Производители аккумуляторов разрабатывают инструменты для электромобиля, но что произойдет, если он сломается? Может ли быть дежавю в отношении топливных элементов в 1990-х годах или биотоплива в последнее десятилетие? Министерство энергетики США (DOE) признало, что некоторые критические параметры Li-ion не соблюдаются. Более новые никель-металлгидридные батареи, которые дешевле и безопаснее литий-ионных, также подходят для электрической трансмиссии, но эти зрелые системы часто исключаются из государственных грантов на исследования.
 
Идеальных соперников для электрического силового агрегата не существует, и литий-ионные аккумуляторы остаются хорошим выбором. Из пяти кандидатов, показанных на рисунке 1, литий-никель-марганец-кобальт (NMC), литий-фосфат и литий-марганец выделяются как лучшие. Считалось, что популярный литий-кобальт (не перечисленный), используемый в потребительских товарах, недостаточно прочен; тем не менее, эта высокоэнергетическая «компьютерная батарея» питает Tesla Roadster и Smart Fortwo ED.
 
Рисунок 1: Аккумуляторы для электромобилей. Вызовы, возможности и перспективы на 2020 год
. Компромиссы заключаются в безопасности, плотности энергии, стоимости и температурных характеристиках. 
Примечание: чем дальше формы выступают по оси, тем лучше будет батарея.
Со специального разрешения Boston Consulting Group (BCG), © 2010

В приведенной выше таблице сравниваются батареи с точки зрения безопасности; удельная энергия, также известная как плотность энергии или емкость; удельная мощность или способность обеспечивать высокий ток по запросу; работоспособность, способность работать при высоких и низких температурах; продолжительность жизни, которая включает количество доставленных циклов, а также календарный срок; и наконец обошлось.На цифре не указано время зарядки. Все батареи, предлагаемые для силовых агрегатов электромобилей, можно заряжать достаточно быстро, если имеется подходящая электрическая розетка. Время зарядки в несколько часов является приемлемым для большинства пользователей, исключение составляет сверхбыстрая зарядка. Таблица не показывает саморазряда, еще одной характеристики батареи, требующей тщательного изучения. В целом литий-ионные аккумуляторы имеют низкий саморазряд, и этот параметр можно игнорировать, если аккумулятор новый. Однако старение под воздействием тепловых карманов может увеличить саморазряд пораженных клеток и вызвать проблемы с управлением. Среди кандидатов в аккумуляторы для электромобилей литий-фосфатные батареи демонстрируют более высокий саморазряд, чем другие системы.

Ни один из пяти кандидатов в батареи на Рисунке 1 не демонстрирует значительного преимущества перед другими, а размер паучьих полей аналогичен по объему, хотя и различается по форме. Сосредоточение внимания на одном сильном атрибуте неизбежно обесценивает другое. NCA, например, имеет высокую пропускную способность, но представляет проблему безопасности, тогда как литий-фосфатная система является более безопасной системой, но имеет меньшую пропускную способность. При отсутствии явного победителя производители автомобилей включают периферийные устройства, чтобы компенсировать недостатки. Производители аккумуляторов, в свою очередь, помогают, проектируя элемент индивидуально, чтобы усилить важные характеристики, необходимые для приложения. Вот краткое изложение наиболее важных характеристик аккумулятора для электрического силового агрегата.
 
Безопасность - один из наиболее важных аспектов при выборе аккумулятора для электромобиля. Один-единственный инцидент, раздуваемый СМИ, может настроить общественность против такого автомобиля. Аналогичные опасения возникли 100 лет назад, когда взорвались паровые двигатели и загорелись бензобаки. Основная проблема - это тепловой разгон аккумулятора. Тщательно спроектированные цепи безопасности с прочными кожухами должны практически исключить это, но существует вероятность серьезной аварии. Батарея также должна быть безопасной при неправильном использовании и в пожилом возрасте.
 
Продолжительность жизни отражает количество циклов и продолжительность жизни. Гарантия на большинство аккумуляторов электромобилей составляет 8–10 лет или 160 000 км (100 000 миль). Потеря емкости из-за старения является проблемой, особенно в жарком климате. Производители автомобилей не имеют информации о том, как батареи стареют в различных условиях и климатических условиях. Чтобы компенсировать потерю емкости, производители электромобилей увеличивают размер батарей, чтобы учесть некоторую деградацию в течение гарантированного срока службы.
 
