不要被誤導：同類電池測量

在爭奪儲能市場主導地位的競爭中，電池制造商喜歡吹噓電池的比能量：每公斤可提供多少瓦時。但這是比較電池技術的正確方法嗎？簡而言之：不。它掩蓋了一些關鍵的現(xiàn)實問題并導致誤導性的比較。

使用一個非常簡單的類比，假設您想向朋友寄一份禮物。您可以選擇精選奶酪或一本書。它們的重量相同，體積也大致相同，而且運輸成本應該相同，對嗎？錯誤的。雖然禮物的重量和體積相同，但運送包裹的有效重量和體積不會一樣，費用也不會一樣。一種需要冰袋和冷卻器才能新鮮到達，而另一種則可以簡單地放入盒子中。為了進行有意義的比較，您需要比較整個包。  

電池系統(tǒng)也是如此。比較系統(tǒng)最內部的組件（細胞）并不能得到準確的比較。

電池組成模塊，模塊組成電池組。這還不是全部；我們必須考慮整個電池系統(tǒng)。以電動汽車為例，鋰離子電池系統(tǒng)還需要電池管理系統(tǒng)（BMS）、主動冷卻系統(tǒng)或熱保護系統(tǒng)（TPS）以及防護裝甲。每個系統(tǒng)都會增加重量、體積和成本。

為什么這三項措施很重要？最受關注的兩個數(shù)字是以Wh/kg（瓦時每公斤）為單位的比能量和以 $/kWh（美元每千瓦時）為單位的能源成本。第一個告訴您在給定的體重下可以儲存多少能量。第二個告訴你這種能量要花多少錢。在空間有限的應用中，第三種測量方法，以 Wh/l（瓦時/升）為單位測量的能量密度也很重要。它們是比較電池化學成分和電池系統(tǒng)設計的一種方法。      

比能與有效比能  

通常，有關電池的文章只關注電池（電池系統(tǒng)最內部的組件）的比能量。這些數(shù)字看起來不錯：畢竟，沒有支撐系統(tǒng)，它很輕，而且相對便宜。但更能說明問題的是有效比能：整個系統(tǒng)的測量結果如何。   

對于電池制造商來說，簡單地比較電池（電池中最小的部件）是公平的，因為他們不知道電池將如何使用。但一旦您知道如何使用電池，就需??要考慮其他重要信息。例如，電動自行車的電池容量（Wh）較小，不需要復雜的BMS，只需使用空氣對其進行冷卻，并且不需要太多的裝甲來保護它。

下次當您聽到分析師預測鋰離子電池的激進目標價格或企業(yè)家推銷新的電池化學物質時，請將討論提升到整個系統(tǒng)級別。

然而，乘用電動汽車比電動自行車更重，可以承載更多的人，并且行駛得更快、更遠。因此，它需要容量大得多的電池組、一個主動冷卻系統(tǒng)，通過通道移動冷卻液來冷卻電池（因為它會變得熱移動和加速）、一個帶有計算機、傳感器和電纜的復雜 BMS，以及保護電池的裝甲。安裝以防發(fā)生碰撞，可能會穿透電池組并引起電池組著火。這三個主要子系統(tǒng)增加了重量、體積和成本。

對于比能，增加重量（公斤）會降低比能。對于能源成本來說，增加美元顯然會使其上漲。對于能量密度來說，增加體積會降低能量密度。換句話說，雖然電池仍然提供相同的瓦時，但安裝在電動汽車中的電池系統(tǒng)實際上比安裝在電動自行車中的電池系統(tǒng)更重、更昂貴、單位能量更大。      

當比較不同的電池化學成分時，應該在系統(tǒng)級別進行比較。討論需要圍繞有效（或已安裝）比能量、能源成本和能量密度進行，因此這是一個同類比較。    

一輛車，用兩種方法查看其電池

讓我們舉一個現(xiàn)實世界的例子。雪佛蘭 Bolt 使用 LG NMC 電池，比能量約為 220 Wh/kg，電池成本為 145 美元/kWh。將所有電池組級硬件和保護子系統(tǒng)考慮在內后，安裝的比能量下降至 135Wh/kg，安裝成本上升至 225 美元/kWh。

如果考慮到目前因火災風險而召回的所有雪佛蘭 Bolt，這個數(shù)字看起來更糟。因為每個電池組都在更換，所以可以說有效能源成本實際上是 370 美元/千瓦時。  

改變電池組的尺寸和化學成分可以產生顯著的變化。例如，如果 Bolt 有一款在城市環(huán)境中使用的續(xù)航里程較低的車輛，比如 40kWh 電池組，續(xù)航里程為 200 英里（畢竟，95% 的行程都在 30 英里以下），它可以使用不同類型的鋰電池，磷酸亞鐵鋰 (LFP) 或鎳鋅 (NiZn) 電池。兩者的電池比能量均為 130Wh/kg，電池成本為 100 美元/kWh。而且由于它們都不易發(fā)生火災，因此不需要復雜的 BMS、TPS 和裝甲。 

這意味著安裝的比能量將為 115 Wh/kg，成本為 160 美元/kWh。為什么只有200英里？這就是能量密度的用武之地：這兩種化學物質的能量密度都低于鋰離子，因此只有較低范圍的電池組才能裝入 Bolt 的空間中，并且不會顯著改變重量。

超越電池營銷

人們普遍認為鋰離子電池已經贏得了主導大多數(shù)儲能市場的競爭，而大部分爭論都集中在其具有競爭力的比能量和成本上。但通過對有效或已安裝的特定能源和成本的真實比較，很明顯它并不是許多用例的自然贏家。    

下次當您聽到分析師預測鋰離子電池的激進目標價格或企業(yè)家推銷新的電池化學物質時，請將討論提升到整個系統(tǒng)級別。一旦您考慮了能源用例的完整系統(tǒng)（無論是電動自行車、電動汽車還是電網(wǎng)存儲），這些數(shù)字會是什么樣子？第一個答案可能不是與經濟學最相關的答案。或者對于環(huán)境，這是另一篇文章的主題。

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本文由日本NEC鋰電池中國營銷中心于2023-12-10 18:43:51 整理發(fā)布。
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