为什么汽车电池仍然如此沉重？

早在我还是个孩子的时候，汽车电池就曾经是巨大的重块塑料，里面充满了铅和酸。他们以前的重量几乎和手机一样大（抱歉，这里有些夸张）。

45年后，汽车电池看起来仍然相同，重量也相同。

那么，在当今这个注重燃油经济性的现代时代，为什么电池仍然重40磅？为什么技术的进步不能使它们更轻，更高效？

因此，现在在回答了您的字面问题到真正的问题之后，可悲的是您没有问

电池技术在过去的100年中发展至今。铅酸启动电池在1920年在汽车中变得很普遍，铅本质上是有毒物质，硫酸/铅酸的危害也同样存在。它们往往会在低温下失效，尤其是如果不定期维护的话，即使生产起来显然很便宜，但对它们的整个处理，包括取回旧电池的法律要求，一定是一场噩梦。

既然电动汽车已经证明您可以可靠地驾驶多年，为什么行业还没有划清界限并改用锂离子电池或优质的NiCd或NiMH电池呢？

NiCd电池在各个方面都比铅酸电池差，但能量密度更差。NiMH更好，但价格昂贵得多，通常放电率更高（除非您使它们更昂贵）。而且仍然很难正确处理。

锂电池不是那么容易处理。您需要保护它们免受各种故障的影响，其中一些非常致命：请勿使锂电池过热。它会爆炸。和热量是电机室内部的严重问题（公平地说，电池不具备必要在里面，但它是非常方便）。

真正的主要原因是成本。我的上一辆汽车是1999年菲亚特Punto，提供的最大电流为100 A（当我尝试估算实际短路电流时，大约为43 A，但仍然很多。假设P = U·I = 12V·40A = 480W ），额定容量约为30 Ah（即12V·30Ah = 360Wh的能量）。它花了我25欧元。因此，粗略的猜测，它的生产成本不到10欧元。

因此，让我们以量产且价格便宜的锂电池为例。构成许多笔记本电脑电池组的常见圆形电池每个大约3欧元（假设生产中为1欧元），持续时间约为3Ah（11.1Wh），有时可提供高达5A的电流（顶部，请勿长时间使用） 3.7V。也就是说，单个电池可以提供18.5W。因此，要达到估计的480W我的cheapo汽车电池，您需要其中的26个。它们的生产成本为26欧元，还不包括您在控制，充电和保护电路上花费的欧元，将它们封装在坚固安全的东西中以及矿物所必需的才能生产锂中的某些稀有金属这一事实电池目前并没有变得更便宜，并且在世界各地为汽车配备电池肯定会加快这种市场机制。

让我们假设成本与容量成比例。我的26芯锂电池的能量为26·11.1Wh = 288.6Wh。因此，我们需要将其缩放1.25以实现与铅酸电池相同的360Wh。

这样的细胞重约90g。因此，细胞的重量为26·90 g = 2.34 kg。好的，我的脑袋里没有我便宜的汽车电池的确切重量，但可以说是15公斤。因此，如果我们的机壳和电子设备重量轻，我们的重量减轻了约6.3倍（据我所知，它们不是-您需要一个强大的开关电源，以便能够使用汽车的发电机，其中主要由相当大的铜线圈组成，也许还有一些铁氧体磁芯也不是很轻巧。

这导致组件A和组件B之间的成本因素约为3.5，具有处理方面的缺陷，可靠性较低和供应链变更。难怪汽车行业没有朝这个方向发展。（而且，顺便说一句，他们的游说非常好。）

因此，最明显的答案是：

为什么电池仍重20kg？

因为它们仍然是铅酸电池。就那么简单。没有其他技术能够接近安培的低成本（安培小时），可靠性和易操作性。20公斤并不是那么重，如果您认为“燃油经济性”仍然意味着您的平均每辆新车具有数十公斤的“舒适”功能，仅金属零件的重量就约为1毫克。

