3分钟完成充电?黑科技!下一代电动汽车电池充电只需倒出来
发布时间:2017-02-27   作者:Bruce Morey
  • Tanktwo串电池使用带有多压力触点的“智能”电芯替代“普通”电芯。上图所示的电芯具有6个外部触点。
  • 串电池可以在没有人工干预的情况下,自动“串联”形成串电池。电池中的串联算法可以持续监测网络情况,并在有必要时创造新的连接。
  • 图为串电池的仿真图。由硅树脂材料制成的充气气囊可以在车辆移动时保证电芯不会随意移动。Tanktwo公司声称,对于拥有6个触点的电芯而言,电池组完全可以取得98%以上的利用率,接触点退化及可能的腐蚀问题也可以通过很多方法解决。

看起来,电力推进系统似乎注定将在未来取代内燃机,但现阶段而言,电动车电池仍然很贵,电池组还是很重,而且充电时间也仍然也比汽车加油慢的多。尽管存在众多优势,但电动车的这些弱点也同样不容忽视。因此,从经济和市场规律来看,内燃机很可能并不会在未来几十年内“谢幕”。

 

不过,现在来了解一下Tanktwo公司及一种真正创新的电动车电池吧。

 

现阶段电动车电池架构的基础是一种名为“电芯”的组件。这些电芯通常采用圆柱 或矩形设计,已经在消费电子领域有大量应用,因此对电动车电池厂商很有吸引力。这些电芯可以首先组成电池模块,而电池模块经过设计组合后又可以组成固态电池组。

 

Tanktwo计划打造一种由“蛋型”电芯组成的电池组。这家芬兰公司的创始人利用自身在远程通信领域的背景,打造了一款内置小型编程计算机的“智能”电芯。他们可以直接将这些电芯“倒入”一个内部具有触点的平价容器内,形成公司所称的“串电池(String Battery)”。


 

常规电池尺寸太大

 

目前,Tanktwo已经在美国纽约开设了办公室,公司CEO Bert Holtappels表示,“串电池”最大的优势也正是传统电池概念的劣势所在:电池容量从设计之初就已经严格确定,不能更改了。

 

“这样的电池系统效率很低,为了将故障率控制在可以接受的范围内,传统电池的尺寸通常都有较大富余。”Holtappels解释说,现在很多厂商的电动车电池组容量高达100 kW·h,而车主通常每年也只开20,000公里,这意味着“这些电池的折旧很大程度上来源于自然老化,而不是真正使用。”这是一种很大的资产损失。

 

对比来看,在使用Tanktwo的串电池时,用户只需向电池容器中“倒入”所需数量的电芯,外加少量额外的备用电芯即可。而后电池组的外容器可以通过SAE J1772标准插头为电芯充电。“这可以保证电池得到充分利用,”Holtappels解释道,“这样一来,在购买电动车后,车主就可以随时到经销商处轻松升级自己的电池组。”

 

商店里的吸尘器算的上是形式最简单的换电设备。Holtappels承认,我们必须改变电池结构,才能实现便捷快速的电池更换,氢燃料电池就是一个例子。他推测说,“未来,这可能会自然而然地成为现实。”

 

新设计,高效率

 

“串电池”还有从其他方面提高电池效率的潜力。当下的电池组设计需要平衡同个模块内所有电芯的电量水平。因此,我们假设有一个电芯有20%的损坏,那这个模块中的剩余电芯也必须放掉20%的电量,从而保证整体的平衡。这样一来,只要一个电芯出了问题,整个电池模块的功能都会受到影响。

 

也正是这个原因,传统电池通常需要设计更大的富余。这意味着如果一款电池希望在整个生命周期内均保持8 kW·h以上的容量,那该电池一开始最少需要设计14或16 kW·h的容量。

 

对比来看,由于“串电池”很智能,因此电池组的能效并不会受到“状况最差”的那个电芯的限制。根据Holtappels的描述,如果单个电芯坏了20%,那电池组供电时仅会绕过这20%的损坏电芯,并不会产生其他影响。每个电芯均尽最大能力为电池组供电,即使有所损坏也不会“拖累”其他电芯放电以保持平衡。

 

Holtappels估算,与额定功率相同的传统电池组设计相比,Tanktwo串电池的效率高10%。

 

“从实用角度看,我们电池的使用寿命要长的多。”Holtappels表示,“大多数公司的共识是,当电池组的可用部分还剩70%时,就该更换电池了,但只要剩余容量仍在10%以上,我们的串电池就完全可以继续工作”

 

Tanktwo公司表示,完全或部分损坏的电芯对传统电池有致命打击,但串电池则可以绕过这部分故障电芯继续工作,而且用户还可以在服务站内轻松换掉这部分电芯。因此,串电池的电池组尺寸是按正常使用情景,而非最坏情况设计的。此外,串电池组用来装电芯的容器相当简单,类似总线等重要组成部分也采用了商品化的设计。由于自身特点,串电池对电池容器的形状并没有要求。

 

Holtappels表示,“这项技术不受电池化学种类的限制,电池化学领域的进步也会同时提升串电池的性能。”

 

Holtappels表示,目前,Tanktwo已经找到了多个行业伙伴,共同进行串电池的初步研发,其中包括提供电动服务汽车的Firefly公司。对于这部分用户而言,能否进行快速电池替换(Tanktwo称“3分钟”)至关重要。

 

Total Battery Consulting公司的Menahem Anderman博士认为,“这绝对算的上一个开创性思路,但似乎相当具有挑战性。”在接受本文作者的采访时,Anderman博士表示,希望未来这种“动态”电池结构能够经受考验,真正在系统复杂度、成本和可靠性等方面达到平衡。

 

Anderman博士表示,“我相信,这种电池概念转为真正电池系统还需要相当长的时间。”毫无疑问,Tanktwo公司也意识到自己面临的挑战。未来有关串电池的更多信息,敬请关注。

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