陈永翀:Nanoflowcell公司电动车及液流电池解析

微型电动车2022-06-20 16:50:47

本文来源:中国化学与物理电源行业协会公众号,作者:陈永翀


  Nanoflowcell公司的QUANT E型液流电池汽车在2014年3月份第一次公开报道时,我们课题组注意到了此事,并根据当时有限公开的数据做了初步计算和分析。今年日内瓦车展是他们公司的第二次参展,推出了新款QUANT F型概念电动车。下面以QUANT F型电动车数据对电池性能和电池类型进行估算分析,并得出结论。


  一、估算依据:


  “QUANT F系列车型采用的是一种新型液流电池,同时配备有超级电容器(具体参数没有公开)。汽车底部分别安装了两个250升的容器,为电机提供动力,续航里程达到800km之上。”这是Nanoflowcell公司公开的报道,我们以这两个数据估算电池能量密度和类型。其他数据属于媒体的猜测报道,暂不予采用。


  二、估算结论:


  (1) 如果Nanoflowcell公司上述两个公开数据属实,那么这是一款采用锂液流电池的概念电动车。


  (2) 经估算,电池系统(请注意,不是电解液,是整个电池系统,包括电解液,容器管路和反应器)的能量密度为112 Wh/kg,和目前锂电池系统的能量密度相当,而不是媒体报道的600Wh/kg。


  (3) 尽管Nanoflowcell公司的有关报道是为了商业宣传,但也说明锂液流电池得到了超前关注。目前锂液流电池的能量密度不高,但预计未来的电池能量密度可以达到200Wh/kg以上。


  (4) 我们没有检索到任何与Nanoflowcell公司相关的电池专利;在锂液流电池技术方向,。世界上第一篇锂液流电池专利由麻省理工在2009年申请,在中国复审时已经被拒两次,2015年2月麻省理工再次申请延期复审,但被授权可能性很小,因为该专利没有把握好锂液流电池的本质技术特征,存在重大缺陷;电工所已申请相关专利20项,目前已获授权发明专利8项,基本覆盖了锂液流电池技术的主要关键点,形成了自主知识产权的技术开发路线。


  三、计算过程:


  (1) 我们知道,电动轿车的百公里能耗一般为14-20度电(KWh),我们以百公里能耗18 KWh计算。该车的报道续航里程达到800公里,因此估算该车的满充电能约为 8×18= 144度电(KWh)。为了满足大功率短时输出,该车还同时配备有超级电容器(具体容量没有给出),因此我们保守估计液流电池电量约为140度电,超级电容约为4度电。


  (2) 汽车底部分别安装了两个250升的容器(一正一负),为电机提供动力。另外,电池反应器内部也有反应空间容留电极溶液,与容器溶液大致的体积比值一般为1:5,亦即电池系统应该包括300升左右的正极溶液和300升左右的负极溶液。因此,可以计算单电极溶液的体积能量密度为140 KWh / 300 L = 467 Wh/L (该能量密度值经常被媒体误报道为液流电池系统的能量密度)。因为电池必须正负极溶液匹配工作,因此电极溶液的综合体积能量密度为 467 / 2 = 233 Wh/L (或者为 140 KWh / 600 L = 233 Wh/L )。电极溶液的密度比水大,大致是水的1.4~1.8倍(含能物质越多,密度越大),取中间值1.6倍,估算电极溶液的综合质量能量密度为: 233 / 1.6 = 146 Wh/kg。对于液流电池来说,这个值很重要,因为它是对应电极溶液的液流电池系统的极限能量密度值。上述计算过程并没有包括系统容器、驱动泵和反应器的质量(称之为管路质量)。如果按照管路质量:溶液质量=1:4的质量比计算,则该电池系统的实际能量密度可能为:146 / 1.25 = 112 Wh/kg。这个值和目前的锂电池系统能量密度值大致相当。


  (3) 目前,除了锂液流电池有可能达到上述能量密度值,其他任何液流电池的能量密度还是远低于该估算值(全钒液流电池约为20~40 Wh/kg),因此我们认为,如果Nanoflowcell公司上述两个公开数据属实(各有250升容器,续航里程800公里),那么这是一款采用锂液流电池的概念电动车,电池系统能量密度约为112 Wh/kg。


