動力電池及其管理系統(tǒng)

　　一.動力電池技術(shù)路線動力電池是為電動汽車動力系統(tǒng)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(shù)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(yōu)勢。但由于能量密度低，無法在其它類型電動汽車上應(yīng)用。

　　b.鎳氫電池技術(shù)成熟、安全性好，在近幾年內(nèi)占據(jù)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(shù)發(fā)展已接近極限，性能進(jìn)一步提高的余地不大。

　　c.鋰離子電池性能優(yōu)良，適用范圍廣，具有良好的應(yīng)用前景，將逐步占據(jù)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(fā)展期。

　　(2)鋰離子電池技術(shù)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(huán)壽命長，但低溫特性較差、能量密度較低。

　　目前國外多數(shù)電池企業(yè)，如松下、三洋、SBL、LG、JCS等，主要選擇錳酸鋰和三元材料；國內(nèi)多數(shù)電池企業(yè)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(chǎn)業(yè)化。從長期來看，磷酸鐵鋰可能逐步占據(jù)未來市場的主流地位。

　　二.國外發(fā)展情況

　　(1)國外主要材料企業(yè)技術(shù)先進(jìn)，擁有相關(guān)發(fā)明專利，生產(chǎn)規(guī)模較大，材料售價較高。加拿大Phostech擁有磷酸鐵鋰原始專利，產(chǎn)品售價約為30萬～40萬元／噸。

　　(2)國外主要電池企業(yè)技術(shù)水平先進(jìn)，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(yè)汽車配件公司紛紛選擇與專業(yè)電池公司合作，利用電池企業(yè)的電芯專業(yè)制造能力，結(jié)合自身整車或配件的電控設(shè)計和系統(tǒng)集成能力，共同開發(fā)動力電池系統(tǒng)。如豐田和松下組建了PEVE公司，博世和三星組建SBL公司，日產(chǎn)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(guān)注。

　　(4)政府重視動力電池與相關(guān)材料的研發(fā)，積極投入巨資資助企業(yè)開發(fā)。美國2009年投入24億美元支持電動汽車的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，主要涉及動力電池、材料及系統(tǒng)等。日本計劃從2007年起，5年內(nèi)投資245億日元，用于研發(fā)車用動力電池。

　　(5)國外企業(yè)投入巨資擴大動力電池產(chǎn)能。日本企業(yè)如AESC計劃投資1000億日元，三洋計劃投資800億日元；美國企業(yè)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(chǎn)規(guī)模。

　　(6)國外相關(guān)機構(gòu)和企業(yè)已啟動下一代新型動力電池開發(fā)項目。日本于2007年啟動“發(fā)展新一代汽車和燃料計劃”，目標(biāo)是2030年后，將動力電池的質(zhì)量能密度提高到日前的7倍，成本降低到目前的1/40。

　　三.我國發(fā)展現(xiàn)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(chǎn)業(yè)化發(fā)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(chǎn)業(yè)化提供了有效保障。

　　b.鋰離子電池負(fù)極材料已實現(xiàn)國產(chǎn)化，產(chǎn)品性能處于國際先進(jìn)水平。

　　我國負(fù)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(chǎn)品基本覆蓋國內(nèi)市場，部分產(chǎn)品銷量已進(jìn)入全球前三位。

　　c.磷酸鐵鋰材料生產(chǎn)企業(yè)眾多，能滿足動力電池使用的較少。

　　國內(nèi)有一百多家企業(yè)能制造磷酸鐵鋰材料，但只有少數(shù)廠家的產(chǎn)品能基本滿足車用動力電池要求，且尚未完全解決產(chǎn)品穩(wěn)定性問題。

　　d.鋰離子動力電池隔膜材料已研發(fā)出樣品，性能有待改進(jìn)。

　　國內(nèi)隔膜產(chǎn)品在傳統(tǒng)鋰離子電池市場已經(jīng)部分替代進(jìn)口產(chǎn)品，但動力電池隔膜全部采用進(jìn)口，國產(chǎn)動力電池隔膜尚在樣品開發(fā)階段。

