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2017年9月10星期日
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上海汽车报焦点|Focus 何以保持新能源汽车“动力十足” 何以保持新能源汽车“动力十足” 上汽新能源车型动力电池性能要求与产品匹配

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何以保持新能源汽车“动力十足”

□ 作者 沈浩

新能源汽车动力电池的续航里程有多少?寿命有多久?过热起火等安全问题是否得到了解决?整车厂对动力电池有何选型要求?动力电池的回收利用是否已有解决办法?

针对这些问题,记者于近日参加了由中国汽车技术研究中心、张家港市人民政府、中美清洁汽车合作联盟在江苏省张家港市联合主办的“2017国际电动汽车动力电池产业发展与技术创新峰会”,为消费者和动力电池产业寻找答案。

高能量密度如何实现

如何提升动力电池的续航里程?简单地把小容量电池并联或者放大绝对不是长久之策,提高“能量密度”才是关键,即对于同等体积、质量的动力电池,通过增加其电能容量来提升续航里程。孚能科技(赣州)有限公司董事长王瑀指出,动力电池能量密度提升的瓶颈就是高容量正负极的开发。

中国工程院院士陈立泉表示:提升动力电池的能量密度是永恒的课题,近期的目标是电极一定要用三元材料;中期和长期目标则是负极只能用金属锂,而正极可以含锂,也可以不含锂。由此看来,金属锂在动力电池能量密度的提升方面有着不可替代的作用。

在能量密度的提升方面,目前行业的总体目标是:到2020年,动力电池模块的能量密度要达到300Wh/kg,这将使得新能源汽车的续航里程达到,甚至超过燃油车一箱油所能行驶的路程。

安全问题如何破解

2016年,国内被报道出来的新能源汽车起火事故共计29起,涉及的地区、品牌、车企数量较多,使得动力电池的热失控与热扩散安全性工程日益受到关注。

清华大学汽车安全与节能国家重点实验室的卢兰光教授指出,新能源汽车动力电池过热的首要原因是正极、负极、电解液等电池材料问题,导致负反应过多;其次是电池管理系统(BMS)问题,使得电池得不到有效的热管理。因此,预防动力电池的热失控与热扩散,软硬件工程必须双管齐下。

但要想消除动力电池的发热起火隐患,仅仅靠预防还不够。北京科易动力科技有限公司总经理田硕透露:“很少有人分析芯片级的漏洞,但我们在做BMS的时候的确遇到了,因此对于电池安全问题,漏洞很难做到完全预防,风险也就无处不在。”

宁德时代对此也有同样的考虑,因此其采用仿真工具来测试并不断优化产品设计,并正在通过该方法研制出厚薄适中的PCM隔热材料,以合理隔开两个电芯之间的热量。

在能量密度提升与安全工程的双重要求下,中国工程院院士陈立泉强烈建议:“发展固态电池,刻不容缓。”目前,日韩、欧美等地都已经开始布局固态电池。其中,丰田已开发出能量密度为400Wh/L的电池原型,大约在2020年将会实现商业化应用,到2025年得到实质性改善;宝马声称有望于2026年实现固态电池突破性进展并随后量产。

在国内,中科院物理所、中科院化学所、宁德时代、天津力神、中航锂电等十余家研究机构和企业也已对固态电池开展研究。国内外主流的技术方向有聚合物固态电池、薄膜固态电池、硫化物电解质基固态电池等。

标准体系如何完善

中国汽车技术研究中心首席专家王芳博士指出,我国现有的动力电池标准体系分为电池性能、寿命、安全性、互换性、回收利用,以及关键附件几个板块,这些标准有些和产品要求直接相关,有些则关系到产品生产使用过程中的管理方式。

国家“863”计划节能与新能源汽车重大项目总体专家组动力电池首席专家肖成伟建议,各电池企业一定要参与到电池编码规则的标准制订过程中,因为它是一个强标,对于每家企业的产品开发和应用都将产生较大影响。

而对于电池的规格化标准,国家新能源汽车创新工程项目专家组组长王秉刚认为:这是“老好人的规格”,为整个产业的利益考虑,必须要减少准入门类。

此外,相较于美国、德国、日本等国家,中国对于动力电池的规划还没有涉及整个产业链,包括从材料到电池,再到系统集成、应用与递次利用、资源回收等,因此产业局面相对分散。而新能源汽车生产企业的产品准入管理规则及其动力电池的配套与选型需求便成为各电池企业最关心的问题。

对此,王秉刚高度赞赏了上汽集团与宁德时代的合作,并建议:国内电池厂商不要沉迷于眼前暂时的“大卖”,要加紧与整车企业建立联盟,加快步伐做强、做大,以迎战国外优秀的电池企业。另外,整车企业有责任扶植国内的电池企业,从而逐步摆脱对国外零部件的依赖,建立强大的中国汽车产业。

“矿山”如何开采

从新能源汽车上淘汰下来的动力电池堆到哪里?怎么处理?

关于这个问题,目前的总体思路是,首先延长动力电池的服役周期——当电池容量衰减至80%时,将其从新能源汽车上“退役”,并进行梯次利用;然后,再对其进行拆解,回收原材料。

这种思路是否可行?新能源与储能运行控制国家重点实验室副主任来小康认为,性能、安全、成本是最值得关注的问题。性能评测与回收成本直接关系到动力电池回收利用的效益问题,二者需得到很好的权衡。而安全问题在现阶段具有一票否决权,必须高度重视。

为了解决这些问题,中国汽车技术研究中心汽车试验研究所高级工程师刘仕强认为,建立一个监控、管理的系统十分重要。可以将一个完善的评价模型嵌入到电池系统中,在动力电池使用过程中实时监控和评估动力电池的性能情况,同时减少二次测评产生的费用。

目前,国外在动力电池回收利用方面已形成一定的规模化和产业化。国内也已经有多家企业正在布局动力电池回收业务。

张家港清华研究院再制造产业研究院常务副院长郑郧介绍,为了解决废旧动力电池处理问题,鼓励动力电池梯次利用,我国还专门出台政策,明确责任主体。这再次暴露了王秉刚所谓的“老好人规格”的弊端。由于不同企业生产的动力电池在技术、规格等方面存在差异,给动力电池的拆解带来一定难度,因此统一动力电池规格标准便显得迫在眉睫。

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