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先进混合动力48V锂电池技术解决方案和价值分析

发布时间:2017-08-08 13:07:46  浏览次数:

中国化学与物理电源行业协会于 2016年10月13日-14日在杭州召开了“第二届混合动力车市场与先进电池技术发展研讨会”,会议受到了国内外电池、材料、设备和汽车领域众多企业的广泛关注, 400多位国内外嘉宾参会。自2014年4月中国化学与物理电源协会在北京组织了“第一届混合动力车市场与先进电池技术发展研讨会”以来,在国内外纯电动车和插电式混合动力车取得较快发展的同时,混合动力车辆,特别是微混车辆也在国际上得到预期的快速发展。特别是近来进一步提出了发展48V电池体系与技术的要求,使电池行业又出现了一个新的发展热点。

“第二届混合动力车市场与先进电池技术研讨会”的举办,给大家提供了一个交流的平台,帮助大家了解国内外在混合动力汽车产业方面的发展动向、最新进展,交流适用于混合动力汽车发展的各种电池技术及其最新进展。希望通过技术交流,能对我国混合动力汽车产业的发展起动一定的借鉴和推动作用,加快我国混合动力汽车用各类电池技术的快速发展。

在本次会议上,万向A123企业战略副总裁Jeff Kessen先生做了“先进混合动力48V锂电池技术解决方案和价值分析”的专题报告,以下是根据速记整理的文字,未经本人审核,仅供参考。

    首先介绍一下A123公司在锂电池领域的地位和发展,这是我们的一个战略规划和发展目标,在这张图下面是我们现在的一些项目以及和汽车厂商之间的合作,我们是提供的超级磷酸铁锂电池,这么多年我们已经生产了12伏的锂电池,这类电池主要是针对欧洲市场。由于欧盟对于铅酸电池的规范和以及“无铅化”规定,欧盟很快会寻求新的电池来代替原来的铅酸电池,可能需要十年的时间,但是将来会有一个更大的市场。与此同时,我主要是讲一下48伏电池,这里有很多48伏项目,不仅是在欧洲,中国市场在未来的市场规划当中也是重点。

是什么驱动这个市场?我们听到了中国市场对于电动车的新规划,我们所有汽车厂商都要考虑为了减少排放,如何更好地去迎合市场。在美国,我们已经有了一些很好的经验。这张图表给大家介绍了不同种类的电气化以及它们从环保的角度来说做得怎么样。我们在美国看到了已经有五年多的零排放实施,但是仍然达不到我们经济发展的要求。美国的电动车生产,这是我们国家法律规定的,但是我们的燃油效率要达到国际要求,很多汽车制造商努力地去减少他们电气化的成本。所有汽车厂商都有这类的技术项目,这也是为了实现他们的燃油效率发展的目标。

不同的汽车厂商也有不同的选择,来作为他们的主流技术。我们有强混动力电池系统。可以说我们燃油效率提高值是很大的,大概在未来我们预估在每一个市场都会有越来越多的混合动力车。但是我们看到这个48伏的系统在10%统在大的节油率,使我们主流汽车可达到的碳排放减少的要求。在中国、欧洲及其他的市场每1%的节油率成本是比较低的,所以48伏系统是性价比非常高的。

对于成本,我们已经有了一定的了解。我们分析了每一个区域,特别是中国市场、欧洲市场、美国市场以及日本市场,这是我们对比的四个市场。我们也分析了市场的需求,比如说燃油效率、减排目标,以及哪一种混合技术是最有效的或者效率更高的。基于以上分析,我们在这里讲一下48伏的混合动力汽车市场在未来的预计。我们所有汽车厂商都想要最低的成本来实现最好的节油目的,我们认为48伏这个系统不仅是在欧洲,特别在中国市场会有进一步应用。我们可以预测哪一些汽车厂商会采用这样的48V 系统。我们也可以估测到未来五年的市场发展趋势。我们在全球已经签署了很多合作合同,万向A一二三预计到2020年的48V系统将卖出至少一亿。

我们看到全球的48伏,有不同的驱动因素。在中国,为了改善我们的燃油能效。在欧洲,一些汽车上的额外特殊功能是由48伏系统提供的。比如说我们的碳元素的预调,我们用48伏系统可以在乘客进入汽车之前就进行发动机的预热,这样可以提高引擎的性能,这些额外的或者其他的特征也会使我们在设计48伏系统的时候考虑到更多的因素。很多的汽车厂商希望能够有48伏电池呈现完整的体系,比如说带热能的性能上。所以在这个图上是一个大概的图,那就是我们对于性能的要求,这上面的每一个点,我们看到橙色点是从不同汽车厂商发来的不同要求。有非常多的工程上要求,这样的一些系统可能不会被投入到市场,或者到2020年、20201年才投入到市场,这样一些特定的要求会慢慢地进入到我们的市场。我们在电池当中要求的是我们的容量,这是我们的Y轴,X轴是高峰功率,第一代发动机,也就是在左下角圆圈当中展示的是第一代发动机,这些需求是非常接近的,也可以使我们工程师开发一种常规通用的高能效系统,可以达到大部分客户的要求。因此,我们也设计了第一代超级磷酸铁锂电池产品,我将会给大家介绍一下我们这个电池的具体细节。这是我们公开的一些电池信息,大家可以看到我们这一页的标题,在未来的几个月将会公布,我们将向公众和市场介绍我们的产品,它是一个48伏超级磷酸铁锂电池,在演讲最后我也会再介绍一下。我们看到它的容量是8安,放电能率在这里是15千瓦,这个是10秒内的,可以说我们的功率是非常强大的。在图表的下方我们也看到它的重量,是8公斤,而且它的体积也是非常小的,所以可以说这个电池甚至可以被安装在副驾驶座椅下,后排座椅后面,后备箱,这是我们第一个开发项目的成果。

