微课堂:新能源车动力电池技术发展现状

2015-04-03 18:25:04来源: 盖世汽车网
回顾电动车发展的历史:
    1834就开始被发明了,当时使用的是干电池,行驶里程是有限的。时间发展到1886年,由卡尔奔驰发明了由内燃机驱动的汽车,至此纯电动车发展受到了很大限制,主要因为电池的性能被内燃机车彻底取代掉了。1973年,中东爆发石油危机,使世界汽车巨头又掀起了电动车的研发浪潮。但非常遗憾,因电池自身的特性,此次电动车发展的浪潮并未实现电动车的普及,但是随着这股浪潮的涌起,我们幸运的发现,1971年,由丰田推出了一款神奇的普锐斯荣耀上市,开始了混合动力时代的发展。

    当然正如大家所知,2014年,丰田发布了一款新的车型命名叫“未来”,将燃料电池用到汽车上来,再过50年、100年甚至更远的未来,汽车将会达到什么样的状态,很多人进行猜想,在此我用一句话来表达:汽车真正的未来,只有后人见证!

电池简介:


    电池就是把其他形式能量转化为电能的装置,又分物理电池和化学电池,物理电池以太阳能电池为主,化学电池如锂电池、镍氢电池等。

    电池比电动车产生更早,最早是1780年意大利解剖学家发现了生物电化学现象,在1799年福特发明了真正使用的电池,后人将其称为伏打电堆,1860年法国人普朗泰发现了反复充电的电池,开创了现代电池的发展。1992年,松下成功研发出汽车动力电池,成为第一款真正批量用于车辆上的动力驱动电池,我们需要把它与车辆本身拥有的12V电池进行一个区分。

现代电动车用主流电池:


    四种:超级电容器、金属氢化物镍电池、锂离子电池、燃料电池,这些电池研究和应用都比较广泛。超级电容器的特点是可承受瞬间大电流充放电,但储电量低,不能驱动车辆长时间的使用;金属氢化物电池具备大电流充放电能力,安全性好,但遗憾的是比容量低,体积较大;锂离子电池的难题电压是这几款电池中等级最高,比容量高,但遗憾的是安全性、低温性能差;燃料电池从去年开始走进更多人的视线,能量储备充足,可快速补充燃料,但成本高,瞬间输出能力差,致命的缺陷是不能进行能量的回馈,导致驱动的车辆不能只用燃料电池实现刹车时能量的回收。

    根据这些电池自身的特点和车辆使用的特性, HEV会选择镍电池和锂电池,PHEV主要选择超级电容器 、氰化物镍电池和锂电池,超级电容器是和其他电池结合在一起使用。EV主要选择锂离子电子、FCV主要选择镍电池和锂电池

    燃料电池应用领域,目前重点关注丰田批量生产上市的一款车,它使用电池的配合方式是燃料电池和镍氢电池配合使用。

车用电池选择原则


     首先是安全性,它也是车载部件选择的红线。这上面的演员是大家比较熟悉——保罗,非常遗憾的是2013年在车祸中丧生,他驾驶的车辆是保时捷,原因是车辆的失控,保罗是很牛的赛车手,车技非常优秀,又驾驶性能较好的一款跑车,当中肯定是很多因素存在导致一位优秀的演员离开大家。说这个是想表达,我们都是车载电池这个领域,在自己的生涯中肩负这样一个责任,不能因为我们自己的疏忽对其他人造成伤害!

    接下来向大家展示的是反应电池特性的参数,所有这些我们认为对于一款优秀的动力电池的话,它的性能不能有突出的短板也不能非常的高,需要追求一种性能平衡,以满足车辆在非常高温度的使用范围以及在非常广阔地域的使用。

谁是世界车载动力电池的老大?


