2011汽车动力电池研讨会演讲内容集萃

是投资黑洞还是发展机遇？2011汽车动力电池研讨会（2011年3月10日星期四，上海消息）由杰腾会务主办，中国电池工业协会锂电池应用专业委员会、河南省电动车辆工业协会、电源技术、汽车与配件、中经评论、中国锂电网、电动汽车网、中国储能网、全球电池网等机构支持的2011汽车动力电池研讨会于3月2324日在上海艾福敦酒店成功举办。多位业界知名企业的专家从不同层面向与会听众全方位剖析了汽车动力电池的现状和发展，包括市场环境、材料、设备、工艺、终端用户需求等。作为本次会议的特邀媒体，我们有幸见证了整个精彩过程，以下就是我们为大家选取的部分演讲内容的集萃。中国北方车辆研究所国家863动力电池测试中心主任王子冬教授就目前动力电池发展面临的问题发表了自己的看法，并分享了今后开展动力电池产品强制认证工作的计划。王子冬主任认为，目前中国动力电池产业化过程中还存在很多瓶颈： l 各种关键材料的开发、生产、性能、成本、以及稳定性方面需要改进和提高； l 电池单体和电池组的设计理念需要改进，由于缺少电池模块及电池组的指标体系和测试评价体系，整车企业的使用要求不够明确，动力电池设计的针对性不强； l 对动力电池存在的安全性问题的机理认识不深，在保证动力电池安全性方面的材料、工艺和结构设计方面有欠缺； l 电池模块热、电、结构仿真设计及验证技术比较落后，使得我国动力电池单体新能与电池组的性能差异比较大，特别是电池组的使用寿命比较低； l 动力电池模块的标准化、系列化体系没有建立，使得动力电池的规格、品种杂乱无章，生产的规模和质量徘徊不前； l 缺少动力电池大批量生产和使用的经验和装备，动力电池生产和使用过程中的一致性控制能力比较低。 对电动汽车而言，从技术性能指标上看，锂电池的特性虽然比较突出，但是仍然不能满足电动车发展的要求。王子冬主任表示，电池开发过程中还存在很多问题： l 材料的稳定性需要提高 l 电池单体和电池组在结构上有待改进， l 电池大批量电池动力电池 l 使用条件不明确，电池设计的针对性不够 l 产品标准化、系列化体系需要建立 l 电池的连接方式有待改进 l 质量控制方法有待提高 l 生产方式需要向自动化方向转变 l 电池组的使用寿命，用户希望达到2000次（80%DOD）以上 l 在保证安全的情况下，希望比能量达到200Wh/kg l 电池组价格在保证质量的前提下，希望达到2元/Wh。 车用动力电池系统研究并非像大家想像的简单，不是做电池的就能生产动力电池。其研究的内容涉及电化学、电池单体、模块和系统、模型研究、测试。对于电池的材料体系，王主任也做了对比分析：1，磷酸铁锂正极材料的稳定性和一致性工艺研究，存在美国人专利保护问题，材料安全性好，寿命长； 2，长寿命锰酸锂材料研究，通过搀杂和生产工艺改进，提高高温稳定性能，目前工艺技术和设备掌握在日本人手里，材料价格低，比能量高； 3，钛酸锂材料作负极的研究，提高比能量和降低成本，解决大批量生产的工艺问题，同样存在美国人专利保护问题，材料安全性好，寿命长，充放电比功率高。最近有报道说：中国的一个企业控股了这家美国公司； 4，混合电容-电池的结构和工艺研究，目前中、日、韩都在研究，中国已经有产品问世，不存在国外专利保护问题，材料寿命长，充放电比功率高，价格低，安全性较好； 5，其它在安全性、寿命、充放电比功率、价格方面表现突出的材料，且没有国外专利保护问题。 目前国内发展的特点是：以磷酸铁锂和锰酸锂正极材料为主，其它新材料发展比较快，高功率电池和高能量电池都有。一部分企业以大容量电池为主，另外一部分企业以小电池并联成高容量电池模块为主。 国外以三元和锰酸锂正极材料为主，高功率电池和高能量电池也都有。以小电池并联成高容量电池模块为主。 结构：大容量高能量电池以叠片为主；高功率电池以卷绕为主。 