Производительность отражает состояние аккумулятора при вождении электромобиля в летнюю жару и низкие температуры. В отличие от двигателя IC, который работает в широком диапазоне температур, батареи чувствительны к холоду и теплу и требуют некоторого контроля микроклимата. В автомобилях с питанием только от аккумулятора энергия для снижения температуры аккумулятора, а также для обогрева и охлаждения салона поступает от аккумулятора.
 
Удельная энергия показывает, сколько энергии может выдержать аккумулятор в весе, что отражает запас хода. Приятно осознавать, что в расчете на удельную мощность аккумуляторная батарея вырабатывает лишь один процент энергии ископаемого топлива. Один литр бензина (1 кг) производит около 12 кВт энергии, тогда как батарея на 1 кг обеспечивает около 120 Вт. Мы должны иметь в виду, что электродвигатель эффективнее 90 процентов, в то время как двигатель внутреннего сгорания составляет всего около 30 процентов. Несмотря на это различие, способность аккумуляторов к накоплению энергии должна увеличиться вдвое и в четыре раза, прежде чем они смогут соперничать с двигателем IC.
 
Удельная мощность демонстрирует ускорение, и большинство аккумуляторов электромобилей хорошо реагируют. Электродвигатель с такой же мощностью имеет лучшее соотношение крутящего момента, чем двигатель внутреннего сгорания.
 
Стоимость представляет собой серьезный недостаток. Нет никаких гарантий, что целевая цена батареи в 250–400 долларов за кВтч, которую прогнозирует BCG, может быть достигнута. Обязательные схемы защиты для обеспечения безопасности, управление батареями для определения состояния, климат-контроль для долговечности и 8–10-летняя гарантия дополняют эту проблему. Стоимость одной только батареи равна стоимости автомобиля с двигателем IC, что существенно удваивает стоимость электромобиля.
 
Чтобы уменьшить загрязнение окружающей среды и сэкономить на ископаемом топливе, правительства продвигают электромобили. Это сделано добросовестно, но, глядя на рисунок 2, мы можем понять, что это невозможно с существующей технологией. Многие читатели согласятся, что успех автомобиля стал возможен благодаря очень низким ценам на топливо с точки зрения низшей теплотворной способности. Представление о вождении большого транспортного средства на большие расстояния не может быть перенесено на аккумуляторную тягу, даже при государственных субсидиях. Батарея - слабый соперник дизелю и бензину, и это видно на графике. Литий-ионный аккумулятор, выбранный для электромобиля, едва заметен на горизонте, и 90-процентный КПД электродвигателя не компенсирует низкую низшую теплотворную способность.
 
Рис. 2: Низшая теплотворная способность топлива с эффективностью преобразования
NCV дизельного топлива и бензина превосходят водород и литий-ионные аккумуляторы. Эффективность преобразования относится к выходной мощности агрегата и не включает коэффициенты сопротивления.

* КПГ (сжатый природный газ) находится под давлением 250 бар (3625 фунтов на квадратный дюйм)
** водород находится под давлением 350 бар (5000 фунтов на квадратный дюйм)
 
Водород также уступает место дизельному топливу и бензину. Немного лучшая эффективность топливного элемента PEM в преобразовании энергии по сравнению с двигателем внутреннего сгорания имеет лишь незначительное преимущество. Кроме того, водород нельзя перекачивать с Земли в виде нефти, и для его производства требуется энергия. В этом отношении водород похож на батарею; это носитель, позволяющий переносить энергию.
 
Давайте уважать жидкое ископаемое топливо до тех пор, пока оно у нас есть, потому что альтернативные ресурсы будут дороже. Генеральный директор Daimler Дитер Цетше знает об этом и подчеркнул на встрече в Штутгарте, что сейчас необходимы серьезные исследования и разработки, потому что «в долгосрочной перспективе альтернативы электромобилю не будет». Производители электромобилей также знают, что инвестиции высоки, а окупаемость низка.