
在我国政府大力推动下,新能源汽车热已持续了几个年头,在这股热浪的冲击下,虽然各地方、各车企纷纷行动,开发了多款新能源汽车投入示范运行,但几年来的实践成果甚微,未能达到预期效果。
目前,关于电动汽车类型和电池技术路线,仍然还有争议。在进行产业布局时,不能简单思维一刀切,应该充分考虑不同新能源车型和电池技术的特点,并结合具体应用环境进行规划。产业链上各方应充分发挥专业优势分工协作,电池厂做好电芯和电池,整车厂做好结构设计,最终将产业链上各方的比较优势集成为多元函数,从而实现最大化的多赢。
过去5年,电动汽车行业通过初期的争鸣和技术、商业的探索,在“三纵三横”的技术和商业路径的选择方面,已有比较清晰的判断。以电池为例,磷酸铁锂材料的高温稳定性较好,在汽车工况使用条件下温升不会太高,增加通风散热即可,但其低温特性很差,在东北地区零下20摄氏度时几乎无法使用。与磷酸铁锂电池相比,三元材料锂电池则在比能量、低温特性以及一致性方面有着明显优势。
业界主流的选择
电动汽车市场经历了一个从唯安全论进行材料选择,到根据实际需求提出锂离子动力电池技术整体要求的转变。
近期苹果公司在电池专业会议上得出的结论是,三元材料将成为电池的主流。早在2011年年底,我国汽车企业联盟T10召开的香山会议上,10家汽车企业均一致赞成三元材料电池。
由于三元材料性能的优点逐渐被认识,价格也不断降低,近年来开始应用于电动汽车上,在国外有许多成功案例。如美国特斯拉公司的电动汽车Model S,从洛杉矶到拉斯维加斯只需充电一次,以日本日产和德国宝马、大众为代表的车企选择了三元材料的路线,并已进入市场销售阶段。
德意志银行早前进行的一项调研显示,整车企业最愿意合作的10家锂离子电池企业中,有5家日本企业、3家美国企业、2家韩国企业。技术路线上,日韩企业基本以三元材料路线和锰酸锂为主,美国三家企业中除了A123走磷酸铁锂路线,其他的也是三元材料和锰酸锂为主。反观国内,在过去几年中,以中国电池界里的“四大”公司(比克、比亚迪、力神以及ATL)为例,仅比克坚持三元材料为基础,其余三家均坚持磷酸铁锂路线。
谁能满足未来要求
在小型乘用车上完成电动化,目前有两种解决方案:其一是根据要求重新设计一台新电动汽车,其二是在已有的平台车上搭载新动力(310328,基金吧)系统完成电动汽车改装。无论哪种解决方案,都需要为电池组提供一个较大的安装空间。由于乘用车内部空间狭小,对电池的安装空间要求较高,而油箱和底板中通道的空间最安全,位置居中,比较合适安放电池。
因此,整车对电池组的总体要求是:体积小、重量轻、安全性好、寿命长等,必须要考虑高水平的电芯、良好的安装结构、高可靠的管理系统。
从能量密度来看,由于材料本身的限制,磷酸铁锂电池仅能做到130瓦时/公斤左右,而三元材料电池可以达到170瓦时/公斤以上。从体积密度来看,磷酸铁锂电池若装满20千瓦时能量,需要200升的容量,三元材料电池组仅需要一半的空间。由此可见,磷酸铁锂电池更适合应用于对安装空间、使用环境要求不苛刻的大客车。
综合考虑,三元材料的性能要优于磷酸铁锂材料,而且通过改变配方和工艺,前者技术指标上升的空间还很大。这也为此前国内的纯电动汽车电池材料选择的纷争划上了一个句号。
目前国外企业生产的三元材料电池性能较强,价格也比国内产品低,但不支持小批量向国内订货。因此,如果不扶植国内电池企业发展,未来等到真正需要规模化支持的时候,无论是质量和成本,都将无法支持产业发展。
专业化弥补三元电池短板
目前车用三元材料电池大多是小型18650柱状电池,原因就在于小型电池比大容量电池安全,正如小鞭炮和二踢脚的关系。而且通过电解液以及特殊的陶瓷隔膜技术制作,可以在电池内部短路时隔开短路源,从而明显提高其安全性能。因此,只要掌握控制技术,就可以避免风险的发生。
三元材料电池对成组技术、包装工艺和结构设计上要求较高,会带来成本的增加。但讨论成本问题需要结合材料利用率和产品控制率等因素,首先,三元材料电池自动化生产技术基本成熟;其次,小型电池在生产线上可以实时检测,质量控制水平较高。这样看来,三元材料电池与磷酸铁锂电池的差价也并不大。
