我國電動汽車動力電池及BMS發展綜述
時間:2016-01-04 10:24來源:汽車周報 作者:西顧
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1.動力電池技術路線
動力電池是為電動汽車動力系統提供能量的蓄電池，主要包括鋰離子電池、鎳氫電池和鉛酸電池等。
(1)不同電池類型技術路線a.鉛酸電池由于安全性好，成本低，在微混和城市型純電動汽車上具有一定優勢。但由于能量密度低，無法在其它類型電動汽車上應用。
b.鎳氫電池技術成熟、安全性好，在近幾年內占據混合動力的主流地位，尤其是在輕混、中混和重混等車型上。但由于能量密度低，成本高，技術發展已接近極限，性能進一步提高的余地不大。
c.鋰離子電池性能優良，適用范圍廣，具有良好的應用前景，將逐步占據未來市場的主流地位。但由于安全性和成本問題，日前尚處于發展期。
(2)鋰離子電池技術路線鋰離子動力電池的正極材料主要包括錳酸鋰、三元材料和磷酸鐵鋰等。
a.錳酸鋰安全性較好，成本低，但高溫性能較差，壽命較低。
b.三元材料能量密度高，性能比較均衡，但成本較高。
c.磷酸鐵鋰安全性最好，循環壽命長，但低溫特性較差、能量密度較低。
目前國外多數電池企業，如松下、三洋、SBL、LG、JCS等，主要選擇錳酸鋰和三元材料；國內多數電池企業和美國A123，主要選擇磷酸鐵鋰。從近期來看，錳酸鋰和三元材料更為成熟，將首先產業化。從長期來看，磷酸鐵鋰可能逐步占據未來市場的主流地位。
2.國外發展情況
(1)國外主要材料企業技術先進，擁有相關發明專利，生產規模較大，材料售價較高。加拿大Phostech擁有磷酸鐵鋰原始專利，產品售價約為30萬～40萬元／噸。
(2)國外主要電池企業技術水平先進，尤其是動力電池一致性較好，使用壽命長，能滿足整車要求，但成本較高。銷售量已超過200萬輛的豐田Prius采用鎳氫電池，在歐洲保用8年，在美國保用10年，電池成本約為15～21元/Wh。
(3)國外汽車巨頭和專業汽車配件公司紛紛選擇與專業電池公司合作，利用電池企業的電芯專業制造能力，結合自身整車或配件的電控設計和系統集成能力，共同開發動力電池系統。如豐田和松下組建了PEVE公司，博世和三星組建SBL公司，日產和NEC組建AESC公司，JCI和SAFT組建JCS公司等，這一動向特別值得我們關注。
(4)政府重視動力電池與相關材料的研發，積極投入巨資資助企業開發。美國2009年投入24億美元支持電動汽車的研發與產業化，主要涉及動力電池、材料及系統等。日本計劃從2007年起，5年內投資245億日元，用于研發車用動力電池。
(5)國外企業投入巨資擴大動力電池產能。日本企業如AESC計劃投資1000億日元，三洋計劃投資800億日元；美國企業如JCS計劃投資2.2億美元，A123計劃投資6億美元，以擴大鋰離子動力電池生產規模。
(6)國外相關機構和企業已啟動下一代新型動力電池開發項目。日本于2007年啟動“發展新一代汽車和燃料計劃”，目標是2030年后，將動力電池的質量能密度提高到日前的7倍，成本降低到目前的1/40。
3.我國發展現狀
(1)動力電池材料
a.我國動力電池主要原材料資源豐富，產業化發展有保障。
動力電池主要原材料資源包括鋰、石墨、稀土、鉛等，這些資源在我國都有豐富的礦藏，都位居世界前三位，為動力電池產業化提供了有效保障。
b.鋰離子電池負極材料已實現國產化，產品性能處于國際先進水平。
我國負極材料主要包括天然石墨、人造石墨和MCMB中間相碳微球等，產品基本覆蓋國內市場，部分產品銷量已進入全球前三位。
c.磷酸鐵鋰材料生產企業眾多，能滿足動力電池使用的較少。
國內有一百多家企業能制造磷酸鐵鋰材料，但只有少數廠家的產品能基本滿足車用動力電池要求，且尚未完全解決產品穩定性問題。
