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新能源汽车“新”在哪里

导读: 媒体报道,“2014年1-5月,中国锂电池的消费终端已经发生显著变化,其中,手机和笔记本电脑消耗锂电池的占比分别下降2%和4%,平板电脑消耗占比上升1%,电动车和储能分别上升4%和1%。”相关人员的谈到“汽车电气化给锂电池厂商所带来的重大机遇与挑战。”

  “2014年1-5月,中国锂电池的消费终端已经发生显著变化,其中,手机和笔记本电脑消耗锂电池的占比分别下降2%和4%,平板电脑消耗占比上升1%,电动车和储能分别上升4%和1%。”相关人员的谈到“汽车电气化给锂电池厂商所带来的重大机遇与挑战。”

  有一点不可以否认,锂离子电池正在越来越多地被新能源汽车使用,这应该是上述结论的基础,随着中国以及世界范围内新能源汽车快速发展,锂离子电池会被越来越重视。

  无独有偶,今年初与几位投资人士交流的过程中,这些人士清一色将新能源汽车的定位重点聚焦在电池上面,特别是锂离子电池成为了关注的重点,包括能量密度、包括单位存储能量的价格等方面成为资本关注的焦点,有没有其它路径可以取代锂离子电池?或者锂离子电池是我们当下的必经路径吗?我们不妨去分析一下。

  第一、有没有更理想的能量存储技术路径?

  从哲学上来讲,任何东西都不可能没有取代的可能性,所以,在能量存储方面,锂离子电池也不是独一无二的,在技术路径方面,简单来讲,有三个大类,也即是我们谈到的电化学电池、飞轮电池和超级电容,至于燃料电池笔者认为更应该归结到动力装置方面,与发动机等方面相比拟。

  电化学电池,事实上最早应用在新能源汽车上面的并不是锂离子电池,而是铅酸电池和镍氢电池,三者之间的区别,很多可能都知道,也即是比能量的递增、比功率的递增和循环寿命的增加,但是在售价方面和技术成熟度方面是递减的,这些符合我们日常生活中谈到的“一分价钱一分货”的原理。

  很多人可能说你谈这些落后的电化学电池作为锂离子电池的替代路径不太合适,事实上,最为成功的一款混合动力汽车丰田的普锐斯,此前多是采用的镍氢电池,这些并没有阻碍其在全球数百万的销量,所以关键的不是你采用价格高的锂离子电池,而是在于性能和成本之间你的平衡让消费者接受,从而获得了产品的商业成功,这也应了一句话,有钱未必能够造出来好车,否则一家央企、国企那么有钱,为什么自主汽车板块做的还不如几家民营企业。

  除了上述谈的电化学电池之外,笔者事实上想要谈论的是另外两种,第一种是飞轮电池,飞轮电池又称电动机械电池。它突破了化学电池的局限,用物理方法实现储能,飞轮电池中有一个电动机,充电时,该电机以电动机形式运转,在外电源的驱动下,电机带动飞轮高速旋转,即用电给飞轮电池充电。即增加飞轮的转速从而增大其动能。放电时,电机以发电机状态运转,在飞轮的带动下向外输出电能完成机械能、动能、到电能的转换,飞轮电池中的飞轮是在真空环境下运转的,转速可达200,000r/min,但这也对构成材料的强度密度比提出了更高的要求。另外,飞轮电池具有2~4kw/kg的比功率和125wh/kg的比能量,并且几乎免维护,具有较低的寿命周期成本,使之十分适合用作重型卡车混合动力传动系的储能元件。目前,飞轮电池难以推广应用的原因是其昂贵的价格以及使用过程中的安全可靠性能。

  此外,超级电容也是可选择的方向,超级电容在混合动力汽车上应用最具吸引力的特点是它具有高的比功率可达2~4kw/kg和高的循环效率可达92~98%,包括峰值功率工况在内,这对车辆加速制动功率回收和避免系统过电压状态具有重要意义。另外,由于超级电容采用物理方式存储电子而没有可转变的化学反应,具有优越的工作循环承受能力和寿命但超级电容应用的一个最主要的缺陷是比较低的比能量,目前大约在7~10wh/kg。因为超级电容的电压直接随充电状态而变化,其容量的大部分可能不能使用,因此,超级电容只适合于对比能量需求低的轻度混合动力汽车。

  正如笔者谈到的,关键不是谁贵谁好,而是如何做到平衡。

  第二、复合电源能否替代锂离子电池?

  除了上述的单个技术之外,还应该关注几者之间的创新集成,由于蓄电池和超级电容都无法同时满足整车功率和能量的需求,将二者优势结合,组成复合电源,以充分发挥蓄电池和超级电容各自在比能量和比功率方面的优势,复合电源的结构形式包括蓄电池、超级电容以及控制超级电容充放电的功率转换器DC/DC。

  通过复合电源的组合,蓄电池仅需提供整车运行期间电系统的平均功率,超级电容负责弥补平均功率以外的波动功率需求。通过超级电容“削峰填谷”的作用,达到缓冲蓄电池工作负荷、提高电池工作效率、延长电池使用寿命的目的。可以充分发挥蓄电池和超级电容在能量和功率方面的应用优势,使二者有机结合、扬长避短,最大限度地回收整车制动能量,进一步挖掘HEV节能、减排的潜力。

  通过复合电源的研制,电池厂商可以把更多的精力用于延长电池寿命、降低电池成本上,有利于进一步改善电池性能,降低电池成本。由于超级电容“削峰填谷”的作用,电池负荷得到减缓,充放电电流得到减缓,对电池状态的监控也变得较为容易,可以为准确估算电池SOC 提供一种新的解决方案。由于超级电容具有较强的高低温工作性能,其受环境温度的影响幅度较小,可以利用此特性来调整控制策略,增加超级电容的充放电比例,从而保证整车在低温环境下的性能需求。

  所以,这个层面来讲,也不失一种良好的途径。

  第三、技术革新能否取代锂离子电池?

  当然,熟悉笔者文章的朋友可能知道,笔者此前谈到在线充电技术,如果能够实现远距离无线充电,对于能量存储装置的要求会更低,这个时候甚至可能将电池的容量和成本降低到极限,这些也是我们从事新能源汽车研发的最终目标。

  所以,在能量存储方面,不要过于悲观,我们还有很多路子可以走。

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