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2018年動力電池與電池管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展趨勢分析

  目前是2017年年底了,大家都在分析2018年中國新能源汽車技術(shù)發(fā)展趨勢。而科技部《新能源汽車2018年重點專項申報指南》已經(jīng)發(fā)布,對企業(yè)而言很有指導(dǎo)意義。下面是筆者學(xué)習(xí)《申報指南》后,對2018 度年動力電池與電池管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展趨勢的分析。

  一、中國新能源汽車關(guān)鍵技術(shù)主攻方向

  《申報指南》列出2018年中國新能源汽車技術(shù)的主攻方向是:

  動力電池與電池管理系統(tǒng);電機驅(qū)動與電力;電子、電動汽車智能化;燃料電池動力系統(tǒng);插電/增程式混合動力系統(tǒng);純電動力系統(tǒng)。

  一共6個方向下,再細(xì)分24個研究任務(wù)?!缎履茉雌?018 年重點專項申報指南》就是頂層設(shè)計的具體體現(xiàn)。

 ?、倨髽I(yè)與政府規(guī)劃要保持一致,企業(yè)經(jīng)營活動(含技術(shù)攻關(guān))要在政府的頂層設(shè)計下開展。

  ②企業(yè)2018年具體的新能源汽車研究(開發(fā))項目必須在6個方向下、24個研究任務(wù)之中;

 ?、燮髽I(yè)具體技術(shù)研究和開發(fā)項目,理應(yīng)與中央政府年度計劃技術(shù)攻關(guān)項目對應(yīng)起來。

  二、2018年動力電池與電池管理系統(tǒng)研究任務(wù)分為5個:

  1. 高安全高比能乘用車動力電池系統(tǒng)技術(shù)(重大共性關(guān)鍵技術(shù)類)

 ?、傺芯績?nèi)容:

  針對乘用車高集成度要求,開展基于整車一體化的電池系統(tǒng)的機-電-熱設(shè)計;開發(fā)先進可靠的電池管理系統(tǒng)和緊湊、高效的熱管理系統(tǒng);開展模塊、系統(tǒng)的電氣構(gòu)型與參數(shù)匹配、耐久性和可靠性的設(shè)計與驗證;基于熱仿真模型、熱失控和熱擴散致災(zāi)、分析模型,研究電池系統(tǒng)火災(zāi)蔓延及消防安全措施,開展電池系統(tǒng)的安全設(shè)計與防護系統(tǒng)的開發(fā)與驗證;開展電池系統(tǒng)的輕量化、緊湊化技術(shù)以及制造工藝與裝配技術(shù)研究,開發(fā)高安全、高比能乘用車動力電池系統(tǒng);開展電池系統(tǒng)性能測試評價技術(shù)研究。

 ?、诳己酥笜?biāo):

  電池系統(tǒng)的比能量≥210Wh/kg,循環(huán)壽命≥1200次(80%放電深度(DOD),模擬全年氣溫分布),全壽命周期、寬工作溫度范圍內(nèi)荷電狀態(tài)(SOC)、功率狀態(tài)(SOP)和健康狀態(tài)(SOH)的估計誤差絕對值≤3%,單體電池之間的最大溫差≤2℃,快速充電至 80%以上 SOC 狀態(tài)所需時間≤1 小時,滿足安全性等國標(biāo)要求和寬溫度使用范圍要求,并符合 ISO 26262 ASIL-C 功能安全要求及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求,成本≤1.2 元/Wh,年生產(chǎn)能力≥1 萬套,產(chǎn)品至少為 2 家整車企業(yè)配套,裝車應(yīng)用不低于 3000 套;提交熱失控和熱擴散事故致災(zāi)分析和危害評測報告;建立基于整車一體化的電池系統(tǒng)的設(shè)計、制造與測試規(guī)范。

 ?、酃P者解讀:

  乘用車動力電池系統(tǒng)技術(shù)主攻方向是:

  i)是整車一體化的電池系統(tǒng),而不是目前一些廠家積極倡導(dǎo)的換電模式技術(shù);

  ii)電池系統(tǒng)的比能量≥210Wh/kg,循環(huán)壽命≥1200次(80%放電深度(DOD),這個比能量≥210Wh/kg這個指標(biāo),說明這個電池一定指三元電池,磷酸鐵鋰電池在乘用車推廣幾乎沒有可能。

  iii)電池系統(tǒng)的成本≤1.2 元/Wh,說明目前電池系統(tǒng)的成本基本上高于它,是后續(xù)的補貼的門檻。

  2.高安全長壽命客車動力電池系統(tǒng)技術(shù)

 ?、傺芯績?nèi)容:

