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TDK|电动摩托车用高性能电池的秘密所在

电动摩托车*1 对环境的影响比较小,但在普及之前,必须先克服一些挑战,如提高其里程以及实现快速充电。解决这些问题的关键在于电池。

普及电动摩托车必须克服的技术挑战

在汽车电动化迅速发展之际,摩托车市场也由于 CO2 排放法规收紧而开始出现电动车型。此外,摩托车的危险规避解决方案(称为骑手辅助系统)也正在开发中,从而使摩托车也开始使用 ADAS*2。另外,电动摩托车、电动双轮车、电动微型车、小型双座电动汽车、电动滑板车以及其他微移动车辆*3 将在 MaaS*4 中发挥“最后一公里”作用。在 MaaS 这个范例中,所有交通方式(除私家车以外)的移动将统一为一种服务。

摩托车电气化的进展在亚洲地区(如中国和印度)备受关注。在这些地区,人们主要使用摩托车作为日常交通工具。在中国,电动双轮车(包括电动自行车)是最普遍的交通工具之一,估计有 2 亿人在使用*5。另一方面,速度超过 50 km/h 的电动摩托车仍占少数,但未来有望增长。印度还宣布,到 2030 年,国内出售的所有车辆(包括摩托车)都将是电动车。在欧洲,英国和法国均已宣布将从 2040 年开始停止销售使用内燃机的汽车。所有这些都表明,内燃机摩托车向电动摩托车的转变将在全球范围内继续进行。

全球电动摩托车市场预测(2017-2020 年,2025 年)

upfile* 不包括速度低于 50 km/h 的电动自行车和电动轻型摩托车

来源:以全球电动摩托车市场为基础:2019 年 2 月 8 日,日本矢野经济研究所 2018 年主要调查研究结果。

由于许多国家的环保政策鼓励推广电动摩托车,全球电动摩托车市场预计将从 2017 年的大约 250,000 辆增长到 2025 年的大约 170 万辆。

然而,电动摩托车的全面采用需要克服许多技术障碍(如延长行驶里程和缩短充电时间)以及基础设施发展(如充电桩的扩建)。解决这些问题的关键在于电池的改进,即电动摩托车的核心。如今,越来越多的电动摩托车采用能量密度高、体积小、重量轻的锂离子电池*6


可实现舒适性和更长里程的高功率、长寿命电池解决方案

锂离子电池可分为圆柱型、方型和软包(层压)型,具体取决于电池的形状。软包型的能量密度更高,可以采用更轻薄的设计,并且在形状方面具有更大的灵活性。对于电动摩托车来说,电池容量直接影响到续航里程。因为电池被局限在一个小空间中,所以要求具有较高的能量密度和较轻的重量。尤其是,TDK 为电动摩托车专门设计了重量轻、功率大的软包型锂离子电池。这些电池在低温条件下仍具有出色的终身充电周期和充/放电性能。由于软包型锂离子电池通常用于小型消费电子产品(如智能手机),所以其工作温度范围并不一定适用于电动摩托车之类的应用。通过优化电极等材料的设计,TDK 可显著提高电池在低温条件下的利用率。

此外,较之于其它锂离子电池,用于电动摩托车的软包型锂离子电池能够以更高的输出功率实现稳定的放电,从而提高摩托车的驱动功率。同时,通过控制电池的内部电阻(可能导致异常过热和断电),安全性得以提高,从而提高了骑乘舒适性。利用闪存快速充电技术,电池可在 25 分钟内快速充电至其容量的 80%,从而缩短了充电时间。此外,TDK 还实现了多个电池的模块化,甚至还实现了电路的纵向集成,称为 BMS(电池管理系统),从而提供了一个经过优化的全面解决方案。

低温条件下的放电性能

upfile  

*SOC:表示与电池容量相关的当前充电水平

从图中可以看出, TDK 的软包型锂离子电池即使在 -20℃ 的条件下也未出现明显的压降,并且可以实现与环境温度相近的容量(容量衰减不到 10%)。

自 1999 年成立以来,TDK 集团公司 ATL(新能源科技有限公司)就一直在完善软包型锂离子电池(其核心产品)方面的技术和专业知识。截止 2020 年,ATL 品牌产品占据了智能手机用聚合物锂离子电池市场的全球最大市场份额。通过利用软包型电池方面的专业技术和知识,ATL 集团公司 Poweramp 开发出了适用于电动摩托车的锂离子电池。

利用其专有的多极耳卷绕 (MTW) 技术,Poweramp 能够在较高的输出功率下实现稳定放电,并可降低电阻。

在锂离子电池中,一个叫“极耳”的端子连接至电池的正极和负极,这样电流就能够进出。MTW 技术使用多个精确对齐的极耳来防止局部过热,降低电阻,并在高输出功率下实现稳定放电。我们就 Poweramp 在其设计中使用 MTW 技术的原因采访了 Poweramp 销售主管叶宇。

“为支持高性能电动摩托车,我们使用 MTW 技术来有效控制放电期间的温升,这样作为一个整体的能源系统就能够实现稳定的性能、高度的安全性和一致的功率输出。”

多极耳卷绕 (MTW)

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左图详细描述了多极耳卷绕技术。右图对极耳数量和局部加热导致的温度分布进行了比较。结果表明,使用的极耳数量越多,产生的热量就越少。

叶宇谈到了未来愿景。“为使电动摩托车成为下一代小动力的组成部分,我们需要提高其效率、安全性和便捷性。TDK 的锂离子电池在应对这些挑战方面发挥着重要作用,而且在不久的将来,必将成为电动摩托车的可靠电源。”

适用于电动摩托车的锂离子电池

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软包型锂离子电池可提供出色的安全性、更高的输出功率、更长的使用寿命、更短的充电时间和更宽的工作温度范围。

术语

  • 电动摩托车:在本文中,“电动摩托车”是指不包含电动自行车(辅助或全助力)在内的电动摩托车。

  • ADAS(高级驾驶辅助系统):高级驾驶辅助系统可提高汽车的安全性。

  • 小动力:比汽车更小,可搭载一名或两名乘客的车辆,如电动小轮摩托车、电动摩托车、滑板车以及老年人用的轻便型摩托车。

  • MaaS(移动即服务):通过利用信息与通信技术,在云中管理交通信息和相关服务,将除私家车外的所有交通工具作为单一服务提供。完全实现 MaaS 后,用户就能够以一种集成的方式搜索、预订多种移动服务并进行支付,包括公共汽车、火车、航班和酒店。然而,国际机构对这一术语并没有明确的定义,各国的解释也不尽相同。

  • 中国的电动双轮车:目前主要使用的是铅酸电池。

  • 锂离子电池:锂离子电池具有正负极,并通过两极之间锂离子的移动进行充放电


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