动力电池的标准，都多为2006年以前制定的动力电池的试验，是根据电池组能量大小的不同,试验拟采用不同的试验对象,如:电池组能量小的,考虑采用电池组进行性能和安全试验,电池组能量比较大的性能测试采用电池组,安全试验采用10-20只串联的模块。 安全性试验的新内容大众汽车中国研究中心负责人Tobias Giebel博士讲述了大众汽车在新能源方面的发展策略。从1970年开始，大众已开始研发生产电动汽车和混合动力汽车。大众汽车的动力总成及燃料战略中国科学院电动汽车研发中心，上海中科深江电动车辆有限公司副总经理罗建从电动汽车研发生产企业的角度，分享了这个产业的研发、生产和市场策略。罗总认为，我国电动汽车的商业发展模式主要有2个方面，分别是电动汽车带电池和电动汽车可换租赁电池。而动力电池上车使用还存在很多问题u 成组技术，包括电池包设计、单体电池安装排布、电池连接方法及走线方式均需不断的摸索研究。u BMS与电池组的匹配需深入研究。动力电池种类的不统一及环境对电池电性能影响的差异性，导致BMS的SOC计算和控制策略较难。u 受安装空间的限制，电池组不易进行检修维护操作。u 电池组高压绝缘处理及电池包防护等级问题。u 电池售后时间较长问题。由于出厂时电池组一致性匹配较好，但经过一段时间的使用，电池组一致性的差异较大，当个别电池问题导致续驶里程不能满足要求时，则需对个别电池进行更换。受成本的影响，一般整车厂不会有较多的备货，这样势必导致电池维护耗时较长。这个问题要求电池厂和原材料厂自动化程度大大提高以减少认为因素对电池生产一致性的影响。u 废旧电池的处理！目前国内动力电池也存在以下问题1. 动力电池安全性能没有能彻底解决。大多数厂家动力电池均带有安全阀装置，但经过测试表明，安全阀在达到一定压力时会大量的喷出液体，但喷出的液体对整个电池组影响有待研究。2. 动力电池一致性有待提高。目前，大多数电池组在出厂前进行了很好的性能匹配，但在使用一段时间后，电池组的分散较为严重，一致性变差。主要原因是国产动力电池生产工艺自动化程度不高，人为因素影响较大；原材料的控制不够严格。3. 电池管理系统与动力电池的匹配性。应避免由于电池管理系统出现问题而导致的动力电池安全隐患及电池一致性较差。4. 研发技术实力和实验测试条件较弱。尽管动力电池建厂的投入很大，但真正投入到技术研发和先进实验设备上的却很少。大多数厂家往往追求好的生产设备和形象宣传，但却忽略了技术研发和产品技术延续性等方面。5. 电池成组技术有待提高。电池成组不仅要求单体电池性能匹配，还需考虑连接线走线美观，电器件连接合理，电池组维修方便等。6. 动力电池厂家没有自己的技术和研发实力，通过模仿其它国内或国外厂家电池生产工艺和外形设计，知其然不知其所以然。7. 电池成本依然较高。8. 目前，动力电池还没有一个明确的检验国家标准或行业标准。9. 我国动力电池生产设备比较落后，很多企业将注意力放在材料上，忽略了制造设备的研究改善。目前，我国生产电池的装备主要依靠进口日本、韩国等，价格较为昂贵，这对我国车用动力电池的发展很不利，动力电池生产应该是高自动化的生产工艺，应该将先进的自动化设备研究放在第一位。自动化程度不高，设备稳定性相对较低，测控系统落后，生产效率较低。 电动汽车整车研发涉及整车控制系统、电机及传动系统、电池系统和其他附件。我国应以整车研发为平台，带动单项核心技术的突破。同时，罗总提出了一些问题和现场业内人士交流探讨v 当前动力电池类型较多（包括磷酸亚铁锂、锰酸锂、三元及其它稀土金属电池），到底哪种类型电池是目前电动汽车发展的主流方向？下一代车用新型动力电池还有多久出现？v 电池成本在不影响性能的前提下能降低多少？是否降到电动汽车被大多数家庭接受的价格？v 国内动力电池投资在规模和力度上均较大，但核心技术和人才欠缺。尽管中国锂电池生产量位居世界前列，但在产品档次、技术水平方面与日本、韩国存在一定差距，车用锂电池的产业化尚未真正破题。 