45年后，汽车电池看起来仍然相同，重量也相同。

45？更像是120年...但是，是的。我们仍然用钢建造桥梁，我们的混凝土已经变得更好，但是本质上仍然是混凝土，我们在公路上使用沥青，铜仍然是我们最喜欢的导体，在基本上不是低频的所有事物中最常见的放大器技术是一个基于双极晶体管的A / B类放大器，我们的冰箱仍然不是基于更有效的热传输方式，而是基于压缩或多或少的危险流体。

最新的电池比以前的电池要轻得多，并且在整个使用寿命内成本更低。但是他们不使用LA（铅酸）化学。

LiFePO4（磷酸铁锂）电池将以可接受的整个生命周期成本实现所需的功能，但初始资本成本较高，这对汽车制造商来说没有吸引力。

较低的初始资金成本似乎是首选使用铅酸而不是LiFeO4的主要原因，而且还没有其他真正的好理由。

循环寿命比铅酸的寿命长很多，这使整个生命周期的成本低于铅酸。

与锂离子（锂离子）不同，“心脏刺针”不会引起锂离子的问题。

充电控制“足够容易”。

与铅酸相比：

允许的放电深度，以及最大可接受的充电速率更高，

温度范围更好

充电效率更好。

自放电性能更好。

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锂离子/锂离子：

值得一提的是锂离子电池，因为它们在安全性方面经常受到“负面压力”。

与铅酸相比，锂离子化学的质量和能量密度更高（更轻和更小），循环寿命更长一些，资本成本更高，整个生命周期成本可能更高。妥善管理，充电控制会更加容易。温度范围更好，充电/放电效率更高。与安全有关的缺点在很大程度上不是问题-参见下文。

在许多应用中，锂离子电池是首选的电池-从Dreamliners到Samsung手机再到“ Hoverboards”，Mars Rovers到笔记本电脑和智能手机再到MP3播放器等等。上面的前三个应用程序因其已知的重大故障而被选中。但是，选择在火星漫游者中使用的任何东西都是出于其在长寿命，敌对环境中的适用性，绝不能使任务失败。每天在人们的口袋，房屋和汽车等中使用的锂离子电池有数亿个。

考虑到锂离子电池可能发生故障的方式，发生异常故障的次数非常少。被广泛报道的故障通常是由于某些系统性故障而影响到已批量生产或分配的一批电池或型号的电池或在高规格应用中的小批量生产。在这种情况下，设计或制造上的故障或缺陷会导致或允许失败，其后果会因锂化学物质的不当行为而加剧。

例如，过去一些苹果笔记本电脑，三星手机，自平衡式“气垫板”等类似事件都广为宣传。在前两个示例中，通常合格的制造商会允许设计错误在制造过程中存在未纠正和/或未引起注意或偷工减料的程度，以致无法弥补安全裕度。对于“气垫板”，原因对我来说是未知的，但与其他因素一样，其质量低，成本低，制造成本低。在消费类设备中，锂离子电池故障通常是由于间隙不足引起的电池短路以及随后的撞击灵敏度或达到统计制造公差变化的末端所致。

在波音Dreamliner电池故障的情况下，我没有看到最终的根本原因报告，但在数量很少的产品中发生了一些广为人知的故障（甚至可能是一些未公开的故障），其后果令人惊讶地得到了很好的控制。

对锂离子的失效，模式和后果的详细检查表明，它们几乎总是像流行的“神话”所暗示的那样远不及暴力，并且尽管能量释放很大，但从工程角度来讲，遏制相对容易。密闭增加了重量，体积和成本，在笔记本电脑或便携式/便携式设备中很难找到。它可在Dreamliners中找到，并且可以轻松用于汽车单电池（即非EV）应用，同时保持重量和体积仍远低于铅酸水平，并收取适度的额外费用。在电动汽车的应用中，问题似乎已经“足够好”地解决或解决了。我在vehiclar安全监管领域拥有专业知识，但是，我有信心为我们带来壮观的虚拟人机画面并允许在乘用车中捕获高挥发性石油燃料的法规也解决了锂离子动力源周围的安全问题。我还没有听说过“特斯拉”汽车会因电池故障而烧毁-尽管可能发生过-我想马斯克和他相信他们“已经足够”掌握了这个危险区域。

