未來的汽車的鉛酸蓄電池應(yīng)該是怎么樣的?第一部分

859年Gaston Planté推出鉛酸電池150多年后，鉛酸電池仍然是所有可充電電池系統(tǒng)中使用最多的，它占全球需求的一半以上。多年來，隨著用戶需求的增加，鉛酸技術(shù)的性能穩(wěn)步提高，已成為全球標(biāo)準(zhǔn)化的商品產(chǎn)品。

20世紀(jì)70年代閥門調(diào)節(jié)型鋰酸蓄電池（VRLA）的發(fā)展被證明是一個重大突破。最終，在20世紀(jì)90年代，這種激進(jìn)的新設(shè)計找到了一種要求汽車應(yīng)用的方法。在2004年Elsevier出版的《閥控鉛酸蓄電池》一書中，回顧了使VRLA蓄電池在汽車和工業(yè)應(yīng)用中取得成功的科學(xué)技術(shù)的進(jìn)展，我們?nèi)斯餐庉嫼妥?。我們決定出版一本針對汽車用鉛酸蓄電池發(fā)展的新書，而不是修訂版。

經(jīng)過改進(jìn)的電池設(shè)計和材料最近已導(dǎo)致增強(qiáng)型充液電池（EFB），其性能和耐久性幾乎與汽車VRLA電池的性能和耐久性相匹配，且成本大大降低。這兩種技術(shù)都允許發(fā)達(dá)國家和新興道路運(yùn)輸市場的入門級動力系統(tǒng)大量電氣化，從而顯著減少CO2排放。例如，超級電容器集成了超電容功能。

進(jìn)一步減少排放仍然是汽車工業(yè)的重點，而新的努力是針對自主駕駛。后者將需要建立全新的舒適性和安全性功能。有趣的是，這兩種技術(shù)趨勢都依賴于電力化，無論是動力系統(tǒng)還是底盤系統(tǒng)和車輛控制，都將為汽車電池增加新的技術(shù)要求。隨著新車技術(shù)帶來的挑戰(zhàn)，汽車用鉛酸也面臨著來自其他電池化學(xué)領(lǐng)域的競爭，特別是鑒于鋰離子技術(shù)在這一要求很高的應(yīng)用中的發(fā)展成熟。在確定該新出版物的范圍時，我們試圖在電池本身的技術(shù)和與車輛集成相關(guān)的工程方面之間建立平衡。

在汽車的早期，不清楚內(nèi)燃機(jī)（ICE）是否會成為未來世紀(jì)的主導(dǎo)推進(jìn)技術(shù)。在二十世紀(jì)的第一個十年，電池電動汽車（BEV）的銷量迅速超過早期的蒸汽動力汽車。大約在1900年，像費(fèi)迪南德·保時捷（Ferdinand Porsche）這樣的年輕工程師受雇于一家名為Lohner的汽車制造商，他們開發(fā)了由鉛酸電池驅(qū)動的電動汽車。為了克服可充電蓄電池的射程限制和重量損失，保時捷的下一個發(fā)展，Lohner-Porsche混合動力車（1902），是世界上第一臺在輪轂電機(jī)和縮小的電池上增加戴姆勒發(fā)動機(jī)和發(fā)電機(jī)的系列混合動力車。經(jīng)濟(jì)上，這一概念受到兩個動力系統(tǒng)的高成本的影響，仍然是一個奢侈的利基產(chǎn)品。

在未來1910年至1930年間，汽油（和柴油）汽車（ICEV）迅速獲得市場份額。這種發(fā)展部分是由于汽油的低價格、豐富度和高比能量。其他重要的成功因素進(jìn)行一些技術(shù)上的創(chuàng)新，提高了舒適性和可靠性的ICEVs可以看作是最小的電氣化的介紹。手動起動變得不必要的電起動馬達(dá)的介紹后（凱迪拉克，1912），和磁電機(jī)點火是由低成本電池點火取代（博世，1925）所需的發(fā)電機(jī)和充電電池。一旦電力可用，其他組件，如前照燈和擋風(fēng)玻璃刮水器也被電氣化。汽車生產(chǎn)的先驅(qū)，如福特，繼續(xù)建立實驗系統(tǒng)（在這種情況下，采用愛迪生的nickeleiron電池在1913年以與leadeacidbatteries節(jié)省重量）也沒有找到一個商業(yè)上可行的替代現(xiàn)在稱為常規(guī)動力傳動系

在汽車史上第一次，leadeacid技術(shù)范式轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌膭恿ο到y(tǒng)和舒適性功能實現(xiàn)了。從牽引電池到開始點火點火（SLI）電池的徹底瘦身已經(jīng)最小化了它的重量負(fù)擔(dān)。其他電化學(xué)存儲系統(tǒng)，雖然在具體的能源優(yōu)勢，無法競爭在穩(wěn)健經(jīng)營方面，簡單的控制，通常成本。更高的發(fā)動機(jī)曲軸扭矩要求和附加電功能如燃料點火，轉(zhuǎn)向和制動輔助加熱座椅仍然從根本上同一供電系統(tǒng)處理，系統(tǒng)電壓倍增至12 V的年代和產(chǎn)生較高的交流發(fā)電機(jī)效率高于早期直流電機(jī)。與交流發(fā)電機(jī)和起動器一樣，SLI電池已經(jīng)發(fā)展成為一種廣泛標(biāo)準(zhǔn)化的商品部件。技術(shù)進(jìn)步還發(fā)生了與聚乙烯隔板，聚丙烯容器，無銻板柵合金吸收玻璃墊（AGM）分離器，只列出幾個。必要時，創(chuàng)新被應(yīng)用于汽車的耐久性和可靠性增長保持同步能力需求。一個同樣重要的和經(jīng)常被忽視的leadeacid創(chuàng)新動力是降低成本，導(dǎo)致很多流程優(yōu)化的連續(xù)制板可能是在技術(shù)最新進(jìn)展。

一個世紀(jì)之后，隨著全球每年生產(chǎn)超過6700萬輛汽車和2200萬的商用車、社會需求限制汽油的消耗和二氧化碳（CO2）的排放已成為汽車發(fā)展的主要驅(qū)動力。新的電機(jī)技術(shù)和電力電子技術(shù)，以及并行和功率分流混合動力配置降低了電池帶動的點和混合動力電動動力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性能不足。nickelemetal氫化物（鎳氫電池）和最近的鋰離子電池技術(shù)到混合動力車和電動車的批量生產(chǎn)。

同時，大量的舒適性和安全性功能正在電氣化，不僅還針對自主駕駛。這種新的電氣功能需要新的峰值功率、電壓質(zhì)量和電荷吞吐量水平。此外，可靠性和供電系統(tǒng)安全的概念作為一個整體來設(shè)計這樣的應(yīng)用，對存儲系統(tǒng)的要求，顯著影響。

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