v 汽车用动力电池和电池连接元器件行业标准、国家标准及国际公认标准的确定。v 动力电池厂的目前生存问题？目前动力电池厂主要是外贸、储能、电动自行车、电动摩托车的；真正大量应用到汽车上的不多，是否后续的研究经费和设备更新投资充足。v 由于电动汽车行业近两年才才开始蓬勃发展，经过长时间上车测试的动力电池厂家较少。v 动力电池厂与汽车厂的合作问题。动力电池厂是否能及时得到电池组在车辆使用过程中问题的反馈信息，是否能根据不同的客户采用不同的合作方式。v 我国动力电池企业大多各自独立研发，其经费有限，仅能解决动力电池的基本问题，技术很难深入推进。企业之间缺乏充分交流，都希望了解别人的情况而不愿谈自己的经验，存在普遍的低水平重复研究、模拟照抄现象。 v 动力电池比能量和使用寿命较低，还不能满足汽车对长续驶里程的要求。罗总还对上海新能源汽车领域的相关情况做了介绍。上海新能源汽车整车研发和生产的企业，包括上汽集团、上海华普、奇瑞新能源、中科力帆等均有新能源汽车发展计划。上汽集团自主品牌纯电动轿车、插电式混合动力乘用车预计2012年上市；上海通用新赛欧纯电动轿车2012年将投产；奇瑞新能源预计2011年S18纯电动轿车实现万辆级产能；中科力帆今年已小批量生产力帆620纯电动轿车。 上海已经初步建立起电动汽车关键零部件产业链，如生产动力系统和车用电机的上燃动力、中科深江，上海电驱动、上海大郡等，生产燃料电池发动机的上海神力上海新源，生产车用DC/DC变换器的上海同沪电器，生产超级电容、动力蓄电池的上海奥威、上海恒动等。上海在嘉定设立了新能源汽车及关键零部件产业化基地。 国元证券新能源行业高级研究员周海鸥从投资的角度分析了新能源汽车的发展前景。他认为，动力电池是新能源汽车的核心，尤其体现在动力电池成组以及动力总成。看好动力电池行业基于三点：第一，电池是技术和成本上的最大瓶颈；第二，动力电池是新能源汽车产业链中技术最核心，利润最丰厚的一环，未来汽车厂商之间的竞争，将主要是动力电池性能的竞争，动力电池是技术核心的地位将长期存在，从而也将长久保持丰厚利润；第三，动力电池行业从无到有，未来几年是上百倍的增长，而全球市场将是几千亿美元的规模。我国锂动力电池研发和产业布局主要分布材料方面的布局和锂电池相关的上市公司也已达30余家。周海鸥先生认为，我国新能源汽车行业前景无限光明，核心技术公司更具投资潜力。清华大学核研院新型能源与材料化学研究室主任何向明的演讲内容是关于动力锂离子电池的现状、安全性和寿命评测。何主任指出，电动交通是移动电话和互联网后的最重要的技术革命，而规模储能是动力电池的又一重要市场。动力电池的安全性问题将影响其市场命运。何主任从热失控的机理、负极材料的安全性改进、正极材料、隔膜、电解质等方面做了分析。电池在电动车成本中所占的比例是25%60%，是非常重要的部件。汽车的使用寿命在10年15年，而动力电池目前的使用寿命是3年7年。因此，大幅度提高动力锂离子电池的使用寿命，使其达到与电动汽车的寿命相当，是目前锂离子动力电池发展的关键问题，需要使用寿命评测技术做支持。哈尔滨冠拓电源设备有限公司技术总工方英民先生的报告内容是锂离子二次电池均衡技术探讨。电池均衡的目的和基本要求在于 充分发挥电池组的性能，延长电动汽车的续航里程 保证电池在使用过程中的安全（即不过充、过放） 不影响电池的寿命（在均衡过程中，不能增加额外的锂离子嵌入和脱嵌过程）锂离子电池充放电时的变化 充电时，随着锂离子的脱嵌，正极材料体积会发生一定量的收缩；放电时，随着锂离子的嵌入，正极材料体积会发生一定量的膨胀。 过充时，正极晶格会产生崩塌，锂离子在负极会形成锂枝晶从而刺破隔膜，造成电池的损坏。 过放时，正极材料活性变差，阻止锂离子的嵌入，电池容量急剧下降。如果发生正极材料体积过度膨胀，也会破坏电池的物理结构，造成电池的损坏。目前常见的均衡技术主要分为两类，分别是电阻分流均衡技术和补电均衡技术。