日前,我國新能源客車又現(xiàn)燃燒事件,并且造成一人死亡的嚴(yán)重后果,對此,中國北方車輛研究所動力電池試驗室主任王子冬表達(dá)了自己的擔(dān)憂:我國目前鋰電池生產(chǎn)企業(yè)有2000到3000家,在缺乏核心技術(shù)下,在動力電池供不應(yīng)求下,許多企業(yè)開始生產(chǎn)動力電池。但是,動力電池和傳統(tǒng)的鋰電池在制造技術(shù)上,完全是兩回事。
以下是王子冬發(fā)言實(shí)錄:
動力電池已成為我國電動汽車戰(zhàn)略性新型產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸技術(shù)。目前我國電池研究和生產(chǎn)企業(yè)眾多,但總體實(shí)力不強(qiáng),產(chǎn)業(yè)鏈條不完整,還面臨著國外企業(yè)進(jìn)入中國給我們造成的壓力,在這樣一個狀態(tài)下,我們?nèi)绾螒?yīng)對?
我們需要對前進(jìn)中的深層次問題進(jìn)行深入研究和系統(tǒng)思考,重點(diǎn)突破、穩(wěn)步推進(jìn)。
社會各方科研力量需共同努力,以支撐我國動力電池產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,創(chuàng)造機(jī)遇。
勝出者往往不是因為能力,而是觀念。我們整個產(chǎn)業(yè)遇到的壓力:
全球鋰離子電池企業(yè)前4強(qiáng)分別是三星SDI、松下、LG化學(xué)和索尼,其中三星SDI已經(jīng)超越松下而成為全球第一。從數(shù)據(jù)可以看到,三星SDI一家企業(yè)的產(chǎn)銷量幾乎相當(dāng)于中國前10強(qiáng)的總和。
中國前10強(qiáng)企業(yè)的產(chǎn)銷量總占比為78%左右,這也是與全球表現(xiàn)明顯不同之處。一個毋庸置疑的事實(shí)是:中國企業(yè)普遍缺乏規(guī)模優(yōu)勢,且未來一段時間內(nèi)這種狀況恐較難改變。在規(guī)模效益不足的情況下如何維持自身的生存與發(fā)展,是擺在中國企業(yè)面前的一道亟待解決的課題。
出現(xiàn)這種狀況的原因之一是:國內(nèi)動力電池企業(yè)與電動汽車企業(yè)的關(guān)系過于松散,相互的忠誠度不夠,電動汽車企業(yè)對待動力電池企業(yè)只當(dāng)作零部件供應(yīng)商,認(rèn)為是可以有多種選擇的。在這種情況下動力電池企業(yè)不愿意為電動汽車企業(yè)開發(fā)合適的動力電池。
動力電池企業(yè)需要和電動汽車企業(yè)同步成長和發(fā)展,缺一不可。這些可以從國外企業(yè)和電池企業(yè)形成緊密的研發(fā)共同體就可以看出,這些企業(yè)在動力電池上不是簡單的買賣關(guān)系,而是戰(zhàn)略同盟研發(fā)關(guān)系。而我們國家,現(xiàn)在整車廠還把電池企業(yè)作為一個供應(yīng)商來看待。
挑戰(zhàn)1、決定電動車前途的不是成本,是效率
制約純電動車普及的最主要瓶頸,其實(shí)不是續(xù)航里程,因為多裝電池,續(xù)航里程就高了,像特斯拉那樣;也不是成本,隨著普及程度的提高,成本終究有辦法降下來,像亨利?福特的流水線之于汽車那樣;決定一項新技術(shù)最終能否得到普及的,是效率。
這里指的不僅是能量轉(zhuǎn)化效率,這方面純電動是很高的,比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)高多了。是使用效率,目前純電動車的比較好的充電水平,也只能做到20分鐘充電80%(續(xù)航大約100-120公里);假設(shè)平均車速是60km/h,也就是說,每開2小時車就要停下來充20分鐘電!實(shí)際上,即使到處都是充電樁,你也不大可能隨到隨充,難免要排個隊,假設(shè)前面有2輛車,那么你就要等1個小時。這樣的效率,是無法作為日常交通工具使用的!