接下来我想要简单地介绍一下我们这个电池系统的应用以及它的生命周期。首先介绍一下我们是如何来分析这个电池寿命的,比如说它的温度,它会变得多热,在运行的时候以及在其他的时候,那么不仅是热量的环境,还有我们的能量的涌入和溢出,所以这对我们温度,又对我们的电池寿命有没有什么影响,以及我们循环的效果,也就是说频率以及功率的大小等等,在不同的阶段都有一些什么变化,以及最后我们通过这些分析可以得出在哪些特定使用环境下我们的电池寿命有多久,这也取决于我们的目标客户。

第一个分析的案例是电池在上海表现会怎么样,我们用的是NEDC的驾驶循环模式。这是中国官方来衡量燃料效率的正规方式,这个是我们在上海每一天的气温以及电池温度的变化,我们可以看到这是一年当中的不同变化,所以有一小部分,比如说在炎热的夏天我们开车的时候电池温度可以达到60度以上,在其他的时间和驾驶时候也都有所记录。我们希望在十年的增长率可以控制在20%之内,这是一个比较良好的趋势,因为48伏的电池使用案例真正的要求并不仅仅保持电池性能,它可以在它的使用过程当中和使用寿命当中能够保证其容量以及它是否可以继续提供所要求的能率功率。

第二个案例是一个更具挑战的实验,但是结果是差不多的,我们的客户用WLTP这样的循环,这是一个新的系统,首先是在欧盟欧洲使用的,我们也希望它在一段时间内可以在全球被公认和普遍使用。我们看到平均每天只有1.5个小时的驾驶时间,要求我们的电池可以被充电,所以应该说和第一个案例相比,它的循环更加得频繁。我们看到在这个案例当中其实电池是安装在备胎的下方,在一年当中最高的温度达到了62度,所以这也是一个比较温暖的气温环境,这也是一年当中的使用情况。这个图表是我们期望当中的一年气温变化范畴,尽管电池被使用得非常频繁,我们对于能率的要求非常高,功率的要求也非常高,我们仍然有一个在十年当中90%左右的阻率,我们电池的抗电性只有30%,我们选用了非常先进的冷却技术,是可以达到这一要求的。48伏的系统设计的冷却系统,我们的汽车制造商并不需要专门地去冷却它或者设计专门的位置来安装电池,所以这是两个实际的案例。

我还想谈谈48伏系统的其他开发的可能性,这是我刚才用过的一张图表,我们有一些汽车的项目,我们已经选择了电池供应商,可以看到我们在不同的应用和实验当中选用了不同的成分。除了超级磷酸铁锂之外还使用了一些成分在48伏体系设计当中,在这里有一个例子,我们的电池制造商选择了用LTO,可以说这样制造出来一个电池的使用寿命也是比较长的,当然不认为这是一个长期的成分,因为LTO的销售并不是特别得大,所以我们需要使用更多的原料,而且成本更高,因为在我们的系统当中有14个电芯,但是如果用LTO的话,那么市场愿意选择这种电池的可能性在未来是比较小的,所以另外一种是NMC。我们看到NMC已经被选择作为原材料来作为制造48伏系统,我们还没有决定用哪一种电池方案,主要的原因是我们需要花更多的时间来研究市场的需求。所以我认为超级磷酸铁锂和NMC是48伏系统当中比较具有潜力的两种类型。

接下来我想简单说一说如何比较成功地在超级磷酸铁锂电池当中实现冷却效果,我们希望升温不要过快,橙色的柱状图就是原来已经用的系统,它在我们的市场当中已经有十年的历史,绿色的是超级磷酸铁锂新型的表现。可以看出电池负极的绝缘性会改变我们电池的设计,都可以极大地减少我们的电阻,也可以增加我们电池的容量,这是在我们第二代的进展和变化当中。在充电放电的时候都可以再继续使用我们的电池,这就使我们在很多的应用当中可以不需要过多地依赖冷却系统。这不仅仅是在48伏电池当中可以使用的,这在我们12伏电池设计当中也是使用的,我们12伏的市场现在仍然主要是在欧洲,但是因为我们对于电池的设计进行改革,所以我们用同样的活性物质,我们改变了设计,我们可以更好地去和传统的铅酸电池进行竞争。可以说这是我们锂电池领域的一个巨大成功,因为我们在12伏的电池应用当中当然也发现了一些难题,比如低温性能,但是去年已经有了一个非常巨大的科技突破。

我们大概地介绍了一下概况,可以说锂这种材料是非常好的一种选择,我们从EV电动车到右边的12伏双擎或者微混的汽车,我们能够更有效地提高效率,LTO就可以提供非常高的功率,但是大部分的应用是来自于我们的磷酸铁锂,这也是我们特殊的一个成分或者特殊的原料。我们发现它在混合动力的技术开发当中成为了一种非常实用的化学成份和原料,特别是在48伏电池的开发当中。

总结一下,我们现在看到48伏系统在市场当中,越来越多地被重视和应用,不仅是在欧洲,在中国也是如此。很多的汽车厂商都有不同的要求,这就要求我们能够设计出不同的或者一系列的48伏电池系统,而每一种原材料、每一种化学物质在市场当中,在电气化方面都具有各自不同的性能。我们刚才说了自己的超级磷酸铁锂电池是非常好的非常实用的,部分产品已经进入市场,将来会有更多的市场应用。感谢大家的聆听,谢谢大家。如果大家有问题可以提问。


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