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新能源车动力电池发展现状与趋势解析

日期:2015-10-25 00:08

中国汽车工业协会2015年1月12日发布的数据显示,2014年,中国新能源汽车生产78,499辆,销售74,763辆,比上年分别增长3.5倍和3.2倍。这标志着中国的新能源车产业正在进入高速增长期。然而,目前国内绝大多数电动整车厂的电池、电机依赖外购,电控系统则由于涉及整车控制通常为自主研发或者联合开发。我们曾经听到过这样的声音,“中国的动力电池技术与世界领先水平接近”,实际上真的是这样吗?

电动汽车的发展可谓一波三折。在1834年,就诞生了第一辆电动汽车,当时使用的是干电池,续航里程很短。随着卡尔·奔驰在1886年发明了内燃机车之后,电动汽车几乎销声匿迹。1973年,中东爆发石油危机,使世界汽车巨头又掀起了电动车的研发浪潮,但因电池特性和技术限制,此次仍未能令电动车发展起来。但我们看到1971年丰田推出了首款混合动力车——普锐斯。其采用的是具备大电流充放能力的镍氢电池,安全性好,但是比容量低,体积大。

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第四代丰田普锐斯

随着第四代普锐斯的诞生,该车除了HEV版本提供镍氢电池外,还为其PHEV版本配备了锂电池,比容量得到了提升,但安全性却下降了。至此,我们不禁要问,究竟哪类电池才是最好的?好电池的标准是什么?对此,匡德志指出,任何一类电池都有其优劣势,它们适合的应用也不同。

主流动力电池优劣势分析

当前比较主流的电池包括超级电容器、金属氢化物镍电池、锂离子电池、燃料电池。超级电容器的特点是可承受瞬间大电流充放电,但储电量低,不能驱动车辆长时间的使用;金属氢化物电池具备大电流充放电能力,安全性好,但是比容量低,体积较大;锂离子电池的电压在这几类电池中最高,比容量高,但它的是安全性、低温性能差;燃料电池从去年开始走进更多人的视线,能量储备充足,可快速补充燃料,但成本高,瞬间输出能力差,致命的缺陷是不能进行能量的回馈,导致驱动的车辆不能只用燃料电池实现刹车时能量的回收。

目前市场的主流的新能源汽车包括日产聆风、丰田普锐斯、雪佛兰沃蓝达等,当然还有红得发紫的特斯拉Model S。这四款车无一例外地都采用了锂电池或镍氢电池,因此也可以看出,在上述四种动力电池中,锂电池与镍氢电池是竞争最为激烈的两类电池。许多业内人士对功率密度、能量密度、最大容量等参数各有说辞。

实际上,并非所有的参数都高才是最好的(当然 也不可能实现)。匡德志指出,功率密度跟电池的应用领域直接相关,如果用在混合动力车对功率要求较高的领域,必然要求功率密度也较大;如果用在纯电动车对 功率要求不高但储能要求较高的领域,功率密度要求则可以降低一些,但能量密度要够大。匡德志强调,不论是镍氢电池还是锂电池,它的功率密度和能量密度都可 以通过电池设计者根据应用情况进行调整。

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特斯拉Model S

例如,特斯拉Model S具有480公里的续航,其18650锂电池的能量密度达到了200瓦时/千克;而雪佛兰沃蓝达同样采用锂电池,由于其对于纯电续航的要求并不高,只有60公里,因此其能量密度仅为88瓦时/千克(16千瓦时÷181千克)。

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电池各项性能的关系

此外,动力电池的各项性能是相互平衡的,或者 说“牵制”的,电池性能的优劣不取决于单个电池的某项特性,而取决于综合性能。从上图中我们可以看出,容量与耐久性、高温性能与低温性能、散热性与绝缘 性、容忍性与成本是四组互相“矛盾”的参数。因此,匡德志强调,只有综合考虑电池性能参数与环境之间的关系,才能真正具有应用价值。

“安全性、寿命、成本”是最大瓶颈

我国是一个汽车大国,2014年产销量双双超越2000万辆,然而,却不是一个汽车强国,在传统汽车技术领域如此,在新能源车技术领域亦是如此。我国的新能源车三大核心要素电池、电机、电控系统的技术实力都称不上强,尤其在电池方面主要依赖外购。因此所谓的“弯道超车”一说不免令人觉得盛名之下,其实难副。

我们先来看一组数据,可以对国内外在动力电池发展上的差距有个直观了解。近日,日本知名动力电池公司PEVE官网发布数据称,已经卖出了800万套动力电池,日本混动车占所有汽车销量的40%。相比之下,2014年,我国的新能源车总销量也不到8万辆,这其中又有多少的电池出自中国本土企业?巨大的级差令人细思恐极。那么,我国动力电池技术与国际先进水平的差距在哪?又是在哪些技术上遇到了瓶颈?

匡德志指出,国内动力电池技术的瓶颈在于寿 命、安全性和成本。这三点并非完全独立,而是互相关联的。电池寿命指的是循环寿命和搁置寿命,循环寿命的降低主要来自电池成组过程中的一致性问题。循环寿 命低将增加电池更换需求,这会大大增加电动车使用成本。而搁置寿命是指电池在静态放置状态下寿命的衰减。在汽车应用中,电池大部分时间处于搁置状态,从实 际应用来看,车辆在夏天的高温暴晒状态下,电池的衰减非常明显。

其介绍,在使用镍氢电池,尤其是功率型镍氢电池时,更多地保证电池在较小里程范围使用,可以延长寿命。另外,电池的使用温度对寿命也有影响,温度越高,寿命越短。镍氢电池以35℃为界限,温度每升高10℃,寿命会缩减一半。所以在设计时,加装热管理系统,实现电池温度的管理,保持其在恒温下使用,同样可以延长电池寿命。

与电池寿命和安全性相关的最重要的系统是BMS(电池管理系统)。匡德志强调,BMS是保证电池应用的核心部件。在电池完成一致性生产后,能够确定电池寿命的主要因素在于BMS。目前国内BMS已基本能消除单体以至模块条件下过电压、短路、挤压等情况下的安全隐患,但整包级别的安全性仍没有完全解决,这也是电池技术的瓶颈之一。

匡德志补充,不论是国内还是国外的BMS,均可以由专业的公司进行开发,但是,关于电池内部的控制和对电池特性的识别,必须由电池企业提出自己的需求。因为企业对自己电池的了解是最深的,所以自主开发才能实现对产品的最优控制。这是匡总给国内电池企业的建议,科霸本身也是这么做的。

总结:

与传统汽车的内燃机技术一样,我国在新能源车动力电池领域也需要经历从外购到合作研发,再到自主开发的过程。不论是对于新能源车企,还是动力电池企业来说,追求的目标的不能仅限于产销量,而是从细小元件着手,潜心研发,实现瓶颈突破。

正如匡德志所说,我国虽然在动力电池技术水平上落后于国际,但我们有着广阔的汽车市场作为后盾,这为我们赶超国外先进水平提供了机遇。

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该资讯的关键词为:新能源车动力电池 

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