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新能源汽车迅速发展电池技术须先确保安全性

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新能源汽车迅速发展电池技术须先确保安全性
从“十五”时期起,我国新能源汽车一直走的是“三纵三横”技术研发路线。其中“三纵”指混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车;“三横”指多能源动力总成控制系统、电机及其控制系统和电池及其管理系统。
特斯拉动力电动汽车电池技术安全解析
 
  从2009年起,政府对既有研发成果进行了示范推广,当前已进入第二期节能新能源汽车大规模示范推广阶段(2013-2015),这个阶段涉及39个城市和城市群88个城市,按各省市上报计划,示范车数量将超过30万辆。北京、上海以及江苏南京等城市示范推广数量已经超过一万辆。
 
  从节能新能源汽车产量统计也能反映这个态势,2014年,新能源汽车产量呈现爆发式增长,而今年的产量有望在2014年产量的基础上翻番。单今年推广数量将超过20万辆,从2009年开始示范推广起,不完整统计总数或超过30万辆。
 
  从示范推广的应用领域分析,当前节能新能源汽车主要应用于城镇的微型纯电动和中高速汽车产品,而在城郊结合部,应用微型电动车对旧有低速车升级换代是个契机,当前也有了相关应用。商务用车、物流用车将是下个阶段的应用方向,当前应用较少。商务用车对中高级、中高速的纯电动车有较大需求,大巴车中插电式混合动力大巴车和快充/常规充电大巴车是主要应用的产品。
 
  动力电池供不应求
 
  从市场销售情况看,电动自行车、储能和电动汽车是锂离子电池的主要应用领域。
 
  在世界范围内,各国对电池也进行了大量的投资,现在投资超过100亿美元,它的产能超过50亿Wh。在全球范围内,形成了3个聚集区域,即德国、美国和东亚。东亚以中、日、韩为主,我想在未来一段时间内动力电池产业还将保持这样的发展态势。
 
  在国内,动力电池领域目前也形成了比较完整的产业链,从材料到电池生产再到应用,最后到回收等都包括在内。国内也有4个聚集区域,即京津地区、黄河中下游地区、长三角地区和珠三角地区。这些地区是动力电池生产企业比较聚集的地方,现在的产能近200亿Wh,投资超过100亿元。
 
  上述统计的数据是国内主流企业的产能统计,但这只是名义上的产能。实际上,从今年销售情况看,现在的动力电池生产还处于供不应求的局面。究其原因,这里面肯定还有一些短板没能得到解决,比如实际可用产能不足。现在发挥作用的产能基本上是名义产能的40%左右,也就是说在这个基础上,实际可用产能也就是80亿Wh,或者稍微多一点。
 
  我预测,今年,电池的产能大致在100亿Wh,它的产值按现在的价格来说大概会在200亿-300亿元,满足20万辆电动车的需求。
 
  政策支持电池技术发展
 
  新能源汽车的关键零部件是电池。铅酸电池、锂电池等各种不同类型的电池在技术指标上存在差异,因此应用环境也有所不同。铅酸电池在国内主要应用于低速车领域,使用量较大。镍氢电池主要适用于混合动力车,随着企业的推广,其份额或许会增加。而锂电池是镍氢电池和铅酸电池的升级换代产品,其应用范围涵盖上述领域。
 
  世界各国都在制定自己国家的电池发展规划,涵盖技术研究、材料、电池回收等领域,从全产业链角度对相应的研发和产业化的工作进行支持。我国同样在实施两个规划,即科技部牵头制定的《电动汽车科技发展“十二五”专项规划》和国务院发布的《节能与新能源汽车产业发展规划(2012―2020年)》。这两个规划对相应电池研发工作给予了充分支持。
 
  早期,动力电池的研究是在“973”计划、“863”计划及支撑项目的支持下进行的。《节能与新能源汽车产业发展规划(2012―2020年)》出台后,创新工程也对电池研究进行了支持。在“十三五”时期,国家对整个科研的体制进行了调整,通过“新能源汽车重点研发专项”整合了原有多个计划和项目,集中资源做新能源汽车研发内容的布局和规划。此次整合仍沿用“三纵三横”布局,结合了能源、信息、材料科学多个学科,从基础研究进行布局。同时整合了多个平台,诸如国际合作平台、示范平台等。
 
  根据这三个五年计划的研究经验,电池发展的趋势仍是朝着能量密度越来越高的趋势发展。这跟整车对电池要求相适应。从安全性角度来说,目前是磷酸铁锂电池安全性最好。另一类是以锰酸锂为主与三元做混合的电池,现在也有批量应用。
 
  三元材料锂电池有望实现规模化应用
 
  目前,市面上主流的电池依然是磷酸铁锂,而北汽从EV200开始选用了三元材料电池。对比这两种电池的技术,磷酸铁锂优点多一些,安全性能比较好,缺点也比较明显,是它的比能量比较低,因此低温性能比较差。三元锂的好处是比能量较高。而大家关心的是安全性问题与比能量安全性是矛盾的因素,比能量越高安全隐患越大。
 
  从技术升级的角度来说,比能量逐渐提升,磷酸铁锂的比能量在120-130Wh/kg,再要提升,磷酸铁锂电池就做不到了,要换其他磷酸盐的材料。而再进一步升级就是用三元材料提升比能量,这是从产品升级的角度来看,为什么有的企业从磷酸铁锂转变为三元材料?比能量高了,单位能量增加,重量降低,相对来说续驶里程会延长。
 
  对于整车来说,如果用磷酸铁锂续驶里程比较短,因为装相同容量电池的情况下,跟三元材料相比,它的重量要重,所以续驶里程是短的。所以在这个基础上我们做了升级,用更高比能量的电池来代替低的电池,而三元材料目前来说是比较成熟的技术,来替代磷酸铁锂的技术。
 
  在使用三元材料电池的过程中,我认为,第一个要看它的安全性,并从电池系统的设计角度考虑改进,比如热设计和结构设计等,通过DMS的管理,甚至通过整车的控制的策略来提高安全性。因为每一个电池都有安全性问题,没有一类电池绝对安全,只不过安全性有高与低的差别。三元材料因为比能量,发生问题可能影响更大。因此,应从电池系统的设计,包括整车设计角度来保证它的安全性。至少在目前国内做电动车设计的时候,安全性应放在非常重要的位置考虑。
 
  还有一个问题是对它的循环寿命,磷酸铁锂循环寿命单体3000次或者5000次,三元材料也要和磷酸铁锂的循环寿命做竞争。从整车厂的角度来说,希望尽可能提高它的循环寿命,并从电池的系统设计包括整车的设计入手做升级,比如对电池的放电深度,也就是说从DOD的深度做控制系统。
 
  还有对电池系统设计从批量化的生产角度或者从规模化生产的角度考虑,尽可能做到规格化,这也是汽车厂家需要考虑的,包括整个行业也在考虑的,尽可能把单体的电池做成统一,外形尺寸是一致的,这样既可以配套汽车厂家不同的车型,还可以降低大规模生产的电池的成本。
 
  几个方面的因素结合在一起,目前来说,采用三元材料锂电池也是整车厂家现在应用和关注的重点,并使其成为今后一段时间会实现规模化应用的产品。当然,磷酸铁锂也在某些车型里面也会用,比如应用在对体积和重量要求不是很严格的大巴车里,每类电池有不同应用的领域。但是在三元材料这一块未来有很大的发展空间,值得期待。

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