回顧電動車發(fā)展的歷史:
1834就開始被發(fā)明了,當時使用的是干電池,行駛里程是有限的。時間發(fā)展到1886年,由卡爾奔馳發(fā)明了由內(nèi)燃機驅(qū)動的汽車,至此純電動車發(fā)展受到了很大限制,主要因為電池的性能被內(nèi)燃機車徹底取代掉了。1973年,中東爆發(fā)石油危機,使世界汽車巨頭又掀起了電動車的研發(fā)浪潮。但非常遺憾,因電池自身的特性,此次電動車發(fā)展的浪潮并未實現(xiàn)電動車的普及,但是隨著這股浪潮的涌起,我們幸運的發(fā)現(xiàn),1971年,由豐田推出了一款神奇的普銳斯榮耀上市,開始了混合動力時代的發(fā)展。
當然正如大家所知,2014年,豐田發(fā)布了一款新的車型命名叫“未來”,將燃料電池用到汽車上來,再過50年、100年甚至更遠的未來,汽車將會達到什么樣的狀態(tài),很多人進行猜想,在此我用一句話來表達:汽車真正的未來,只有后人見證!
電池簡介:
電池就是把其他形式能量轉(zhuǎn)化為電能的裝置,又分物理電池和化學電池,物理電池以太陽能電池為主,化學電池如鋰電池、鎳氫電池等。
電池比電動車產(chǎn)生更早,最早是1780年意大利解剖學家發(fā)現(xiàn)了生物電化學現(xiàn)象,在1799年福特發(fā)明了真正使用的電池,后人將其稱為伏打電堆,1860年法國人普朗泰發(fā)現(xiàn)了反復充電的電池,開創(chuàng)了現(xiàn)代電池的發(fā)展。1992年,松下成功研發(fā)出汽車動力電池,成為第一款真正批量用于車輛上的動力驅(qū)動電池,我們需要把它與車輛本身擁有的12V電池進行一個區(qū)分。
現(xiàn)代電動車用主流電池:
四種:超級電容器、金屬氫化物鎳電池、鋰離子電池、燃料電池,這些電池研究和應用都比較廣泛。超級電容器的特點是可承受瞬間大電流充放電,但儲電量低,不能驅(qū)動車輛長時間的使用;金屬氫化物電池具備大電流充放電能力,安全性好,但遺憾的是比容量低,體積較大;鋰離子電池的難題電壓是這幾款電池中等級最高,比容量高,但遺憾的是安全性、低溫性能差;燃料電池從去年開始走進更多人的視線,能量儲備充足,可快速補充燃料,但成本高,瞬間輸出能力差,致命的缺陷是不能進行能量的回饋,導致驅(qū)動的車輛不能只用燃料電池實現(xiàn)剎車時能量的回收。
根據(jù)這些電池自身的特點和車輛使用的特性, HEV會選擇鎳電池和鋰電池,PHEV主要選擇超級電容器 、氰化物鎳電池和鋰電池,超級電容器是和其他電池結(jié)合在一起使用。EV主要選擇鋰離子電子、FCV主要選擇鎳電池和鋰電池
燃料電池應用領域,目前重點關注豐田批量生產(chǎn)上市的一款車,它使用電池的配合方式是燃料電池和鎳氫電池配合使用。
車用電池選擇原則
首先是安全性,它也是車載部件選擇的紅線。這上面的演員是大家比較熟悉——保羅,非常遺憾的是2013年在車禍中喪生,他駕駛的車輛是保時捷,原因是車輛的失控,保羅是很牛的賽車手,車技非常優(yōu)秀,又駕駛性能較好的一款跑車,當中肯定是很多因素存在導致一位優(yōu)秀的演員離開大家。說這個是想表達,我們都是車載電池這個領域,在自己的生涯中肩負這樣一個責任,不能因為我們自己的疏忽對其他人造成傷害!
接下來向大家展示的是反應電池特性的參數(shù),所有這些我們認為對于一款優(yōu)秀的動力電池的話,它的性能不能有突出的短板也不能非常的高,需要追求一種性能平衡,以滿足車輛在非常高溫度的使用范圍以及在非常廣闊地域的使用。
誰是世界車載動力電池的老大?
