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2018年動力電池與電池管理系統(tǒng)關鍵技術(shù)發(fā)展趨勢分析
發(fā)布時間：
2017-12-01
來源：
2018年動力電池與電池管理系統(tǒng)關鍵技術(shù)發(fā)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(shù)發(fā)展趨勢。而科技部《新能源汽車2018年重點專項申報指南》已經(jīng)發(fā)布，對企業(yè)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(tǒng)關鍵技術(shù)發(fā)展趨勢的分析。
1中國新能源汽車關鍵技術(shù)主攻方向
《申報指南》列出2018年中國新能源汽車技術(shù)的主攻方向是：動力電池與電池管理系統(tǒng)；電機驅(qū)動與電力；電子、電動汽車智能化；燃料電池動力系統(tǒng)；插電/增程式混合動力系統(tǒng)；純電動力系統(tǒng)。
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(xiàn)。
① 企業(yè)與政府規(guī)劃要保持一致，企業(yè)經(jīng)營活動（含技術(shù)攻關）要在政府的頂層設計下開展；
② 企業(yè)2018年具體的新能源汽車研究（開發(fā)）項目必須在6個方向下、24個研究任務之中；
③ 企業(yè)具體技術(shù)研究和開發(fā)項目，理應與中央政府年度計劃技術(shù)攻關項目對應起來。
22018年動力電池與電池管理系統(tǒng)研究任務分為5個
1. 高安全高比能乘用車動力電池系統(tǒng)技術(shù)（重大共性關鍵技術(shù)類）
① 研究內(nèi)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(tǒng)的機-電-熱設計；開發(fā)先進可靠的電池管理系統(tǒng)和緊湊、高效的熱管理系統(tǒng)；開展模塊、系統(tǒng)的電氣構(gòu)型與參數(shù)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(tǒng)火災蔓延及消防安全措施，開展電池系統(tǒng)的安全設計與防護系統(tǒng)的開發(fā)與驗證；開展電池系統(tǒng)的輕量化、緊湊化技術(shù)以及制造工藝與裝配技術(shù)研究，開發(fā)高安全、高比能乘用車動力電池系統(tǒng)；開展電池系統(tǒng)性能測試評價技術(shù)研究。
② 考核指標：
電池系統(tǒng)的比能量≥210Wh/kg，循環(huán)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(nèi)荷電狀態(tài)（SOC）、功率狀態(tài)（SOP）和健康狀態(tài)（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(tài)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(yè)標準要求，成本≤1.2 元/Wh，年生產(chǎn)能力≥1 萬套，產(chǎn)品至少為 2 家整車企業(yè)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(tǒng)的設計、制造與測試規(guī)范。
③ 筆者解讀：
乘用車動力電池系統(tǒng)技術(shù)主攻方向是：
i）是整車一體化的電池系統(tǒng)，而不是目前一些廠家積極倡導的換電模式技術(shù)；
ii）電池系統(tǒng)的比能量≥210Wh/kg，循環(huán)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(tǒng)的成本≤1.2 元/Wh，說明目前電池系統(tǒng)的成本基本上高于它，是后續(xù)的補貼的門檻。
2. 高安全長壽命客車動力電池系統(tǒng)技術(shù)
① 研究內(nèi)容：
針對客車超高安全等級和超長質(zhì)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(tǒng)總體構(gòu)型、功能和機-電-熱一體化設計技術(shù)研究；開發(fā)先進可靠的電池管理系統(tǒng)和高效熱管理系統(tǒng)；開展動力電池系統(tǒng)的電氣構(gòu)型與參數(shù)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(tǒng)火災蔓延及消防安全措施，開展電池系統(tǒng)的安全設計以及防護系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)與驗證；突破電池系統(tǒng)的輕量化、緊湊化技術(shù)，建立電池系統(tǒng)的智能化制造工藝，開發(fā)高安全、長壽命客車動力電池系統(tǒng)；開展電池系統(tǒng)性能測試評價技術(shù)的研究。
② 考核指標：
電池系統(tǒng)的比能量≥170Wh/kg，循環(huán)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(nèi) 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(tài)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(yè)標準要求，確保單體熱失控后30 分鐘內(nèi)系統(tǒng)無起火爆炸，成本≤1.2 元/Wh，年生產(chǎn)能力≥3000套，產(chǎn)品至少為 3 家整車企業(yè)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(tǒng)設計、制造與測試的技術(shù)規(guī)范。
③ 筆者解讀：
客車動力電池系統(tǒng)技術(shù)主攻方向是：