所以,在充電一次的行駛里程在200km以下的電動車,如果不能解決電動車能量快速補(bǔ)充問題,即使充電樁普及了,純電動車也無法完全替代傳統(tǒng)汽車,它也只能作為一種補(bǔ)充,適用于短距離移動。
解決的途徑:減輕重量,降低能耗;加大電池組能量;加裝增程器;加裝高效太陽能發(fā)電板,補(bǔ)充部分能量;更換電池組。
挑戰(zhàn)2、電動車動力電池遭遇低溫充電難
目前的電動車,特別是電動公交車、電動出租車、私人電動車等大部分使用的是鋰電池。北京、青島、長春、唐山、包頭的新能源汽車示范運(yùn)行工作,都不同程度遇到了冬季充電困難的問題,使得冬季電動公交車的運(yùn)力下降,很難保證正常運(yùn)行。問題分為兩個層面:
一是低溫環(huán)境下電池性能下降,好一點(diǎn)的下降10-15%,差一點(diǎn)的下降35%,這與材料狀態(tài)、電池結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝、外殼結(jié)構(gòu)、熱管理系統(tǒng)功能有關(guān);
二是低溫充電容易產(chǎn)生析鋰現(xiàn)象,發(fā)生不可逆反應(yīng),使得電池容量和能量大幅度下降。嚴(yán)重的鋰枝晶會刺穿隔膜,使電池短路,發(fā)生安全事故。
挑戰(zhàn)3、成本:動力電池組的成本
就目前的電池生產(chǎn)技術(shù)來說進(jìn)行電芯成本分析:
1、100Ah磷酸鐵鋰電池材料成本:
正極材料0.8kg-100元、負(fù)極材料0.4kg-25元、隔膜5m2-40元、電解液0.5kg-40元、外殼40元/套、加工費(fèi)55元,合計300元,相當(dāng)于:0.938元/Wh;
2、100Ah三元材料鋰電池的材料成本:
正極材料0.7kg-100元、負(fù)極材料0.4kg-25元、隔膜5m2-40元、電解液0.5kg-40元、外殼40元/套、加工費(fèi)55元,合計300元,相當(dāng)于:0.834元/Wh;
3、100Ah錳酸鋰材料電池的材料成本:
正極材料0.95kg-88元、負(fù)極材料0.4kg-25元、隔膜5m2-40元、電解液0.5kg-40元、外殼40元/套、加工費(fèi)55元,合計288元,相當(dāng)于:0.78元/Wh。
電芯其它成本內(nèi)涵:
a、設(shè)計費(fèi)、測試費(fèi)、模具費(fèi)、開發(fā)費(fèi);
b、材料利用率、原材料采購成本、產(chǎn)品合格率;
c、設(shè)備折舊費(fèi)、財務(wù)費(fèi)用、銷售費(fèi)用、管理費(fèi)、人員培訓(xùn)費(fèi);
d、稅費(fèi)、職工福利、保險費(fèi)、企業(yè)利潤。
目前由于批量小,各種費(fèi)用攤銷后電芯成本就變成2元/Wh以上了。
電池組的成本:
a、技術(shù)開發(fā)費(fèi)用。
電池組有冬季充電加溫系統(tǒng),有夏天工作時要散熱的系統(tǒng),有使用中抗振動結(jié)構(gòu),有下雨天防水結(jié)構(gòu),有事故中防沖擊結(jié)構(gòu),有連接的可靠性設(shè)計,有BMS可靠性設(shè)計。
b、系統(tǒng)增加的部件費(fèi)用。
電池組有安裝方便性考慮,有維修檢查的方便性結(jié)構(gòu);
c、性能測試費(fèi)、可靠性考核費(fèi);
d、設(shè)備折舊費(fèi)、人員培訓(xùn)費(fèi)、產(chǎn)品的運(yùn)輸費(fèi);
e、財務(wù)費(fèi)用、銷售費(fèi)用、管理費(fèi)、稅費(fèi)、福利費(fèi)、保險費(fèi)、企業(yè)利潤。
f、企業(yè)的隱形成本。
加起來電池組的成本就變成3元/Wh以上了。
挑戰(zhàn)4、安全性
動力電池的安全對于電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。近年來,隨著各種節(jié)能與新能源汽車試點(diǎn)和實(shí)際運(yùn)營數(shù)量的增多,安全事故時有發(fā)生,事故的分布從縱向看:在加工、制造、化成擱置、運(yùn)輸、測試、使用、充電維護(hù)、回收各個環(huán)節(jié)上,都出現(xiàn)過問題。
從橫向看:國內(nèi)外在手機(jī)、電腦、電動自行車、電動摩托車、電動轎車、電動公交車、混合動力車等領(lǐng)域應(yīng)用過程中,也都出現(xiàn)過問題。目前動力電池出現(xiàn)問題多數(shù)是在充電時發(fā)生,低溫充電增加了出現(xiàn)問題的概率。如何提高動力電池的可靠性與安全性成為當(dāng)前業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。
挑戰(zhàn)5、長壽命使用。所謂的電池一致性、可靠性
1)生產(chǎn)過程中對電池一致性的控制能力,這可以通過自動化生產(chǎn)設(shè)備和“正確的生產(chǎn)工藝”得以控制(尋找到能夠控制產(chǎn)品質(zhì)量的工藝方法這點(diǎn)很重要)。另外電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計要符合大規(guī)模機(jī)械化生產(chǎn)設(shè)備的要求。
2)使用過程中對電池一致性的控制能力也很重要。
A、合理的電池結(jié)構(gòu)減少低溫環(huán)境下的電池自身溫度不平衡;
B、采用盡可能減小電池接觸電阻的連接方式,提高電池組的功率性能,同時減少電池的局部溫升;
C、注重每一個電池表面的冷卻效果,選擇科學(xué)、合理的通風(fēng)結(jié)構(gòu),使整個電池組的溫度場得以均勻,以保證電池組在低溫環(huán)境中使用過程中的環(huán)境一致性。對于電池系統(tǒng)一致性問題,目前存在的比較明顯的誤區(qū):
認(rèn)為電池生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該把電池的一致性做到±1%的范圍內(nèi),其實(shí)電池企業(yè)提供給整車企業(yè)的動力電池,一致性是可以控制在這個范圍里的,但是為什么成組后的一致性相差了10%?
問題就出在了成組和集成過程中,溫度的不一致,導(dǎo)致了電池在工作中效率的不同,造成電池出現(xiàn)了不一致。
另外,電池組的充電方法不合理也會產(chǎn)生比較大的影響。
挑戰(zhàn)6、電動車開發(fā)、使用、推廣的商業(yè)模式?
電動汽車沒有像電動自行車、移動電話那樣為你的用戶提供出超值享受,或者為用戶解決了難題,也就是沒有體現(xiàn)出用戶的附加值,用戶最關(guān)心使用電動車需要有什么功能。