中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)2015年1月12日發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2014年，中國新能源汽車生產(chǎn)78,499輛，銷售74,763輛，比上年分別增長3.5倍和3.2倍。這標(biāo)志著中國的新能源車產(chǎn)業(yè)正在進(jìn)入高速增長期。然而，目前國內(nèi)絕大多數(shù)電動(dòng)整車廠的電池、電機(jī)依賴外購，電控系統(tǒng)則由于涉及整車控制通常為自主研發(fā)或者聯(lián)合開發(fā)。我們曾經(jīng)聽到過這樣的聲音，“中國的動(dòng)力電池技術(shù)與世界領(lǐng)先水平接近”，實(shí)際上真的是這樣嗎?對此，4月1日晚，蓋世汽車網(wǎng)特組建“新能源車動(dòng)力電池技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀微課堂”(以微信為主體的專業(yè)群交流模式)，就國內(nèi)外動(dòng)力電池發(fā)展現(xiàn)狀、應(yīng)用現(xiàn)狀、技術(shù)瓶頸進(jìn)行了探討，邀請湖南科霸動(dòng)力電池(科力遠(yuǎn)子公司)總工程師匡德志開堂授課，來自廣汽、一汽技術(shù)中心、一汽大眾、上汽、通用、比亞迪、華晨寶馬、克萊斯勒、福特等整車廠;巴斯夫、麥格納、博世、康明斯、法雷奧等零部件企業(yè)以及比克電池、旭化成等相關(guān)行業(yè)的共277位人士在群內(nèi)展開熱烈討論。會(huì)后蓋世汽車網(wǎng)將重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行梳理和補(bǔ)充，以饗讀者。

 

       電動(dòng)汽車的發(fā)展可謂一波三折。在1834年，就誕生了第一輛電動(dòng)汽車，當(dāng)時(shí)使用的是干電池，續(xù)航里程很短。隨著卡爾˙奔馳在1886年發(fā)明了內(nèi)燃機(jī)車之后，電動(dòng)汽車幾乎銷聲匿跡。1973年，中東爆發(fā)石油危機(jī)，使世界汽車巨頭又掀起了電動(dòng)車的研發(fā)浪潮，但因電池特性和技術(shù)限制，此次仍未能令電動(dòng)車發(fā)展起來。但我們看到1971年豐田推出了首款混合動(dòng)力車——普銳斯。其采用的是具備大電流充放能力的鎳氫電池，安全性好，但是比容量低，體積大。

 

       隨著第四代普銳斯的誕生，該車除了HEV版本提供鎳氫電池外，還為其PHEV版本配備了鋰電池，比容量得到了提升，但安全性卻下降了。至此，我們不禁要問，究竟哪類電池才是最好的?好電池的標(biāo)準(zhǔn)是什么?對此，匡德志指出，任何一類電池都有其優(yōu)劣勢，它們適合的應(yīng)用也不同。

 

       主流動(dòng)力電池優(yōu)劣勢分析

 

       當(dāng)前比較主流的電池包括超級電容器、金屬氫化物鎳電池、鋰離子電池、燃料電池。超級電容器的特點(diǎn)是可承受瞬間大電流充放電，但儲電量低，不能驅(qū)動(dòng)車輛長時(shí)間的使用;金屬氫化物電池具備大電流充放電能力，安全性好，但是比容量低，體積較大;鋰離子電池的電壓在這幾類電池中最高，比容量高，但它的是安全性、低溫性能差;燃料電池從去年開始走進(jìn)更多人的視線，能量儲備充足，可快速補(bǔ)充燃料，但成本高，瞬間輸出能力差，致命的缺陷是不能進(jìn)行能量的回饋，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)的車輛不能只用燃料電池實(shí)現(xiàn)剎車時(shí)能量的回收。

 

       目前市場的主流的新能源汽車包括日產(chǎn)聆風(fēng)、豐田普銳斯、雪佛蘭沃藍(lán)達(dá)等，當(dāng)然還有紅得發(fā)紫的特斯拉Model S。這四款車無一例外地都采用了鋰電池或鎳氫電池，因此也可以看出，在上述四種動(dòng)力電池中，鋰電池與鎳氫電池是競爭最為激烈的兩類電池。許多業(yè)內(nèi)人士對功率密度、能量密度、最大容量等參數(shù)各有說辭。

 

       實(shí)際上，并非所有的參數(shù)都高才是最好的(當(dāng)然 也不可能實(shí)現(xiàn))?？锏轮局赋?，功率密度跟電池的應(yīng)用領(lǐng)域直接相關(guān)，如果用在混合動(dòng)力車對功率要求較高的領(lǐng)域，必然要求功率密度也較大;如果用在純電動(dòng)車對 功率要求不高但儲能要求較高的領(lǐng)域，功率密度要求則可以降低一些，但能量密度要夠大?？锏轮緩?qiáng)調(diào)，不論是鎳氫電池還是鋰電池，它的功率密度和能量密度都可 以通過電池設(shè)計(jì)者根據(jù)應(yīng)用情況進(jìn)行調(diào)整。

 

       例如，特斯拉Model S具有480公里的續(xù)航，其18650鋰電池的能量密度達(dá)到了200瓦時(shí)/千克;而雪佛蘭沃藍(lán)達(dá)同樣采用鋰電池，由于其對于純電續(xù)航的要求并不高，只有60公里，因此其能量密度僅為88瓦時(shí)/千克(16千瓦時(shí)÷181千克)。