i）基于模塊式、分散式布局的動力電池系統(tǒng)的研究，這個說明， 客車動力電池系統(tǒng)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(tǒng)的比能量≥170Wh/kg，循環(huán)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(nèi)系統(tǒng)無起火爆炸，這個指標說明，安全時間不低于30分鐘，是后續(xù)的主觀方向。
iv）客車動力電池系統(tǒng)成本≤1.2 元/Wh，這個指標說明，整車企業(yè)關心是系統(tǒng)成本，而不電池單體價格。
3. 高比能鋰/硫電池技術(shù)
① 研究內(nèi)容：
探索硫電極反應新機制，開發(fā)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(fā)兼具高循環(huán)庫倫效率和良好循環(huán)穩(wěn)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(shù)；開展鋰/硫電池安全性改善技術(shù)的研究，開發(fā)高安全、長壽命的鋰/硫動力電池，實現(xiàn)裝車考核。
② 考核指標：
單體電池比能量≥400Wh/kg，循環(huán)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(xiàn)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(huán)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(tài)鋰電池技術(shù)
① 研究內(nèi)容：
開展固態(tài)聚合物電解質(zhì)、無機固體電解質(zhì)的設計及制備技術(shù)的研究，開發(fā)寬電化學窗口、高室溫離子電導率的固態(tài)電解質(zhì)體系；研究活性顆粒與電解質(zhì)、電極與電解質(zhì)層的固/固界面構(gòu)筑技術(shù)和穩(wěn)定化技術(shù)，開發(fā)固態(tài)電極和固態(tài)電池的制備技術(shù)；開展固態(tài)電池的生產(chǎn)工藝及專用裝備的研究，開發(fā)高安全、長壽命的固態(tài)鋰電池，實現(xiàn)裝車示范。
② 考核指標：
室溫下，單體電池比能量≥300Wh/kg，循環(huán)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(xiàn)裝車考核。
③ 筆者解讀：
i）鋰/硫電池技術(shù)、固態(tài)鋰電池技術(shù)，是下一代的要實現(xiàn)裝車要求的電池。
ii）目前市場流行說法的新型電池，離實現(xiàn)裝車要求會更遠。
iii）其他實現(xiàn)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(shù)
① 研究內(nèi)容：
研究動力電池關鍵材料和單體的性能評測方法，構(gòu)建“材料-電池-性能”閉環(huán)聯(lián)動評價機制；研究電池在全生命周期內(nèi)電性能、安全性能的演化規(guī)律，建立仿真分析技術(shù)；開展管理系統(tǒng)的功能評價和性能表征方法的研究，開發(fā)軟硬件測試設備或裝置；研究電池系統(tǒng)的性能評測方法及面向?qū)嶋H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(nèi)外動力電池系統(tǒng)的對標分析，建立動力電池權(quán)威測試評價平臺和數(shù)據(jù)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(tǒng)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(tǒng)的功能與性能評測方法，動力電池系統(tǒng)面向?qū)嶋H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(chǎn)品數(shù)據(jù)庫，其中電池系統(tǒng)樣本數(shù)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(tǒng)技術(shù)關鍵技術(shù)發(fā)展趨勢總結(jié)
① 乘用車動力電池系統(tǒng)技術(shù)關鍵技術(shù)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(tǒng)的比能量≥210Wh/kg，循環(huán)壽命≥1200次（80%放電深度（DOD）。
② 客車動力電池系統(tǒng)技術(shù)關鍵技術(shù)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(tǒng)的比能量≥170Wh/kg，循環(huán)壽命≥3000次（80% DOD）。
③ 乘用車動力電池系統(tǒng)、客車動力電池系統(tǒng)成本指標是成本≤1.2 元/Wh。這個結(jié)論是補貼政策再退坡的重要依據(jù)。
④ 乘用車用三元電池，客車主推鐵鋰電池，是基本態(tài)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(tài)鋰電池是下一代電池，目前還沒有強調(diào)其壽命要求，2018年上規(guī)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(nèi)系統(tǒng)無起火爆炸。
4總結(jié)
① 關鍵技術(shù)發(fā)展趨勢是由有時間節(jié)點指標來體現(xiàn)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(shù)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(quán)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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