长于结构设计的整车企业在考虑电池组的时候需要注意以下三点:电芯选料时,不可使用大容量的单体,在成组结构上要留有相对宽松的模组空间,要设计较好的冷却通道,以便进行充分的降温散热;从电池管理系统角度,要监视好电池包内部温升状态,当温升过高时要降功率使用,同时使用良好的降温措施;电池组结构需要有很好的设计,其重点是组装方便、连接可靠、冷却良好、密封性好,满足汽车上恶劣的使用条件,同时要考虑到遇到事故时的安全问题,电池组内部至少预留15%的压缩空间。
源于实践的信心
从应用来看,实际运行时,由于城市工况需要经常走走停停,最高车速一般不超过80公里,平均电池放电倍率大多小于额定电流,充电时一般也不会超过限制。因此,只要控制得当,三元材料是安全的。
示范运行的情况也表明了这一点。采用三元材料电芯的100辆福田迷笛出租车,已在北京经过夏天和冬天的运行考验。台湾裕隆集团的纳智捷电动汽车也在台北完成了2010年世界花博会的园区工作,自2012年开始,已在台北开展租车业务。目前,一汽新能源汽车公司已有4个使用三元材料电池的车型申请国家目录,试验和认证工作也在进行中。
几年来,经过在三元材料的电池技术路线上的深耕细作,一汽新能源汽车公司积累了大量的示范运行数据和使用心得,通过良好的运行反馈,坚定了在三元材料路线发展的信心。
(作者分别系中国一汽集团副总工程师、中国一汽新能源汽车分公司质保部长)
技术
韩国将在公共交通领域应用
无线供电系统
近日,韩国表示将在公共交通领域中采用无线供电系统。研究人员表示,目前该技术的传输效率最大可达85%。
南加州大学锂离子电池技术获突破
通过采用蛋状多孔的硅纳米粒子代替传统石墨阳极,美国南加州大学的技术可持续完成2000次充放电循环,有效提升充电速度,普通电动车充满仅需十分钟。
市场
美加州力促零排放汽车目标
2月中旬,加州公布了实现《零排放车辆行动计划》目标的一些细节,为保证实现2020年100万辆零排放车、2025年再提高50万辆的目标,具体激励措施包括:延长优惠政策、考虑采用削减或取消零排放车的销售税以及分离购车费用和电池使用费用等。
英国2015年推氢燃料电池车
2月14日,美国能源部宣布出资100万美元,资助氢燃料项目研究。
另据一项汽车业界与英国政府联合发布的研究表示,氢燃料电池车将于2015年在英国上路,至2030年会有150万辆氢燃料电池车上路。英国政府希望在2015年前能建成65座燃料补充站,在2025年达到330座,到2030年建成1150座。
京VI排放标准2016年实施
日前,北京市环保局透露,北京市正在制定第六阶段尾气排放标准的相应方案,京VI排放标准将在2016年实施。
数字
全球混动车销量将达207万辆
英国Visiongain公司日前发布《2013—2023全球HEV市场》研究报告称,2013年全球混合动力汽车市场销量将达207万辆,在未来10年间,即2013年到2023年,混合动力汽车销量会出现持续增长。
我国新能源汽车专利全球第3
来自国家知识产权局的数据显示,过去7年间,我国在新能源汽车领域共提交专利申请2011件,与德国、韩国并列全球第3位。前两位是日本和美国,专利申请量分别为近9000件和4000件。
北京新能源消费今年增至5%
2月18日,北京市发布国民经济和社会发展报告称,今年将实现新能源占比达到5%左右,在公交、环卫及政府机关推广应用纯电动、压缩天然气(CNG)等新能源汽车,以有效控制机动车污染。北京市科委表示,今年将大力推动区域出租、公交车示范运营,积极引导私人购买纯电动汽车,实现示范运营新增5000辆。
福特电动车全年销售685辆
据美国汽车制造商表示,2012年,福特福克斯电动车一共生产了1627辆,仅售出685辆,只占福特混合动力汽车和电动车总销量的2%。
广州新能源车牌配置率仅16.4%
2月20日,2013年广州第一次“限牌令”摇号结束,个人新能源车指标第六次遇冷,在提供的待配置960个指标中,配置率仅16.4%。
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