  針對客車超高安全等級和超長質(zhì)保里程的實際應(yīng)用需求,開展基于模塊式、分散式布局的動力電池系統(tǒng)總體構(gòu)型、功能和機-電-熱一體化設(shè)計技術(shù)研究;開發(fā)先進可靠的電池管理系統(tǒng)和高效熱管理系統(tǒng);開展動力電池系統(tǒng)的電氣構(gòu)型與參數(shù)匹配,以及耐久性和可靠性的設(shè)計與驗證;基于熱仿真模型、熱失控和熱擴散致災(zāi)分析模型,研究電池系統(tǒng)火災(zāi)蔓延及消防安全措施,開展電池系統(tǒng)的安全設(shè)計以及防護系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)與驗證;突破電池系統(tǒng)的輕量化、緊湊化技術(shù),建立電池系統(tǒng)的智能化制造工藝,開發(fā)高安全、長壽命客車動力電池系統(tǒng);開展電池系統(tǒng)性能測試評價技術(shù)的研究。

  ②考核指標(biāo):

  電池系統(tǒng)的比能量≥170Wh/kg,循環(huán)壽命≥3000次(80% DOD,模擬全年氣溫分布),全壽命周期、寬工作溫度范圍內(nèi) SOC、SOP 和 SOH 估計誤差絕對值≤3%,單體電池之間的最大溫差≤2℃,快速充電至 80%以上 SOC 狀態(tài)所需時間≤15分鐘,滿足安全性等國標(biāo)要求和寬溫度使用范圍要求,并符合 ISO 26262 ASIL-C 功能安全要求及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求,確保單體熱失控后30 分鐘內(nèi)系統(tǒng)無起火爆炸,成本≤1.2 元/Wh,年生產(chǎn)能力≥3000套,產(chǎn)品至少為 3 家整車企業(yè)配套,裝車應(yīng)用不低于 1000 套;提交熱失控和熱擴散事故致災(zāi)分析和危害評測報告;建立電池系統(tǒng)設(shè)計、制造與測試的技術(shù)規(guī)范。

 ?、酃P者解讀:

  客車動力電池系統(tǒng)技術(shù)主攻方向是:

  i)基于模塊式、分散式布局的動力電池系統(tǒng)的研究,這個說明, 客車動力電池系統(tǒng)不同于乘用車要求,一個是一體化,一個是模塊式、分散式。

  ii)電池系統(tǒng)的比能量≥170Wh/kg,循環(huán)壽命≥3000次(80% DOD,這個說明,對客車而言磷酸鐵鋰依然是主推對象,壽命是主要指標(biāo);

  iii)單體熱失控后30 分鐘內(nèi)系統(tǒng)無起火爆炸,這個指標(biāo)說明,安全時間不低于30分鐘,是后續(xù)的主觀方向。

  iv)客車動力電池系統(tǒng)成本≤1.2 元/Wh,這個指標(biāo)說明,整車企業(yè)關(guān)心是系統(tǒng)成本,而不電池單體價格。

  3.高比能鋰/硫電池技術(shù)

 ?、傺芯績?nèi)容:

  探索硫電極反應(yīng)新機制,開發(fā)高比容量、長壽命的硫電極材料及適配電解液體系;研究鋰枝晶的生長機制及抑制措施,開發(fā)兼具高循環(huán)庫倫效率和良好循環(huán)穩(wěn)定性的鋰負(fù)極;開展高強度、高安全性功能隔膜的研究;掌握高負(fù)載硫電極以及鋰/硫電池的設(shè)計與制備技術(shù);開展鋰/硫電池安全性改善技術(shù)的研究,開發(fā)高安全、長壽命的鋰/硫動力電池,實現(xiàn)裝車考核。

 ?、诳己酥笜?biāo):

  單體電池比能量≥400Wh/kg,循環(huán)壽命≥500 次(100% DOD),安全性達到國標(biāo)要求。

 ?、酃P者解讀:

  i)鋰/硫電池是新型電池,是要準(zhǔn)備實現(xiàn)裝車要求,目前上車條件不成熟。

  ii)單體電池比能量≥400Wh/kg,循環(huán)壽命≥500 次(100% DOD),這個指標(biāo)對乘用車和客車而言,不符合其壽命要求。

  4.高比能固態(tài)鋰電池技術(shù)

 ?、傺芯績?nèi)容:

  開展固態(tài)聚合物電解質(zhì)、無機固體電解質(zhì)的設(shè)計及制備技術(shù)的研究,開發(fā)寬電化學(xué)窗口、高室溫離子電導(dǎo)率的固態(tài)電解質(zhì)體系;研究活性顆粒與電解質(zhì)、電極與電解質(zhì)層的固/固界面構(gòu)筑技術(shù)和穩(wěn)定化技術(shù),開發(fā)固態(tài)電極和固態(tài)電池的制備技術(shù);開展固態(tài)電池的生產(chǎn)工藝及專用裝備的研究,開發(fā)高安全、長壽命的固態(tài)鋰電池,實現(xiàn)裝車示范。