這個老大往往被我們忽視,它是日本的PEVE公司,由豐田和松下合資成立的一個專門從事動力電池研發(fā)制造的一個企業(yè),從1996年開始,一直處于我們動力電池第一名的角色。
然后通過圖表的日期文字可以看到,PEVE電池生產(chǎn)數(shù)量從第一臺到100萬臺用了十年的時間,但隨著市場的不斷擴大,從700萬臺到800萬臺只用了9個月的時間。
PEVE之所以沒有擴大汽車銷售量,跟產(chǎn)能直接相關。PEVE工廠有四個子工廠,年產(chǎn)量約110萬臺水平,從上面的圖表我們可以看出,它的增長量達到固定時間點進行百萬的遞增,這就證明豐田之所以混合動力車銷售量有個固定限制,就是PEVE電池生產(chǎn)量的限制。這也就為我們中國供應商進入豐田提供了一個機會。
PEVE制造的電池多為動力鎳氫電池,它從最初的圓柱形電池到塑料殼電池,再到現(xiàn)在最高極鐵盒電池。這里要指出的是在電池異物防止上面做了大量的工作。
什么是鎳氫電池
在上世紀90年代,鎳氫電池達到了一個發(fā)展頂峰,新世紀后,由于鋰電池在消費領域的異軍突起,導致鎳氫電池使用量的下降。目前來看,在汽車動力電池領域,尤其是混合動力,鎳氫電池依然占有較大的比重。
這張圖片反映的鎳氫電池的結(jié)構(gòu),該產(chǎn)品相對比較成熟,各個企業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)基本相似。由一組正極片、負極片和一組隔膜交叉或疊片的方式形成電芯,電芯外邊進行殼體的裝配,一方面是提供絕緣的環(huán)境,另外一方面為電芯提供裝配的容器。
這個是鎳氫電池反應的原理,它的負極是貯氫合金,用M表示,正極是球形氫氧化鎳,反應過程中,球形氫氧化鎳中的一個氫原子跑到貯氫合金中變成基礎氫化物。
鎳氫電池在燃料電池車中的應用
目前為止應用基礎氫化物作為車驅(qū)動成功案例是本田和豐田,豐田是使用自己合資公司的電池產(chǎn)品,本田是松下公司的電池產(chǎn)品。
科霸公司介紹:
問答環(huán)節(jié):
1、關于電池的安全性,發(fā)生撞擊、失火等狀況,電池包如何避免或隔絕其他單體發(fā)生此類狀況?行業(yè)內(nèi)目前的方案和售前實驗檢測狀況如何?
電池包的安全性是大家較為關心的,在安全性上,我們會對電池模塊或單體電池進行自身安全性的檢查,其次會對電池包進行碰撞等方面的檢測。在今年8、9月份,國家開始對車載電池電池包進行標準的制定,相信明年將會進行推廣實施的階段。(中國汽車研究中心進行搜集)
2、當電池到達充放電使用壽命,電池報廢后處置方法和更換新電池由誰來買單?
電池壽命達到之后的話,還是會有一定回收價值。非常重要的是,再環(huán)保的電池如果不回收,也會加重環(huán)境的負擔,因此需要加重電池回收的系統(tǒng)。在電池回收方面,目前我們國內(nèi)沒有成熟的經(jīng)驗,只有部分企業(yè)具備回收資質(zhì)。日本會建立全國性質(zhì)的電池回收中心,由回收中心對回收電池進行處理,過程中政府會有一定補貼。具體誰來買單,涉及到未來回收電池模式的操作,我不好回答此問題。
3、如何延長電池壽命?目前研究進展如何?瓶頸是什么?
作為電池研發(fā)和制造人員,對延長電池使用壽命還是有一定見解,不過給予在鎳氫電池的使用。在使用鎳氫電池,尤其是功率型鎳氫電池,更多是保證電池在小范圍的使用,這樣可以延長壽命。再有電池的使用溫度對壽命也會有影響,溫度越高,壽命越短,基本經(jīng)驗來說,鎳氫電池以35度為界限,溫度每升高10度,壽命會縮減一半,所以在設計時,會加裝熱管理系統(tǒng),通過加裝,實現(xiàn)電池溫度的管理,保持其在恒溫下使用,達到很好的一個性能。
4、電池功率密度問題如何解決,軟包的功率密度好,還是圓柱的好?
這個好像是問鋰離子電池,在此班門弄斧下:
功率密度也要跟電池的應用領域直接相關,如果用在混合動力對功率要求較高的領域,必然要求功率密度也較大,如果用在純電動車對功率要求不高但儲能要求較高的領域,我們要選擇功率要求降低一些,但儲能密度較大的領域。實際上,不斷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計者根據(jù)應用情況進行調(diào)整,沒有對應說圓柱電池或軟包裝電池那個功率比較好,如果使用者不了解這款電池的用處,出現(xiàn)錯誤選擇的話,就會遇到麻煩。我們知道汽車動力電池不是由消費者來選擇,而我們電池的設計者,要根據(jù)自己的設計理念,將自己電池的優(yōu)質(zhì)特性向選擇方進行正確表達。
5、一組2KWH的動力電池組成本是什么狀態(tài)?國家補貼退坡勢在必行,電池及電機成本降低需規(guī)?;茝V,行業(yè)內(nèi)對此有何種技術應對?