d.鋰離子動力電池隔膜材料已研發出樣品，性能有待改進。
國內隔膜產品在傳統鋰離子電池市場已經部分替代進口產品，但動力電池隔膜全部采用進口，國產動力電池隔膜尚在樣品開發階段。
(2)動力電池a.鋰離子動力電池已形成產品系列，主要為1～50Ah產品，部分廠家已開發50Ah以上產品，能支持樣車和示范車型配套，但尚未形成產業化生產能力。鎳氫動力電池也已形成產品系列，主要為6～100Ah產品，部分產品可與量產車型配套。
b.國內鋰離子電池企業技術水平己取得一定進步，尤其是安全性指標進步明顯。但企業技術水平參差不齊，產品一致性較差，總體與國際先進水平存在一定差距，且存在差距繼續擴大的趨勢。
在售后服務方面，國內多數鋰離子電池廠家只提供1年質量保證期，個別廠家能提供3年質量保證期，而國外部分鋰離子電池廠家能提供10年質量保證期。在產品價格方面，國內產品具有優勢，鎳氫電池成本約為10元/Wh左右，鋰離子電池成本約為2.5～5元/Wh。
c.國內動力電池成組技術較落后，離產業化尚有較大差距。
個別廠家在電池成組技術方面已有一定基礎，初步得到整車企業的認可。但與國際先進水平相比，在熱管理、均衡、空間利用率等方面還存在較大差距。
d.國內企業規劃擴大投資，積極進行產業化準備。
近年來，電池企業對產業化的投入急劇增加，如ATL、力神、比克、萬向都計劃超過10億元的投資，以擴大鋰離子電池產能。湖南神舟、湖南科霸、中炬森萊也都計劃超過5億元的投資，以擴大鎳氫電池產能。但多數廠家在投入初期仍重點發展傳統電池產品。
(3)電池管理系統a.經過“十五”和“十一五”的研究，我國在電池管理系統方
面已取得一定進展，產品功能較為完備，能支持示范車型配套，但尚未達到產業化程度。
b.電池和整車行業對電池管理系統都缺乏設計和生產經驗，雙方缺乏緊密合作。國內電池企業一般委托專業電子公司或高校開發相關系統，但對電池內部規律研究不夠深入，缺乏數據積累，無法與設計公司進行深入溝通，影響產品性能。
c.目前產品功能較簡單，雖具有基本的檢測監控功能，但在數據采集的可靠性、SOC的估算精度、熱管理、均衡、安全管理等方面與國外存在很大差距。
d.電子元器件多為非車用級，而且由于批量較小，多采用手工焊接的方式制造，產品電磁兼容性差，穩定性和可靠性低。
(4)動力電池回收與處理現狀a.動力電池中所含的鉛、強腐蝕溶液會對環境有嚴重的污染作用，廢電池必須同收。而且動力電池中的鉛、鎳、稀土、鋰等金屬及其它材料具有回收價值，廢電池回收有利于資源循環利用。
b.美、歐、日等發達國家已形成完整的回收體系。不僅制定了專門的法規制度，而且建立了專業性、規模性的電池回收再利用公司。國內尚未建立完善的回收制度與體系，部分回收公司不注意環保，造成二次污染。
c.由于車用動力電池的要求較高，部分動力電池雖然無法為車輛提供動力，但剩余容量還能滿足一些儲能裝置的要求，所以采用梯級利用模式，能擴大部分動力電池的使用范圍，降低使用成本。
4.我國動力電池及其管理系統存在的主要問題
(1)磷酸鐵鋰材料由于工藝控制困難，批次穩定性差，使電池制造工藝控制困難，造成電芯成品率低，導致電芯的制造成本高。且材料原始專利涉及核心問題，無法回避，面臨較大風險。
(2)同前動力電池隔膜均采用進口，國內動力電池隔膜尚處于樣品階段，很難在短期內取代進口產品。
(3)隔膜和磷酸鐵鋰電池的關鍵生產設備依賴進口。
(4)動力電池單體樣品的循環壽命可以達到較高水平，但由于產品一致性較差，電芯成組后，系統的循環壽命降低很多。
(5)在電池管理系統方面，缺乏熟悉電池和電池管理系統的復合型專業人員；產品系統功能簡單，性能與國外存在很大差距；產品工程化設計能力較弱，產品可靠性差。
(責任編輯：admin)
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