 ?、诳己酥笜?biāo):

  室溫下,單體電池比能量≥300Wh/kg,循環(huán)壽命≥2000 次(0.3C 以上倍率充放電,100% DOD),安全性達到國標(biāo)要求,實現(xiàn)裝車考核。

  ③筆者解讀:

  i)鋰/硫電池技術(shù)、固態(tài)鋰電池技術(shù),是下一代的要實現(xiàn)裝車要求的電池。

  ii)目前市場流行說法的新型電池,離實現(xiàn)裝車要求會更遠(yuǎn)。

  iii)其他實現(xiàn)過裝車的老電池,無論如何改進,沒有可能再推薦上車了。

  5.動力電池測試與評價技術(shù)

 ?、傺芯績?nèi)容:

  研究動力電池關(guān)鍵材料和單體的性能評測方法,構(gòu)建“材料-電池-性能”閉環(huán)聯(lián)動評價機制;研究電池在全生命周期內(nèi)電性能、安全性能的演化規(guī)律,建立仿真分析技術(shù);開展管理系統(tǒng)的功能評價和性能表征方法的研究,開發(fā)軟硬件測試設(shè)備或裝置;研究電池系統(tǒng)的性能評測方法及面向?qū)嶋H工況的可靠性、熱安全和功能安全等評價方法,開展電池?zé)崾Э睾蜔釘U散的致災(zāi)分析,研究動力電池安全等級分類標(biāo)準(zhǔn);開展國內(nèi)外動力電池系統(tǒng)的對標(biāo)分析,建立動力電池權(quán)威測試評價平臺和數(shù)據(jù)庫。

  ②考核指標(biāo):

  建立動力電池的全面評價體系,包括從材料到系統(tǒng)的電性能測試方法,單體電池在全生命周期的安全性表征方法,管理系統(tǒng)的功能與性能評測方法,動力電池系統(tǒng)面向?qū)嶋H工況的可靠性、熱安全與功能安全等評估方法;建立具有國際先進水平的動力電池測試評價平臺;在測試評價和動力電池安全等級分類方面形成10項以上標(biāo)準(zhǔn)提案;建立產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫,其中電池系統(tǒng)樣本數(shù)不少于200個。

  ③筆者解讀:

  i)研究動力電池關(guān)鍵材料和單體的性能評測方法意義重大,這是電池廠家必須要解決參與的;

  ii)整車廠家對這些動力電池關(guān)鍵材料和單體的性能評測方法,主要是了解而已。

  三、電池系統(tǒng)技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展趨勢總結(jié)

 ?、俪擞密噭恿﹄姵叵到y(tǒng)技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)主攻方向,具體是指一體化設(shè)計為重心的高安全高比能,關(guān)鍵指標(biāo)指標(biāo)為:電池系統(tǒng)的比能量≥210Wh/kg,循環(huán)壽命≥1200次(80%放電深度(DOD)。

 ?、诳蛙噭恿﹄姵叵到y(tǒng)技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)主攻方向,具體是指分布式化設(shè)計為重心的高安全長壽命,關(guān)鍵指標(biāo)指標(biāo)為:電池系統(tǒng)的比能量≥170Wh/kg,循環(huán)壽命≥3000次(80% DOD)。

 ?、鄢擞密噭恿﹄姵叵到y(tǒng)、客車動力電池系統(tǒng)成本指標(biāo)是成本≤1.2 元/Wh。這個結(jié)論是補貼政策再退坡的重要依據(jù)。

 ?、艹擞密囉萌姵?,客車主推鐵鋰電池,是基本態(tài)勢,客車要求快充,快充時間為:15分鐘以下。

  ⑤高比能鋰/硫電池、高比能固態(tài)鋰電池是下一代電池,目前還沒有強調(diào)其壽命要求,2018年上規(guī)模裝車,可能性不大。

 ?、揠妱涌蛙嚢踩顷P(guān)鍵指標(biāo)是:單體熱失控后30 分鐘內(nèi)系統(tǒng)無起火爆炸。

  總結(jié):

  ①關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展趨勢是由有時間節(jié)點指標(biāo)來體現(xiàn)的。一些形容詞,可以多次用,但是指標(biāo)值才是理解和掌握關(guān)鍵技術(shù)的核心。

 ?、诳萍疾俊缎履茉雌?018 年重點專項申報指南》是國家級的,其指標(biāo)值最具有權(quán)威性,其他專家(學(xué)者)的信息,不代表頂層設(shè)計。

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