户家庭或一家沃尔玛超市供电。

并非所有可再生能源系统都包含负载均衡电池。电池变得太大，投资并不总是合理的。如果有电池支持，一个30MW的风电场使用一个15MW左右的蓄电池。这相当于 20,000 个启动器电池或 176 辆特斯拉 S 85 EV，每辆配备 85kWh 电池。在电池中储存能量的成本很高，有人说它使直接供电的成本翻了一番。

电池管理系统 (BMS)将电池保持在大约 50% 的电量，以便在阵风时吸收能量并满足高负载需求。现代 BMS 可以在不到一秒的时间内从充电切换到放电。这有助于稳定传输线上的电压，也称为频率调节。

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本文由韩国SEBANG蓄电池（大陆地区）营销中心于2023-02-11 13:49:39 整理发布。
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