　　(2)動力電池a.鋰離子動力電池已形成產(chǎn)品系列，主要為1～50Ah產(chǎn)品，部分廠家已開發(fā)50Ah以上產(chǎn)品，能支持樣車和示范車型配套，但尚未形成產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)能力。鎳氫動力電池也已形成產(chǎn)品系列，主要為6～100Ah產(chǎn)品，部分產(chǎn)品可與量產(chǎn)車型配套。

　　b.國內(nèi)鋰離子電池企業(yè)技術(shù)水平己取得一定進(jìn)步，尤其是安全性指標(biāo)進(jìn)步明顯。但企業(yè)技術(shù)水平參差不齊，產(chǎn)品一致性較差，總體與國際先進(jìn)水平存在一定差距，且存在差距繼續(xù)擴大的趨勢。

　　在售后服務(wù)方面，國內(nèi)多數(shù)鋰離子電池廠家只提供1年質(zhì)量保證期，個別廠家能提供3年質(zhì)量保證期，而國外部分鋰離子電池廠家能提供10年質(zhì)量保證期。在產(chǎn)品價格方面，國內(nèi)產(chǎn)品具有優(yōu)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(nèi)動力電池成組技術(shù)較落后，離產(chǎn)業(yè)化尚有較大差距。

　　個別廠家在電池成組技術(shù)方面已有一定基礎(chǔ)，初步得到整車企業(yè)的認(rèn)可。但與國際先進(jìn)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(nèi)企業(yè)規(guī)劃擴大投資，積極進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化準(zhǔn)備。

　　近年來，電池企業(yè)對產(chǎn)業(yè)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(chǎn)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(chǎn)能。但多數(shù)廠家在投入初期仍重點發(fā)展傳統(tǒng)電池產(chǎn)品。

　　(3)電池管理系統(tǒng)a.經(jīng)過“十五”和“十一五”的研究，我國在電池管理系統(tǒng)方

　　面已取得一定進(jìn)展，產(chǎn)品功能較為完備，能支持示范車型配套，但尚未達(dá)到產(chǎn)業(yè)化程度。

　　b.電池和整車行業(yè)對電池管理系統(tǒng)都缺乏設(shè)計和生產(chǎn)經(jīng)驗，雙方缺乏緊密合作。國內(nèi)電池企業(yè)一般委托專業(yè)電子公司或高校開發(fā)相關(guān)系統(tǒng)，但對電池內(nèi)部規(guī)律研究不夠深入，缺乏數(shù)據(jù)積累，無法與設(shè)計公司進(jìn)行深入溝通，影響產(chǎn)品性能。

　　c.目前產(chǎn)品功能較簡單，雖具有基本的檢測監(jiān)控功能，但在數(shù)據(jù)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(chǎn)品電磁兼容性差，穩(wěn)定性和可靠性低。

　　(4)動力電池回收與處理現(xiàn)狀a.動力電池中所含的鉛、強腐蝕溶液會對環(huán)境有嚴(yán)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(huán)利用。

　　b.美、歐、日等發(fā)達(dá)國家已形成完整的回收體系。不僅制定了專門的法規(guī)制度，而且建立了專業(yè)性、規(guī)模性的電池回收再利用公司。國內(nèi)尚未建立完善的回收制度與體系，部分回收公司不注意環(huán)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。

　　四.我國動力電池及其管理系統(tǒng)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(wěn)定性差，使電池制造工藝控制困難，造成電芯成品率低，導(dǎo)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(fēng)險。

　　(2)同前動力電池隔膜均采用進(jìn)口，國內(nèi)動力電池隔膜尚處于樣品階段，很難在短期內(nèi)取代進(jìn)口產(chǎn)品。

　　(3)隔膜和磷酸鐵鋰電池的關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備依賴進(jìn)口。

　　(4)動力電池單體樣品的循環(huán)壽命可以達(dá)到較高水平，但由于產(chǎn)品一致性較差，電芯成組后，系統(tǒng)的循環(huán)壽命降低很多。

　　(5)在電池管理系統(tǒng)方面，缺乏熟悉電池和電池管理系統(tǒng)的復(fù)合型專業(yè)人員；產(chǎn)品系統(tǒng)功能簡單，性能與國外存在很大差距；產(chǎn)品工程化設(shè)計能力較弱，產(chǎn)品可靠性差。