2千瓦時的電池成本,不同企業(yè)成本值不同。此外,動力電池應用領域肯定要比容量型電池要高。國家補貼的減少對企業(yè)也是一種驅(qū)動力,只有企業(yè)發(fā)展不在國家補貼的范圍內(nèi),也能實現(xiàn)企業(yè)良性發(fā)展的時候,電池企業(yè)也就發(fā)展起來了,我們不可能永遠站在國家補貼的肩膀上去享受這樣一個待遇。
6、如果有了電池和電動機系統(tǒng)做動力,對于乘用車來說,傳統(tǒng)的汽車變速器發(fā)動機還需要發(fā)展嗎?
電池和電機驅(qū)動系統(tǒng)假如徹底成熟了,比如豐田的燃料電池汽車,就不需要對傳統(tǒng)發(fā)動機進行改造了,然而像我們國家發(fā)展的這種PHEV和HEV,他們實際上必須要傳統(tǒng)的發(fā)動機在車上進行工作,也要繼續(xù)燒油,這種情況下,發(fā)動機越好對于節(jié)油也會越好。
以下問題超出了我的范圍,嘗試回答:
7、市場能接受的動力電池最高價格和最低技術指標?市場目前出現(xiàn)的最低動力電池最高價格和最高技術指標?
我認為不能一概說電池價格和應用間存在必然的聯(lián)系,我們看到混合動力車有用鎳氫電池也有用鋰電池,價格是參差不齊的,如特斯拉如同黃金打造,不管任何形式電池,既然它裝在車上就有一個基本指標,必須達到這個指標才能保證安全性,如果達不到,這個就是不合格的一款電池。
電池沒法用統(tǒng)一的標準說最低動力電池和最高動力電池之間的指標的差距,更多要結(jié)合整車的設計和價格區(qū)間,來選擇對車輛更實用的一款電池。
8、國內(nèi)電池現(xiàn)處于怎樣的水平,現(xiàn)在的研發(fā)方向和國家政策方向是什么?
我們國家的電池毋庸置疑的一點是,我們電池生產(chǎn)的一個大國,但并不是強國,這跟好多領域一樣是我們面臨的一個問題。
之前大家一直看報道說,我們國家在電池技術上跟國際比較接近或站在同一起跑線上,昨天,豐田完成了第800萬輛汽車電池的銷售,我們國家去年的電池銷售量是7萬,日本混合動力車占總汽車銷售量的40%,我們國家去年2700萬機動車,而所有的新能源車也就7萬輛,不及日本的0.01。
所以,我們的整個水平不是在同一起跑線上,而是遠遠落后,這也給我們國內(nèi)同行提供了一個機遇能進行廣泛的研究在成本和技術上趕上國際的水平,同時我們有一個優(yōu)勢是,我們有一個廣闊的汽車市場給我們做后盾。
9、廣汽張董事長在博鰲論壇上表示,氫燃料電池是新能源最終的動力模式,目前豐田直接進入氫燃料電池階段,而我國目前還在混動向電動過渡階段,最后才進入氫燃料電池。請問您對這兩種路線怎么看待?
氫燃料電池研究已經(jīng)很多年了,同濟大學曾經(jīng)有批量的裝車,2003左右。目前為止世界上只有豐田真正推出一款能商業(yè)應用的氫電池,720萬日元,折算人民幣36萬元,也不是高的很離譜的水平。不過對豐田來說,還是更廣泛的發(fā)展空間,不過氫與目前的傳統(tǒng)的能量來源不同,能否得到快速的普及和發(fā)展,除了燃料電池和車輛自身的技術外,社會配套等也將會成為其發(fā)展的制約。不過目前誰也不知道究竟哪種能源電池會成為未來主要驅(qū)動力,這個還是由市場決定。
10、BMS系統(tǒng)現(xiàn)在國際和國內(nèi)的發(fā)展情況?都有哪些領先的企業(yè)?
電池管理系統(tǒng)是保證電池應用的核心部件。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管理系統(tǒng)。國外情況,例如豐田用的BMS主要是與電裝(DENSO)和PEVE公司共同開發(fā)。不管是國內(nèi)還是國際的BMS,我們可以由專業(yè)的公司進行開發(fā),但是,關于電池內(nèi)部的控制和對電池特性的識別,必須由電池企業(yè)來提出自己的需求。我們非常堅定要進行自主BMS開發(fā),因為我們對自己的電池了解是最深的,所以自主開發(fā)才能實現(xiàn)對自己產(chǎn)品的最優(yōu)控制。































