新动力轿车动力电池体系开发触及资料、化学、机械、热力学、传热学、流体力学、电学、体系与操控多个学科,其关键技能包含电池组配技能、热办理技能、电能办理技能和安全办理技能等。车用动力电池体系技能己成为电动轿车走向遍及的瓶颈,需要从资料开发、电池规划、出产制作、体系集成、商业模式等多方面进行探究和打破。
1、新动力轿车动力电池的分类
新动力轿车动力电池能够分为蓄电池和燃料电池两大类,蓄电池用于纯电动轿车(EV),混合动力电动轿车(HEV)及插电式混合动力电动轿车(PHEV);燃料电池专用于燃料电池轿车(FCV)。
1.1蓄电池
蓄电池在纯电动轿车中是驱动体系仅有动力源,首要有镍镉、镍氢和锂离子电池等。现在,锂离子电池处于高速开展阶段,在比如日产Leaf、丰田普锐斯 plug-in、特斯拉Model S、通用Volt、福特Focus EV以及宝马i3等新动力轿车上都选用锂离子电池。此外,锂资源较为丰厚,价格也不贵,能够说锂离子电池是蓄电池中现在最被商场看好的动力电池。4类蓄电池的功能比较见图1。
1.2燃料电池
燃料电池是燃料与氧化剂经过电极反响将其化学能直接转化为电能的设备。燃料电池不需要充电,具有比能量高、运用寿命长、保护工作量少以及能接连大功率供电等长处。别的,燃料电池轿车可到达与燃油轿车相同的续驶路程。
依据电解质的不同,燃料电池可分为碱性燃料电池、磷酸燃料电池、质子交流膜燃料电池、溶融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池5类。现在,质子交流膜燃料电池在燃料电池轿车中的运用较多,是未来新动力轿车动力电池范畴极具竞争力的电池类型。
2、新动力动力电池工业技能概略
因为不同类型新动力轿车中,车用动力电池的运用方法有较大差异,因而关于其功能要求有较大差异。HEV有汽油发动机作为动力来历,更着重加快功能和爬坡才能,因而更重视电池的比功率(要求高达800一1200 W/kg);PHEV和EV彻底以电池作为动力,更着重充电后的续驶才能,因而更重视电池的比能量(要求到达100一160Wh/kg)(见表1)。
因为各自功能、资料、本钱等存在明显差异,因而不同类型动力电池的运用远景不同。现在技能最老练的是镍氢动力电池,但商业化最成功的是锂离子电池,燃料电池则被广泛视作远期方针。
当时,动力电池类别中增加最快的是锂电池。2012年以来,锂电池职业坚持高速增加并加快了对传统电池的代替。业界估计,锂电池的增加速度仍然能坚持年均近25%且本钱会不断下降。
近几年来,燃料电池技能也己取得了重大进展。丰田、现代研制的燃料电池车也己处于上市的前夜。在国内,上汽集团的燃料电池车处于领先地位。2010年上海世博会期间该车型被用作贵宾招待用车。2011年,在德国柏林举办的第十一届必比登挑战赛上,上汽集团在燃料电池轿车组拉力赛中位列总分第三,仅次于丰田和奥迪。
现在,国内外燃料电池的技能现状见表2。
截止2014年12月,各大车企的燃料电池车尚处于实验验证状况,只要丰田FCV一款燃料电池产品宣告量产上市。下文将以商场上开展较快的锂动力电池为例,对其工业化现状进行剖析。
2.1新动力轿车动力电池干流:锂离子电池
在现有的新动力轿车动力电池中,锂离子电池出产本钱相对较低,重复充电运用十分便利,比较其他可带着动力具有更高的本钱优势。因而,这类电池成为了现在最受欢迎的动力源(见表3)。
2.2锂离子动力电池工业现状
现在锂离子电池的首要出产国是日本、韩国和我国。其间,日本和韩国占全球动力电池商场近70%,首要是因为其专业分工清晰,行政壁垒较少,整车厂和体系集成商的体系集成才能远高于我国纯电动轿车出产商。
近年来,我国新动力轿车中运用锂离子电池份额不断升高,锂电池商场空间宽广。依照新动力轿车开展规划道路,2015年国内纯电动轿车销量到达50万辆,混合动力占悉数轿车销量的30% ;2020年,纯电动轿车将打破500万辆,以混合动力为代表的节能轿车到达悉数轿车销量的75 %。
2.3锂离子动力电池技能开展趋势
锂离子动力电池首要由正极资料、负极资料、电解液和电池隔阂4部分组成(见表4)。
当时正在运用和开发的锂电池正极资料首要包含钴酸锂、镍钴酸锂、镍锰钴三元资料,尖晶石型的锰酸锂,橄榄石型的磷酸铁锂等。依据正极资料分类开展锂离子动力电池道路首要有3条:改性锰酸锂、三元资料和磷酸铁锂。现在钴酸锂仍然是小型锂电范畴正极资料的主力,首要用于传统3C (Computer, Communication和Consumer E-lectronic)范畴等;三元资料和锰酸锂首要用于电动工具、电动自行车和电动轿车等范畴,在日本与韩国其作为动力电池的技能较老练;磷酸铁锂首要在国内的动力电池范畴运用,别的还用于基站和数据中心储能、家庭储能、风光电储能等范畴。
锂电池产品技能的开展将出现如下趋势。