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      2018年動力電池與電池管理系統關鍵技術發展趨勢分析


      2018年動力電池與電池管理系統關鍵技術發展趨勢分析

       

      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發展趨勢。而科技部《新能源汽車2018年重點專項申報指南》已經發布,對企業而言很有指導意義。下面是筆者學習《申報指南》后,對2018 度年動力電池與電池管理系統關鍵技術發展趨勢的分析。

       

      1中國新能源汽車關鍵技術主攻方向

      《申報指南》列出2018年中國新能源汽車技術的主攻方向是:動力電池與電池管理系統;電機驅動與電力;電子、電動汽車智能化;燃料電池動力系統;插電/增程式混合動力系統;純電動力系統。

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

       

      ① 企業與政府規劃要保持一致,企業經營活動(含技術攻關)要在政府的頂層設計下開展;

       

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

       

      ③ 企業具體技術研究和開發項目,理應與中央政府年度計劃技術攻關項目對應起來。

       

      22018年動力電池與電池管理系統研究任務分為5個

      1. 高安全高比能乘用車動力電池系統技術(重大共性關鍵技術類)

      ① 研究內容:

      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的機-電-熱設計;開發先進可靠的電池管理系統和緊湊、高效的熱管理系統;開展模塊、系統的電氣構型與參數匹配、耐久性和可靠性的設計與驗證;基于熱仿真模型、熱失控和熱擴散致災、分析模型,研究電池系統火災蔓延及消防安全措施,開展電池系統的安全設計與防護系統的開發與驗證;開展電池系統的輕量化、緊湊化技術以及制造工藝與裝配技術研究,開發高安全、高比能乘用車動力電池系統;開展電池系統性能測試評價技術研究。

       

      ② 考核指標:

      電池系統的比能量≥210Wh/kg,循環壽命≥1200次(80%放電深度(DOD),模擬全年氣溫分布),全壽命周期、寬工作溫度范圍內荷電狀態(SOC)、功率狀態(SOP)和健康狀態(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 狀態所需時間≤1 小時,滿足安全性等國標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標準要求,成本≤1.2 元/Wh,年生產能力≥1 萬套,產品至少為 2 家整車企業配套,裝車應用不低于 3000 套;提交熱失控和熱擴散事故致災分析和危害評測報告;建立基于整車一體化的電池系統的設計、制造與測試規范。

       

      ③ 筆者解讀:

      乘用車動力電池系統技術主攻方向是:

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

      ii)電池系統的比能量≥210Wh/kg,循環壽命≥1200次(80%放電深度(DOD),這個比能量≥210Wh/kg這個指標,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)電池系統的成本≤1.2 元/Wh,說明目前電池系統的成本基本上高于它,是后續的補貼的門檻。

       

      2. 高安全長壽命客車動力電池系統技術

      ① 研究內容:

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

       

      ② 考核指標:

      電池系統的比能量≥170Wh/kg,循環壽命≥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 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 狀態所需時間≤15分鐘,滿足安全性等國標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標準要求,確保單體熱失控后30 分鐘內系統無起火爆炸,成本≤1.2 元/Wh,年生產能力≥3000套,產品至少為 3 家整車企業配套,裝車應用不低于 1000 套;提交熱失控和熱擴散事故致災分析和危害評測報告;建立電池系統設計、制造與測試的技術規范。

       

      ③ 筆者解讀:

      客車動力電池系統技術主攻方向是:

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

      ii)電池系統的比能量≥170Wh/kg,循環壽命≥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;

      iii)單體熱失控后30 分鐘內系統無起火爆炸,這個指標說明,安全時間不低于30分鐘,是后續的主觀方向。

      iv)客車動力電池系統成本≤1.2 元/Wh,這個指標說明,整車企業關心是系統成本,而不電池單體價格。

       

      3. 高比能鋰/硫電池技術

      ① 研究內容:

      探索硫電極反應新機制,開發高比容量、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,開發兼具高循環庫倫效率和良好循環穩定性的鋰負極;開展高強度、高安全性功能隔膜的研究;掌握高負載硫電極以及鋰/硫電池的設計與制備技術;開展鋰/硫電池安全性改善技術的研究,開發高安全、長壽命的鋰/硫動力電池,實現裝車考核。

       

      ② 考核指標:

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

       

      ③ 筆者解讀:

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

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

       

      4. 高比能固態鋰電池技術

      ① 研究內容:

      開展固態聚合物電解質、無機固體電解質的設計及制備技術的研究,開發寬電化學窗口、高室溫離子電導率的固態電解質體系;研究活性顆粒與電解質、電極與電解質層的固/固界面構筑技術和穩定化技術,開發固態電極和固態電池的制備技術;開展固態電池的生產工藝及專用裝備的研究,開發高安全、長壽命的固態鋰電池,實現裝車示范。

       

      ② 考核指標:

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

       

      ③ 筆者解讀:

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

      ii)目前市場流行說法的新型電池,離實現裝車要求會更遠。

      iii)其他實現過裝車的老電池,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

      ① 研究內容:

      研究動力電池關鍵材料和單體的性能評測方法,構建“材料-電池-性能”閉環聯動評價機制;研究電池在全生命周期內電性能、安全性能的演化規律,建立仿真分析技術;開展管理系統的功能評價和性能表征方法的研究,開發軟硬件測試設備或裝置;研究電池系統的性能評測方法及面向實際工況的可靠性、熱安全和功能安全等評價方法,開展電池熱失控和熱擴散的致災分析,研究動力電池安全等級分類標準;開展國內外動力電池系統的對標分析,建立動力電池權威測試評價平臺和數據庫。

       

      ② 考核指標:

      建立動力電池的全面評價體系,包括從材料到系統的電性能測試方法,單體電池在全生命周期的安全性表征方法,管理系統的功能與性能評測方法,動力電池系統面向實際工況的可靠性、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項以上標準提案;建立產品數據庫,其中電池系統樣本數不少于200個。

       

      ③ 筆者解讀:

      i)研究動力電池關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鍵材料和單體的性能評測方法,主要是了解而已。

       

      3電池系統技術關鍵技術發展趨勢總結

      ① 乘用車動力電池系統技術關鍵技術主攻方向,具體是指一體化設計為重心的高安全高比能,關鍵指標指標為:電池系統的比能量≥210Wh/kg,循環壽命≥1200次(80%放電深度(DOD)。

       

      ② 客車動力電池系統技術關鍵技術主攻方向,具體是指分布式化設計為重心的高安全長壽命,關鍵指標指標為:電池系統的比能量≥170Wh/kg,循環壽命≥3000次(80% DOD)。

       

      ③ 乘用車動力電池系統、客車動力電池系統成本指標是成本≤1.2 元/Wh。這個結論是補貼政策再退坡的重要依據。

       

      ④ 乘用車用三元電池,客車主推鐵鋰電池,是基本態勢,客車要求快充,快充時間為:15分鐘以下。

       

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

       

      ⑥ 電動客車安全是關鍵指標是:單體熱失控后30 分鐘內系統無起火爆炸。

       

       

      4總結

       

      ① 關鍵技術發展趨勢是由有時間節點指標來體現的。一些形容詞,可以多次用,但是指標值才是理解和掌握關鍵技術的核心。

       

      ② 科技部《新能源汽車2018 年重點專項申報指南》是國家級的,其指標值最具有權威性,其他專家(學者)的信息,不代表頂層設計。

       

                                                                                          

      關鍵詞:

      新能源,汽車,動力電池

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