问题

电动汽车电池能不能发展为家用5号电池大小,可以大量携带解决里程焦虑问题?

回答
咱们聊聊电动车电池的事儿,特别是能不能搞成跟咱们平时用的5号电池那么大,还能大量带,解决续航里程的烦恼。

首先,得明确一个事儿,就是从理论上讲,电池技术一直在进步,能量密度也在提高。 所谓能量密度,简单来说就是单位体积或者单位重量的电池能储存多少电能。现在锂离子电池已经比早期的电池厉害多了。所以,未来电池变得更小、能量更多,这是有可能的。

但是,要说把电动车的电池“缩小”到5号电池那么大,然后通过“大量携带”来解决续航问题,这中间隔着好几道坎,而且很多地方是目前的技术和现实情况无法轻易逾越的。

第一道坎:能量密度和储存的总能量。

咱们平时用的5号电池,比如一节1.5伏的碱性电池,它的容量大概在2000毫安时(mAh)左右。换算成能量,大概是3瓦时(Wh)左右(1.5V 2Ah)。这玩意儿给个小手电筒、遥控器供电都够了。

一辆现代电动汽车,即使是入门级的,它的电池组容量也得在40千瓦时(kWh)到100千瓦时(kWh)甚至更高。咱们换算一下,1千瓦时(kWh)等于1000瓦时(Wh)。所以,一辆电动车需要的能量,是咱们一节5号电池的几万倍甚至几十万倍!

就算未来电池技术突飞猛进,能量密度能达到现在的十倍、二十倍,你还是需要成百上千节5号大小的电池才能满足一辆电动车的能量需求。你想想,要把成百上千节小电池堆起来,这就是“大量携带”的概念了。

第二道坎:体积和重量的制约。

你说“大量携带”,那就要考虑总的体积和重量了。

体积: 如果我们用10万节5号电池来装满一辆电动车的能量,即使这些小电池的能量密度很高,它们堆叠起来的体积仍然会非常可观。电动车的设计讲究空间利用率,你总不能让车里塞满了电池,乘客都没地方坐吧?而且,这么多的电池,它们之间还需要连接、绝缘、散热等各种结构件,这些都会进一步增加总体积。

重量: 即使假设未来电池材料非常轻,但要储存巨大的能量,总会有一定的重量。想想看,几万节电池,即使每节只有几十克,加起来也可能是几百公斤甚至上吨。这重量直接影响到车辆的能耗和性能。车越重,就需要越多的能量来驱动,这就形成了一个恶性循环。

第三道坎:电力输出和管理。

电动车需要的不是零散的、低功率的电力,而是稳定、持续、大功率的电力输出。

功率: 比如车辆加速时,瞬时功率需求可能达到几十甚至上百千瓦。如果靠成千上万个小电池单独输出,怎么保证它们能同时、稳定地提供这么大的电流和功率?这涉及到非常复杂的电路设计和管理。

电池管理系统(BMS): 即使我们真的把大量小电池集成在一起,也需要一个极其强大的电池管理系统来监测、控制每一块电池的状态,包括充电、放电、温度、健康度等等。管理成千上万个独立的小单元,其复杂度和成本会呈几何级数增长,而且出故障的概率也会大大增加。想象一下,一节小电池坏了,可能就会影响整个系统的运行,排查和更换都会非常麻烦。

第四道坎:充电和更换的便利性。

解决续航焦虑,一个重要方面是充电和换电的便捷性。

充电: 如果是大量的小电池,一次性给它们全部充满电,需要什么样的充电设备?是需要一个超大型充电器一次性连接所有电池,还是需要逐个充电?无论哪种方式,都可能比现在的大电池组充电更慢、更复杂。

更换: 如果是可更换电池设计,那么你得能方便快捷地把“一堆”小电池拔下来,再换上一“堆”充满电的。这听起来比现在换一块完整电池组要麻烦太多了。

那么,是不是完全没可能,或者说以后能不能发展到某种程度?