 

 

電池各項(xiàng)性能的關(guān)系

 

       此外，動(dòng)力電池的各項(xiàng)性能是相互平衡的，或者 說“牽制”的，電池性能的優(yōu)劣不取決于單個(gè)電池的某項(xiàng)特性，而取決于綜合性能。從上圖中我們可以看出，容量與耐久性、高溫性能與低溫性能、散熱性與絕緣 性、容忍性與成本是四組互相“矛盾”的參數(shù)。因此，匡德志強(qiáng)調(diào)，只有綜合考慮電池性能參數(shù)與環(huán)境之間的關(guān)系，才能真正具有應(yīng)用價(jià)值。

 

       “安全性、壽命、成本”是最大瓶頸

 

       我國是一個(gè)汽車大國，2014年產(chǎn)銷量雙雙超越2000萬輛，然而，卻不是一個(gè)汽車強(qiáng)國，在傳統(tǒng)汽車技術(shù)領(lǐng)域如此，在新能源車技術(shù)領(lǐng)域亦是如此。我國的新能源車三大核心要素電池、電機(jī)、電控系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)力都稱不上強(qiáng)，尤其在電池方面主要依賴外購。因此所謂的“彎道超車”一說不免令人覺得盛名之下，其實(shí)難副。

 

       我們先來看一組數(shù)據(jù)，可以對國內(nèi)外在動(dòng)力電池發(fā)展上的差距有個(gè)直觀了解。近日，日本知名動(dòng)力電池公司PEVE官網(wǎng)發(fā)布數(shù)據(jù)稱，已經(jīng)賣出了800萬套動(dòng)力電池，日本混動(dòng)車占所有汽車銷量的40%。相比之下，2014年，我國的新能源車總銷量也不到8萬輛，這其中又有多少的電池出自中國本土企業(yè)?巨大的級差令人細(xì)思恐極。那么，我國動(dòng)力電池技術(shù)與國際先進(jìn)水平的差距在哪?又是在哪些技術(shù)上遇到了瓶頸?

 

       匡德志指出，國內(nèi)動(dòng)力電池技術(shù)的瓶頸在于壽 命、安全性和成本。這三點(diǎn)并非完全獨(dú)立，而是互相關(guān)聯(lián)的。電池壽命指的是循環(huán)壽命和擱置壽命，循環(huán)壽命的降低主要來自電池成組過程中的一致性問題。循環(huán)壽 命低將增加電池更換需求，這會(huì)大大增加電動(dòng)車使用成本。而擱置壽命是指電池在靜態(tài)放置狀態(tài)下壽命的衰減。在汽車應(yīng)用中，電池大部分時(shí)間處于擱置狀態(tài)，從實(shí) 際應(yīng)用來看，車輛在夏天的高溫暴曬狀態(tài)下，電池的衰減非常明顯。

 

       其介紹，在使用鎳氫電池，尤其是功率型鎳氫電池時(shí)，更多地保證電池在較小里程范圍使用，可以延長壽命。另外，電池的使用溫度對壽命也有影響，溫度越高，壽命越短。鎳氫電池以35℃為界限，溫度每升高10℃，壽命會(huì)縮減一半。所以在設(shè)計(jì)時(shí)，加裝熱管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電池溫度的管理，保持其在恒溫下使用，同樣可以延長電池壽命。

 

       與電池壽命和安全性相關(guān)的最重要的系統(tǒng)是BMS(電池管理系統(tǒng))。匡德志強(qiáng)調(diào)，BMS是保證電池應(yīng)用的核心部件。在電池完成一致性生產(chǎn)后，能夠確定電池壽命的主要因素在于BMS。目前國內(nèi)BMS已基本能消除單體以至模塊條件下過電壓、短路、擠壓等情況下的安全隱患，但整包級別的安全性仍沒有完全解決，這也是電池技術(shù)的瓶頸之一。

 

       匡德志補(bǔ)充，不論是國內(nèi)還是國外的BMS，均可以由專業(yè)的公司進(jìn)行開發(fā)，但是，關(guān)于電池內(nèi)部的控制和對電池特性的識別，必須由電池企業(yè)提出自己的需求。因?yàn)槠髽I(yè)對自己電池的了解是最深的，所以自主開發(fā)才能實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品的最優(yōu)控制。這是匡總給國內(nèi)電池企業(yè)的建議，科霸本身也是這么做的。

 

       總結(jié)：

 

       與傳統(tǒng)汽車的內(nèi)燃機(jī)技術(shù)一樣，我國在新能源車動(dòng)力電池領(lǐng)域也需要經(jīng)歷從外購到合作研發(fā)，再到自主開發(fā)的過程。不論是對于新能源車企，還是動(dòng)力電池企業(yè)來說，追求的目標(biāo)的不能僅限于產(chǎn)銷量，而是從細(xì)小元件著手，潛心研發(fā)，實(shí)現(xiàn)瓶頸突破。

 

       正如匡德志所說，我國雖然在動(dòng)力電池技術(shù)水平上落后于國際，但我們有著廣闊的汽車市場作為后盾，這為我們趕超國外先進(jìn)水平提供了機(jī)遇。