  (4) 既然是概念电动车,而不是商业电动车(特斯拉是商业车),因此必然还存在一些技术经济性问题没有解决,需要继续改进。我们也需要抓紧开展相关研发工作。


  QUANT系列车型采用的是一种新型液态电解质电池,这种电池采用盐水作为存储能量的介质。盐水会通过两个水箱之间的隔膜形成电荷,电力被储存和分配给超级电容器。它的能量密度比锂电池大5倍。


  列支敦士登公司nanoFlowcell于2014年的日内瓦车展推出了QUANT e-Sportlimousine车型,而在2015年的日内瓦车展上,其将推出该车的升级版本QUANT F。新车采用了碳纤维单体壳式车身,其全新的大灯技术QUANTeYES能够在80km/h时自动开启(QUANT F的大灯是背光的水晶灯,在接通大灯电源时能投射出代表QUANT的‘Q’标识,QUANT F的前灯看起来就像是有瞳孔的眼睛,“QUANT的眼睛”--这样就有了QUANTeYES这个名字)


  1、QUANTe-Sportslimousine


  科技日报2014年3月17日报道,来自欧洲列支敦斯登的nanoFLOWCELL公司在本届日内瓦车展上发布了QUANTe-Sportslimousine原型车,它是一款采用液流电池技术的电动汽车。据悉,液流电池动力系统能够支持该车行驶400-600公里。


  该车电池系统额定电压600V,额定电流50A,输出功率30kW,能量密度为600Wh/kg。nanoFLOWCELL公司还表示该电池能够经受1万次充放电循环后不产生明显的记忆效应。


  QUANTe-Sportslimousine原型车上搭载了体积为200L的电解液槽,储能容量120 kWh(储能密度600Wh/L),该车在低负载条件下,百公里能耗为20kWh。公司表示,今后有望将电解槽的体积宽展到800L。


  动力方面。QUANTe-Sportslimousine原型车内配置了4台持续功率为120kW(综合功率480kW,转换成马力是653马力)、峰值功率为170kW的电机,可通过扭矩分配实现四驱驾驶,也能作为车内两个超级电容器的备用能量储蓄装置。每个车轮单独峰值扭矩可达2900 N?m,百公里加速时仅需2.8 s。


  关于QUANT e-Sportlimousine的动力系统很难解释清楚,不过公司透露,流动池将电气化学蓄电池和普通的燃料电池进行了整合,流动的电解液在两个电箱中循环。


  2、QUANT F车型


  2015年3月3日,在的日内瓦车展上列支敦士登公司nanoFlowcell旗下的QUANT F车型亮相。QUANTF是一款采用液流电池技术的电动汽车。动力方面,QUANT F系列车型采用的是一种新型液态电解质电池。汽车底部分别安装了两个250升的容器,总容量达到500升,为电机提供动力。新QUANT e-Sportlimousine通过四个电动机实现四轮驱动,其最大功率1090马力(801.69 kW),最高额定电压达到735V,极速达到300km/h之上,续航里程达到800km之上,传动系统配备2挡自动变速箱。此前QUANT e-Sportlimousine的缓冲系统能够持续提供50安培的电流,而在QUANT F上,这种缓冲系统在必要时能短时供应2000安培以上的电流。


  该液流电池系统的优势之一在于其采用体积较大的电池仓,也就意味着有着更高的能量密度。600V额定电压和50A额定电流下,该系统能不断输出30千瓦的最大功率。液流电池将电化学蓄电池以及燃料电池的各个方面相结合,相比为当今电动汽车提供动力的锂离子电池技术而言,其性能高出4倍。希望量产版本早日与我们见面。


  3、QUANTiNO车型


  2015年日内瓦国际车展上,来自列支敦士登的nanoFlowcell公司向大家展示他们的全新概念车型:QUANTiNO。QUANTiNO是一款利用液流电池技术开发的电动跑车,最高时速可达200公里/小时,续航里程约为1000公里。它的额定电压为48V,可输出最大输出功率105kW。(这个车型和上边车型电池系统串并联方式可能有变,这个车的额定电压只有48V,上边两个车型均为600V)

原创投稿或好文推荐请发送至 Leander.sun@foxmail.com 或QQ:17666188,也欢迎直接回复公众号进行交流