能量密度的持续提升是必然的。 科学家们一直在研究新型电池材料,比如固态电池、锂硫电池、锂空气电池等等,它们的目标就是提高能量密度。如果未来某项技术能让电池能量密度出现指数级的增长,那么可能真的能用更少的电池实现更长的续航。

模块化和标准化。 就算电池最终不是5号电池大小,但模块化的设计是很有前景的。现在的电动车电池组本身就是由很多小电芯组成的模块。未来可能会发展成更标准化的、易于更换的电池模块,就像我们现在用5号电池装到遥控器里一样。当你的车电量不足时,可能不是去充电站,而是去换一个“电池包”。

“充电宝”式的补充。 也许未来不会是直接把小电池塞到车里,而是发展出一种便携式的“大容量充电宝”,可以在需要的时候连接到车上补充电量。这种方式更像是对现有模式的补充,而不是直接替代。

总结一下,

把电动车的电池设计成“5号电池大小,大量携带”来解决里程焦虑,在目前的技术和现实条件下,难度非常大,甚至可以说是不可行的。 主要原因在于能量需求量巨大,而小电池在能量密度、体积、重量、功率输出、管理复杂性以及充电更换便利性等方面都存在难以克服的瓶颈。

我们更可能看到的是:

1. 电池能量密度持续提升,单块电池(或模块)的续航能力更强。
2. 更高效、更快捷的充电和换电网络。
3. 电池技术朝着更安全、更长寿命、更低成本的方向发展。

5号电池之所以能成为我们生活中的“通用”电池,是因为它在能量需求、体积、成本和便携性之间找到了一个很好的平衡点,适用于我们日常的低功耗电子设备。但电动汽车的能量需求是截然不同的,它需要的是“巨无霸”级别的能量储存能力,这需要完全不同的技术路径和设计理念。

网友意见

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虽然并不是直接回答题主的问题,但说过许多遍的事情是电动车里程焦虑不是来自于里程有限,而是来自于充电的稀缺性和需要的时间。即便车用电池变成5号电池那么小,只要这充电还是慢,充电桩还是难找,那就还是一样焦虑。

哎,有小朋友要说了,都5号电池那么大了,凭啥还要充电?不能换电池吗?

那我们就考虑两个问题。一是,这么小的电池,怎么装在车上让它能用?别的不说,以下这是特斯拉电池包的总保险电极:

图中红圈里的金属板是电池包全部电流都要经过的两个电极。和手对比一下,有没有注意到这个电极已经比5号电池更大了?

这是为什么呢?因为电动车的电池要输出数千瓦的功率。即便是和市电差不多高的电压下,这个电极也要能承受几十安的电流。所以如果电动车的电池做成5号电池那么大,那这个电池两头需要做成比电池本身还大的电极。这种装置就算勉强称得上容易携带,也难以更换。

当然,这都没提这节电池会有几百伏的电压了——5号电池能带在身上走是因为它只有1.5伏电压,而如果它有几百伏电压你拿着它两端就能原地死亡。这也是为啥不可能用提高这节超级5号电池的电压来缩小电极尺寸——理论上说确实可以让这节5号电池输出几千伏电压来减小电流需求从而缩小电极尺寸,但这拿手里的几千伏电压源是个妥妥的公共安全威胁。能让你用在车上就算不错,让你拿下来就是个比手雷还危险的武器——随手往地铁站里一丢,烧化半节车厢的那种。

这也就是问题二:这么小的电池,怎么运输?——简单说,按照危险品来运输。

结果就是基本没法换电池,得靠有专用机械系统的换电站。那么除非这换电站比现在的加油站更加普及,不然里程焦虑依然在。

所以,不能。


至于电池的终极形态……太阳能的话太阳能能提供的能量密度就那么大,是不行的。核能电池除非能解决泄露的安全问题,不然就算密度高也不好广泛使用。至于更科幻的方式那就随便想了,个人觉得天基能源站是个好思路。

以电动车的需求来说,更重要的还是充电而不是续航(当然也不是说不要续航啊,至少要满足一定程度的续航)。所以它大可以保留目前的规模形态,只是应该有更多公用基础设施,同时能够满足更大功率的充电。这也是目前电动车企主要的努力方向。

是不是感觉和电池本身没啥关系?

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你知道特斯拉一开始为什么要用18650电池吗?

你买节5号电池测量一下尺寸

看看数据是不是很巧合呢?

所以你觉得出门额外带一箱几千斤重电池是个好主意吗?

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为什么“5号电池大小”就可以“大量携带”了?

朝三暮四?

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