    这个老大往往被我们忽视,它是日本的PEVE公司,由丰田和松下合资成立的一个专门从事动力电池研发制造的一个企业,从1996年开始,一直处于我们动力电池第一名的角色。

    然后通过图表的日期文字可以看到,PEVE电池生产数量从第一台到100万台用了十年的时间,但随着市场的不断扩大,从700万台到800万台只用了9个月的时间。

    PEVE之所以没有扩大汽车销售量,跟产能直接相关。PEVE工厂有四个子工厂,年产量约110万台水平,从上面的图表我们可以看出,它的增长量达到固定时间点进行百万的递增,这就证明丰田之所以混合动力车销售量有个固定限制,就是PEVE电池生产量的限制。这也就为我们中国供应商进入丰田提供了一个机会。

    PEVE制造的电池多为动力镍氢电池,它从最初的圆柱形电池到塑料壳电池,再到现在最高极铁盒电池。这里要指出的是在电池异物防止上面做了大量的工作。

什么是镍氢电池
 

    在上世纪90年代,镍氢电池达到了一个发展顶峰,新世纪后,由于锂电池在消费领域的异军突起,导致镍氢电池使用量的下降。目前来看,在汽车动力电池领域,尤其是混合动力,镍氢电池依然占有较大的比重。



    这张图片反映的镍氢电池的结构,该产品相对比较成熟,各个企业的产品结构基本相似。由一组正极片、负极片和一组隔膜交叉或叠片的方式形成电芯,电芯外边进行壳体的装配,一方面是提供绝缘的环境,另外一方面为电芯提供装配的容器。


    这个是镍氢电池反应的原理,它的负极是贮氢合金,用M表示,正极是球形氢氧化镍,反应过程中,球形氢氧化镍中的一个氢原子跑到贮氢合金中变成基础氢化物。

镍氢电池在燃料电池车中的应用

 

 

 
    目前为止应用基础氢化物作为车驱动成功案例是本田和丰田,丰田是使用自己合资公司的电池产品,本田是松下公司的电池产品。

科霸公司介绍:
 
 

 


 


 

 

 

 

 

 

 

 
 




















问答环节:


    1、关于电池的安全性,发生撞击、失火等状况,电池包如何避免或隔绝其他单体发生此类状况?行业内目前的方案和售前实验检测状况如何? 

    电池包的安全性是大家较为关心的,在安全性上,我们会对电池模块或单体电池进行自身安全性的检查,其次会对电池包进行碰撞等方面的检测。在今年8、9月份,国家开始对车载电池电池包进行标准的制定,相信明年将会进行推广实施的阶段。(中国汽车研究中心进行搜集) 

    2、当电池到达充放电使用寿命,电池报废后处置方法和更换新电池由谁来买单? 

    电池寿命达到之后的话,还是会有一定回收价值。非常重要的是,再环保的电池如果不回收,也会加重环境的负担,因此需要加重电池回收的系统。在电池回收方面,目前我们国内没有成熟的经验,只有部分企业具备回收资质。日本会建立全国性质的电池回收中心,由回收中心对回收电池进行处理,过程中政府会有一定补贴。具体谁来买单,涉及到未来回收电池模式的操作,我不好回答此问题。 

    3、如何延长电池寿命?目前研究进展如何?瓶颈是什么?

    作为电池研发和制造人员,对延长电池使用寿命还是有一定见解,不过给予在镍氢电池的使用。在使用镍氢电池,尤其是功率型镍氢电池,更多是保证电池在小范围的使用,这样可以延长寿命。再有电池的使用温度对寿命也会有影响,温度越高,寿命越短,基本经验来说,镍氢电池以35度为界限,温度每升高10度,寿命会缩减一半,所以在设计时,会加装热管理系统,通过加装,实现电池温度的管理,保持其在恒温下使用,达到很好的一个性能。 

    4、电池功率密度问题如何解决,软包的功率密度好,还是圆柱的好?

    这个好像是问锂离子电池,在此班门弄斧下:

    功率密度也要跟电池的应用领域直接相关,如果用在混合动力对功率要求较高的领域,必然要求功率密度也较大,如果用在纯电动车对功率要求不高但储能要求较高的领域,我们要选择功率要求降低一些,但储能密度较大的领域。实际上,不断是镍氢电池还是锂电池,它的功率密度和能量密度都可以通过电池设计者根据应用情况进行调整,没有对应说圆柱电池或软包装电池那个功率比较好,如果使用者不了解这款电池的用处,出现错误选择的话,就会遇到麻烦。我们知道汽车动力电池不是由消费者来选择,而我们电池的设计者,要根据自己的设计理念,将自己电池的优质特性向选择方进行正确表达。 

    5、一组2KWH的动力电池组成本是什么状态?国家补贴退坡势在必行,电池及电机成本降低需规模化推广,行业内对此有何种技术应对?