令我有些失望的是，我从未见过锂离子发烟燃烧事件，而且不认识任何人。发生的情况很常见，偶尔也会使新西兰成为新闻（新西兰人口不到500万）。

锂离子和磷酸铁锂：

相较于磷酸铁锂，锂离子化学报价稍好的质量和能量密度（有点打火机更小），大幅LOWER循环寿命，略低的资本成本（每能量容量），且基本上整个低劣的生活成本。充电控制大致相同，但在极少数情况下，LiFePO4很难损坏。温度范围不佳，充电/放电效率大致相同。LiFePO4受安全性的影响要小得多。

在尺寸和重量最小，投资成本最低的地区（使用电动汽车就是一个很好的例子），锂离子电池优于磷酸铁锂电池。

在几乎所有其他领域和应用中，LiFePO4优于或优于LiIon，我认为它们是当前选择的高能量长寿命，高循环次数能量存储的电池技术。

存在锂起动器电池，主要用于赛车或其他性能或奢侈品应用，在这些应用中，减轻重量或吹牛的权利值得付出。

但是，正如其他人指出的那样，该应用的需求相当苛刻，锂技术需要大量特殊的开发和维护，以能够可靠，安全地实现汽车中起动机/配件电池的作用。价格极高-仅为普通铅电池价格的十到二十倍。大多数人不想为汽车电池支付1000美元，所以他们不愿意。

答案很简单：因为我们没有发现更好的东西。

汽车电池需要长时间保持电荷，才能提供大电流并适合狭小空间。如果价格不太昂贵，这将有所帮助。

铅酸仍然是满足这些要求的最佳解决方案。

您可以使用基于锂的化学物质，它们可以保持电荷并提供大电流。它们也更昂贵，对温度敏感，在电气上需要更多的保养，并且如果在电气或机械上处理不当，也会更加壮观。
额外的成本和复杂性根本不值得将汽车的最终质量降低不到1％。

我看到您在帖子的末尾添加了一个新问题：

为什么技术的进步不能使它们更轻，更高效？

因为那不是化学的原理。

单一类型电池的容量几乎取决于您所拥有的离子量-也就是说，对于铅酸电池而言，您需要的铅质量也要差不多，再加上一些可以保持结构完整的铅。

现在，其他类型的电池由于缺乏表面或离子迁移率受到限制，从而限制了这些电池产生高电流的能力，但是您不能采取任何措施来增加铅酸电池的容量–水对于铅酸电池而言是极好的载体所涉及的化学物质，以及铅酸电池目前的采购能力已达到最大程度。

因此，它只是一种成熟的技术。就像过去80年来我们一直没有使廉价的建筑钢材变得更好一样，在不放弃铅酸原理的情况下，要使铅酸电池变得更好就无法做很多事情，而我的第二个答案则解释了所有问题。 。

使用超级电容器作为启动器电池是完全可行的，并且在实践中已经受到发烧友的尝试，请参见示例。除了价格上涨外，还报告了一些实际困难的例子：

• 单独使用Supercap，比起铅蓄电池更容易启动汽车，如果不连续充电，它将在收听广播的半个小时内放电。
• 直接连接的锂电池+超级电容组合不受上面的折磨，但是当他使用它快速启动割草机时却遭到损坏-锂电池将需要额外的电子设备来防止这种情况。

主要原因之一：价格。有更好的替代技术，例如电动汽车中使用的锂离子电池，但它们也更昂贵。这些电池绝对是电动汽车所需要的，在这些电动汽车中，您需要大容量而又不会增加汽车的重量（如果铅酸电池必须更换燃料箱作为汽车的唯一能源，铅电池会太重），但是以燃料为动力的汽车，仅用于启动电动机的单个经典铅蓄电池的重量与汽车的重量相比并不重要，而价格/容量比却要低得多。这是一个成本/效率问题：它们更便宜，能为汽车提供足够的能量，而且重量也不重要。