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动力电池综合指标实现仍需攻克难点

导读: 王芳表示,2017年工信部发布《中国汽车产业中长期发展规划》提出2020年电池能量密度要达到300Wh/kg, 系统比能量力争达到260Wh/kg,这是一个产品指标,也是努力的方向。

4月13日,FOURIN 世界汽车研究会第27次例会在京举行,中国汽车技术研究中心首席专家王芳针对中外动力电池现状进行了主题演讲,在中外动力电池技术、市场竞争力等方面进行了深入分析,并对中国动力电池技术发展方向提出了建议,应加强优质产能减少盲目扩张,产品安全性是第一要素。

300Wh/kg目标有望实现

王芳表示,2017年工信部发布《中国汽车产业中长期发展规划》提出2020年电池能量密度要达到300Wh/kg, 系统比能量力争达到260Wh/kg,这是一个产品指标,也是努力的方向。她认为,300Wh/kg这个指标是可以努力达到的,科技部重大专项研发项目,有部分产品的单一指标达到了这个标准,但目前市面主流产品仍处于130Wh/kg-250Wh/kg的水平,根据对企业的交流和了解,今年会有少部分电池能量密度能达到280Wh/kg,并可以直接用于车上,不过仍有一些问题需要解决,比如安全性、电池寿命及成本等问题,作为装车产品,综合指标的实现还有很多难题需要攻克。

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王芳指出,2001-2015年的三个五年计划中,锂离子动力电池技术从混动与纯电动并重转变为纯电动为主,兼顾混动的路线,电池材料方面,2001-2005年是钴酸锂和锰酸锂动力电池开发,2006-2008年是锰酸锂和磷酸铁锂电池开发,2008-2010年是能量型功率型电池开发并进的状态,2010年以后基本以三元电池的开发为主,300Wh/kg的标准表明,今后的研发重点仍将是以三元锂电池为主。

在2018年的装车数据中,电池系统的能量密度较2017年有明显提升,纯电动乘用车能量密度从107.6Wh/kg升高到118.8Wh/kg,提升幅度达到10.37%,并且受到单体能量密度的快速提升以及成组技术进步的影响,2015-2018年电池系统的能量密度的提升幅度越来越大。

行业破局需加强优质产能提升

世界范围内,动力电池的产业化主要集中在三个区域——德国、美国、中日韩所在的东亚地区,而锂离子动力电池的生产主要集中在中日韩三个国家,从技术与产业的角度综合来看,日本在技术方面依旧领先,包括固态电池方面研究,但中国近两年的技术进步巨大。中国的市场份额已经超越日韩占据第一,动力电池数量最多、产能最大,主要生产区域有珠三角、长三角、京津地区、中原地区,这些地区除了动力电池的生产,电池关键材料、系统集成、装备、回收利用等体系也在成长。

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根据工信部车型数据统计,2017年中国动力电池装车量为367亿瓦时,有超过200家电池企业(含电池系统集成企业),到2020年市场需求在1000亿瓦时左右,王芳认为,以现在的增长速度来看,将来电池产能一定是过剩的,但还有可能出现电池不够用的情况,这是因为优质产能仍显不足,所以有能力的大型企业工作重心不应只是在扩张方面,只有提升优质产能才能抢夺更大的市场份额。

三元电池与磷酸铁锂应用比较

2017年,纯电动乘用车224款车型,配备三元电池的车型共有199款,占比88.8%,比往年大幅度提升,因为乘用车追求高比能、长续航。商用车受到一定政策影响,纯电动客车安全规范条件中四项要求进行热失控实验,高比能的三元电池较难通过该实验,所以2017年客车基本采用磷酸铁锂电池。

王芳表示,在対市场车型测评中发现,三元锂电池单体能量密度较高,从136Wh/kg到230Wh/kg不等,平均为183Wh/kg,系统能量密度为115.4Wh/kg,成组率仅为63%,而磷酸铁锂单体能量密度平均为143.9Wh/kg,系统能量密度为117Wh/kg,成组率是81.5%。如此反差,一是因为与电池本身的安全性有关,磷酸铁锂电池本身的安全性较高,与三元锂电池相比,所需要的隔热、防火、散热、阻热措施较少,二是因为磷酸铁锂电池多用于纯电动客车,客车电池箱多是标准箱,设计上要比乘用车的简单,附加因素比较少。

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王芳提到,冷却方式方面,中汽中心共比较了96款车型的冷却方式,根据所对比出的数据得出的结论不是很准确。因为在所有检测的96款车型中只有3款使用了风冷,7款使用了液冷。通过数据对比发现,使用风冷的动力电池能量密度最高,其次是自然冷,液冷最低,她解释道:这其实因为风冷数据过少,若是相同的电池系统,应该是自然冷却最高,然后是风冷,其次是液冷,因为风冷和液冷相比自然冷却,需要的额外零部件增加了电池系统重量,并且在使用中需要额外消耗电力。

不过整车的安全性有一定提高,目前企业为了达到指标都会尽量少用风冷和液冷。今后补贴越来越少,车企对集成系统的重视度也会提高,汽车产品出现安全隐患,车企多会选择召回,不仅需要大量财力,企业公信力也会受影响,所以安全性是车企研发的核心和基础。

最后,王芳建议在技术层面:

1、安全是第一要素,产品的生产设计当中还是要以安全为第一要素,要重视性能与安全的平衡。

2、应进一步提升动力电池系统集成水平,令其能够与电动汽车发展速度匹配起来。

在产业层面:

1、应重视电池生产和使用过程中的一致性。

2、应进一步提升优质产能。

3、应重视电池的循环利用和产业协同发展。

作者:王宁

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