补电均衡技术是利用能量转移装置，将高能量电池的电量补充到低能量电池中。这种方式技术复杂，成本高，实现困难。而且对电池造成的伤害大，严重影响电池的寿命。原因在于均衡过程中不断地对电池进行充放电，造成极板活性材料过早老化（这是影响电池寿命的重要因素）。其状况与电池的并联使用相似。内均衡技术是在对串联电池组充电的过程中，通过调节充电电流和控制充电电压，使得电池组中各单体电池荷电量基本一致的一种充电均衡技术。利用这种方式，电池组不需要外接均衡装置，均衡效果明显，且对电池无伤害，不影响寿命。电池在充电过程中，其端电压可表示为： U = E + I Ri 其中，E为电池的电动势，I为充电电流，Ri是电池的内阻。 电池的内阻Ri又可以表示为： Ri = R+Rf R 是电池的欧姆电阻，Rf是电池的极化电阻。 R 较稳定，在充电过程中基本不发生变化。而Rf变化较大，在充电接近尾声时，由于反应面减小，极化电阻会变大。 内均衡技术原理在于，假设电池组中有两只电池容量相同，由于自放电率等参数不同造成长期搁置后荷电量不同。 充电时，荷电量高的电池首先达到恒压点，减小电流后继续充电。根据锂离子电池的特性，当电池接近充满时，充电效率会下降。而此时低荷电量的电池还保持着较高的充电效率。到充电结束时，它们之间的差距就会减小一些，经过几个循环之后，其荷电量会趋于一致。无锡索垠飞科技有限公司总经理萧小月博士做了关于大功率电容器动力电池的介绍说明。在各方面对锂离子电池叫好声一片的情况下，萧小月博士提出了相反的观点，他认为，锂电池的市场过热，而且放水养鱼，坐收渔利的知识产权问题不可避免，如加拿大Phostech公司的包敷碳技术和美国威能公司的碳热还原技术。此外，锂电池产品一致性也存在问题，上百单体串联，高温过热安全。萧博士认为，锂电池的发展方向值得大家深思。那么，动力电池的路在何方呢？燃料电池？超级电容器？超级电容器使用寿命长，充放电次数100,000次，而锂电池约为1,000次，铅酸电池为 200次。 其充电速度也很快，8小时，铅酸电池10 小时。 在化学电池的能量转换方面，电容器也具有相当的优势。充电：电能转换为化学能，转换率为70 80%。放电：化学能转换为电能，转换率为70 80%。总能量转换率为：49 64%。而电容器的充放电：无能量转换及损失，充放电效率 95%。超级电容器的升级版，其行驶里程的提升，使大功率电动汽车成为可能。功率密度大（1000瓦/公斤），保证：1. 快速行驶（ 120公里/小时）；2. 加速所需要的瞬时放电量；3. 爬坡所需要的大能量驱动力；4. 拐弯时大力矩所需要的大能量驱动力化学电池的功率密度都 300 瓦/公斤。 诺莱特科技（苏州）有限公司技术总监吴晓东博士的演讲题目是大容量高电压锂离子电池系统在关键性能上面临的挑战和可能的解决途径。他认为，大型应对锂电池系统的要求主要在于系统的安全性和电芯的一致性。提高系统安全性可以考虑的措施有1、材料级的安全性_选用高温稳定性好的正极材料和负极材料_选用有热关闭机制且破膜温度高的隔膜_选用有阻燃和防过充添加剂的功能型电解液2、电芯的设计安全性_ 极片的设计考虑防过热机制_ 隔膜要考虑防收缩短路机制_ 增加泄压阀_ 增加过热阻止机制3、电池组的设计安全性_ 选用可靠性高的元器件_ 保护电路具有二级防护机制_ 保护板具有较好的抗电磁干扰能力，同时减少对外干扰_ 设计专用接口防止滥用_ 走线的设计要避免可能的磨损和短路4、生产过程的安全性_ 选用合适的粘结剂及加入比例防止电极颗粒掉落_ 避免极片边缘产生毛刺_ 生产过程要对颗粒进行严格的管控_ 电池组组装过程中要对锐角部件进行防护5、应用过程产生的安全性_ 要考虑使用环境的热变化对内部部件产生的影响_ 减少电磁污染_ 撞击、穿刺等意外事件的防护措施6、安全性的评估手段_ 建立基本的电芯和电池组的安全测试能力_ 预计使用过程可能的威胁_