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实践成果甚微 发展电动汽车不能"一刀切"

2013年03月21日14:08
来源:能源评论 作者:陈燕洲

  在我国政府大力推动下,新能源汽车热已持续了几个年头,在这股热浪的冲击下,虽然各地方、各车企纷纷行动,开发了多款新能源汽车投入示范运行,但几年来的实践成果甚微,未能达到预期效果。

  目前,关于电动汽车类型和电池技术路线,仍然还有争议。在进行产业布局时,不能简单思维一刀切,应该充分考虑不同新能源车型和电池技术的特点,并结合具体应用环境进行规划。产业链上各方应充分发挥专业优势分工协作,电池厂做好电芯和电池,整车厂做好结构设计,最终将产业链上各方的比较优势集成为多元函数,从而实现最大化的多赢。

  过去5年,电动汽车行业通过初期的争鸣和技术、商业的探索,在“三纵三横”的技术和商业路径的选择方面,已有比较清晰的判断。以电池为例,磷酸铁锂材料的高温稳定性较好,在汽车工况使用条件下温升不会太高,增加通风散热即可,但其低温特性很差,在东北地区零下20摄氏度时几乎无法使用。与磷酸铁锂电池相比,三元材料锂电池则在比能量、低温特性以及一致性方面有着明显优势。

  业界主流的选择

  电动汽车市场经历了一个从唯安全论进行材料选择,到根据实际需求提出锂离子动力电池技术整体要求的转变。

  近期苹果公司在电池专业会议上得出的结论是,三元材料将成为电池的主流。早在2011年年底,我国汽车企业联盟T10召开的香山会议上,10家汽车企业均一致赞成三元材料电池。

  由于三元材料性能的优点逐渐被认识,价格也不断降低,近年来开始应用于电动汽车上,在国外有许多成功案例。如美国特斯拉公司的电动汽车Model S,从洛杉矶到拉斯维加斯只需充电一次,以日本日产和德国宝马大众为代表的车企选择了三元材料的路线,并已进入市场销售阶段。

  德意志银行早前进行的一项调研显示,整车企业最愿意合作的10家锂离子电池企业中,有5家日本企业、3家美国企业、2家韩国企业。技术路线上,日韩企业基本以三元材料路线和锰酸锂为主,美国三家企业中除了A123走磷酸铁锂路线,其他的也是三元材料和锰酸锂为主。反观国内,在过去几年中,以中国电池界里的“四大”公司(比克、比亚迪、力神以及ATL)为例,仅比克坚持三元材料为基础,其余三家均坚持磷酸铁锂路线。

  谁能满足未来要求

  在小型乘用车上完成电动化,目前有两种解决方案:其一是根据要求重新设计一台新电动汽车,其二是在已有的平台车上搭载新动力系统完成电动汽车改装。无论哪种解决方案,都需要为电池组提供一个较大的安装空间。由于乘用车内部空间狭小,对电池的安装空间要求较高,而油箱和底板中通道的空间最安全,位置居中,比较合适安放电池。

  因此,整车对电池组的总体要求是:体积小、重量轻、安全性好、寿命长等,必须要考虑高水平的电芯、良好的安装结构、高可靠的管理系统。

  从能量密度来看,由于材料本身的限制,磷酸铁锂电池仅能做到130瓦时/公斤左右,而三元材料电池可以达到170瓦时/公斤以上。从体积密度来看,磷酸铁锂电池若装满20千瓦时能量,需要200升的容量,三元材料电池组仅需要一半的空间。由此可见,磷酸铁锂电池更适合应用于对安装空间、使用环境要求不苛刻的大客车。

  综合考虑,三元材料的性能要优于磷酸铁锂材料,而且通过改变配方和工艺,前者技术指标上升的空间还很大。这也为此前国内的纯电动汽车电池材料选择的纷争划上了一个句号。

  目前国外企业生产的三元材料电池性能较强,价格也比国内产品低,但不支持小批量向国内订货。因此,如果不扶植国内电池企业发展,未来等到真正需要规模化支持的时候,无论是质量和成本,都将无法支持产业发展。

  专业化弥补三元电池短板

  目前车用三元材料电池大多是小型18650柱状电池,原因就在于小型电池比大容量电池安全,正如小鞭炮和二踢脚的关系。而且通过电解液以及特殊的陶瓷隔膜技术制作,可以在电池内部短路时隔开短路源,从而明显提高其安全性能。因此,只要掌握控制技术,就可以避免风险的发生。

  三元材料电池对成组技术、包装工艺和结构设计上要求较高,会带来成本的增加。但讨论成本问题需要结合材料利用率和产品控制率等因素,首先,三元材料电池自动化生产技术基本成熟;其次,小型电池在生产线上可以实时检测,质量控制水平较高。这样看来,三元材料电池与磷酸铁锂电池的差价也并不大。

  长于结构设计的整车企业在考虑电池组的时候需要注意以下三点:电芯选料时,不可使用大容量的单体,在成组结构上要留有相对宽松的模组空间,要设计较好的冷却通道,以便进行充分的降温散热;从电池管理系统角度,要监视好电池包内部温升状态,当温升过高时要降功率使用,同时使用良好的降温措施;电池组结构需要有很好的设计,其重点是组装方便、连接可靠、冷却良好、密封性好,满足汽车上恶劣的使用条件,同时要考虑到遇到事故时的安全问题,电池组内部至少预留15%的压缩空间。

  源于实践的信心

  从应用来看,实际运行时,由于城市工况需要经常走走停停,最高车速一般不超过80公里,平均电池放电倍率大多小于额定电流,充电时一般也不会超过限制。因此,只要控制得当,三元材料是安全的。

  示范运行的情况也表明了这一点。采用三元材料电芯的100辆福田迷笛出租车,已在北京经过夏天和冬天的运行考验。台湾裕隆集团的纳智捷电动汽车也在台北完成了2010年世界花博会的园区工作,自2012年开始,已在台北开展租车业务。目前,一汽新能源汽车公司已有4个使用三元材料电池的车型申请国家目录,试验和认证工作也在进行中。

  几年来,经过在三元材料的电池技术路线上的深耕细作,一汽新能源汽车公司积累了大量的示范运行数据和使用心得,通过良好的运行反馈,坚定了在三元材料路线发展的信心。

  (作者分别系中国一汽集团副总工程师、中国一汽新能源汽车分公司质保部长)

 

(责任编辑:苏娟)
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