    2千瓦时的电池成本,不同企业成本值不同。此外,动力电池应用领域肯定要比容量型电池要高。国家补贴的减少对企业也是一种驱动力,只有企业发展不在国家补贴的范围内,也能实现企业良性发展的时候,电池企业也就发展起来了,我们不可能永远站在国家补贴的肩膀上去享受这样一个待遇。 

    6、如果有了电池和电动机系统做动力,对于乘用车来说,传统的汽车变速器发动机还需要发展吗?

    电池和电机驱动系统假如彻底成熟了,比如丰田的燃料电池汽车,就不需要对传统发动机进行改造了,然而像我们国家发展的这种PHEV和HEV,他们实际上必须要传统的发动机在车上进行工作,也要继续烧油,这种情况下,发动机越好对于节油也会越好。

    以下问题超出了我的范围,尝试回答: 

    7、市场能接受的动力电池最高价格和最低技术指标?市场目前出现的最低动力电池最高价格和最高技术指标?

    我认为不能一概说电池价格和应用间存在必然的联系,我们看到混合动力车有用镍氢电池也有用锂电池,价格是参差不齐的,如特斯拉如同黄金打造,不管任何形式电池,既然它装在车上就有一个基本指标,必须达到这个指标才能保证安全性,如果达不到,这个就是不合格的一款电池。

    电池没法用统一的标准说最低动力电池和最高动力电池之间的指标的差距,更多要结合整车的设计和价格区间,来选择对车辆更实用的一款电池。 

    8、国内电池现处于怎样的水平,现在的研发方向和国家政策方向是什么?

    我们国家的电池毋庸置疑的一点是,我们电池生产的一个大国,但并不是强国,这跟好多领域一样是我们面临的一个问题。

    之前大家一直看报道说,我们国家在电池技术上跟国际比较接近或站在同一起跑线上,昨天,丰田完成了第800万辆汽车电池的销售,我们国家去年的电池销售量是7万,日本混合动力车占总汽车销售量的40%,我们国家去年2700万机动车,而所有的新能源车也就7万辆,不及日本的0.01。

    所以,我们的整个水平不是在同一起跑线上,而是远远落后,这也给我们国内同行提供了一个机遇能进行广泛的研究在成本和技术上赶上国际的水平,同时我们有一个优势是,我们有一个广阔的汽车市场给我们做后盾。 

    9、广汽张董事长在博鳌论坛上表示,氢燃料电池是新能源最终的动力模式,目前丰田直接进入氢燃料电池阶段,而我国目前还在混动向电动过渡阶段,最后才进入氢燃料电池。请问您对这两种路线怎么看待? 

    氢燃料电池研究已经很多年了,同济大学曾经有批量的装车,2003左右。目前为止世界上只有丰田真正推出一款能商业应用的氢电池,720万日元,折算人民币36万元,也不是高的很离谱的水平。不过对丰田来说,还是更广泛的发展空间,不过氢与目前的传统的能量来源不同,能否得到快速的普及和发展,除了燃料电池和车辆自身的技术外,社会配套等也将会成为其发展的制约。不过目前谁也不知道究竟哪种能源电池会成为未来主要驱动力,这个还是由市场决定。 

    10、BMS系统现在国际和国内的发展情况?都有哪些领先的企业?

    电池管理系统是保证电池应用的核心部件。在电池完成一致性生产后,能够确定电池寿命的主要因素在管理系统。国外情况,例如丰田用的BMS主要是与电装(DENSO)和PEVE公司共同开发。不管是国内还是国际的BMS,我们可以由专业的公司进行开发,但是,关于电池内部的控制和对电池特性的识别,必须由电池企业来提出自己的需求。我们非常坚定要进行自主BMS开发,因为我们对自己的电池了解是最深的,所以自主开发才能实现对自己产品的最优控制。

关键字:课堂  新能源  新能源车  能源

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2015/0403/article_10633.html
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