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中国动力电池300瓦时/公斤实现后所带来的影响分析

导读: 2018年1月7日,中国科学院院士、中国电动汽车百人会执行理事长欧阳明高教授报告,“锂离子动力电池有望于2020年前实现300瓦时/公斤目标,目前国内外技术研发基本处于同一水平,但安全性研究尚待加强。”

2018年1月7日,中国科学院院士、中国电动汽车百人会执行理事长欧阳明高教授报告,“锂离子动力电池有望于2020年前实现300瓦时/公斤目标,目前国内外技术研发基本处于同一水平,但安全性研究尚待加强。”听到这个信息,笔者有一些联想和思考,供大家分析。

一、300瓦时/公斤目标有望实现,说明动力电池瓶颈已经突破

笔者第一次认识动力电池是在2008年,清华大学陈全世老师,向笔者展示一张动力电池单体照片,他表示,中国磷酸铁锂动力电池的比能量已经达到80瓦时/公斤。从此,笔者对动力电池的两个指标,即比能量、比功率有了一个基本概念。对汽车而言,动力电池比能量、比功率是两个基本指标。

动力电池是发展新能源汽车的瓶颈,主要是指动力电池的“比能量、比功率”指标。满足汽车比功率要求的还有超级电容,于是一些厂家积极推进超级电容公交车,在上海世博会期间,就有了超级电容公交车的示范运营。今天再也没有人提“超级电容”如何车用了。再往前追溯,公交车电动化,最开始是混合动力技术方案,为什么呢?动力电池的比功率指标是能满足车用的,主要是比能量离车用距离是比较远的。

中国发展新能源汽车到2012年,其技术路线基本明确了“纯电驱动”,为什么叫“纯电驱动”,不直接叫“纯电动”呢?笔者理解,动力电池的比能量离车用的“瓶颈”还没有真正突破。“纯电驱动”的内涵是,中国的新能源能源汽车的基本要求是,必须是由电机驱动,发动机不直接参与驱动。

“纯电驱动”的意义何在?

①决策者已经认定了,发展中国新能源汽车的瓶颈是动力电池的比能量过低,而中国技术界和企业界一定能提高;决策者已经认定了,中国的动力电池比能量在2020年以前是可以实现300瓦时/公斤目标的。

②动力电池的比能量提升有一个过程,估计10年时间为一个台阶。“纯电驱动”的提法是一个过渡。中国混合动力的技术路线是插电式(增程式)的,是为动力电池突破瓶颈服务的,而日本式混合动力的技术路线是为改善发动机性能不足而服务的。可以看出,都叫混动,但是其意图不同。

二、在动力电池瓶颈没有突破以前,我们做了哪些工作?

中国要发展新能源汽车,一直在学习汽车强国的先进技术。动力电池是瓶颈(比能量满足不了车用)是全世界公认的。由于环境和能源安全的压力越来越大,而汽车对社会发展的牵引力也是越来明显,发展新能源汽车是人类共同的愿景。在动力电池瓶颈没有突破以前,我们做了哪些工作?

①中国公交车企业冲在最前面,2001年开始向俄罗斯、日本学习,开始做传统“混合动力”公交车,交了少的学费,在发动机技术不如人的情况下,在动力结构方面,进行了不同的尝试,如“弱混、中混、强混”等,最后认识到了,传统混合动汽车的关键技术,还是发动机技术。没有发动机先进性支撑,中国的新能源汽车,如果还是在“弱混、中混、强混”打转,不仅学不会日本先进的技术,要超越更是别想了。

②10年过去了,动力电池比能量指标有一个明显的进步,但是还是达不到车用要求。到了2012年开始放弃了日本式混合动力技术路线,确立了中国特色的新能源汽车路线,即“纯电驱动”。中国公交车企业又冲到最前面,提出了“快充”和“在线充”的技术方案,进而有力的推动了中国公交车电动化的前进步伐。不过“快充”和“在线充”是整车厂发挥自己的积极性,在弥补动力电池比能量不足的一个过渡措施而已。

③中国动力电池的比能量提升比较快的是有目共睹的事。2008年比能量是80瓦时/公斤,目前已经是250瓦时/公斤,10年间提升了3倍。到了2020年提升到300瓦时/公斤,已经是看得见的希望。对用户而已,关心的是性能指标,对材料成分(结构)如何改善?是动力电池专家(企业)的事情。但是欧阳明高教授报告说,“目前国内外技术研发基本处于同一水平”令人振奋。

三、中国动力电池2020年前能实现300瓦时/公斤目标的联想

①2018年年初,电池能量密度单体达到230瓦时/公斤左右,PACK系统大约150瓦时/公斤左右;

②2019年再提高50-70瓦时/公斤,就能实现工信部要求的300瓦时/公斤指标,PACK系统大约215瓦时/公斤左右;

③2025年就能实现单体密度350瓦时/公斤、系统密度260瓦时/公斤,是力争的目标。

推演一下:

①2018年年初,PACK系统大约150瓦时/公斤,这个指标对10米纯电动公交车而言,按1吨电池是150度电,1度电跑1公里耗0.8度电测算,则一次充电持续里程为187.5公里。(注:以武汉公交为例,年平均每天运营里程为197公里)。

②2020年PACK系统大约215瓦时/公斤左右,这个指标对10米纯电动公交车而言,按1吨电池是215瓦时/公斤,1度电跑1公里耗0.8度电测算,则一次充电持续里程为268.75公里。这个指标对到2020年,全国公交新车全部电动化,车辆技术上已经能完全可以满足。

③2025年系统密度260瓦时/公斤,这个指标对10米纯电动公交车而言,按1吨电池是260瓦时/公斤,1度电跑1公里耗0.8度电测算,则一次充电持续里程为325公里,即到2025公里,纯电动公交车1.5天才需要充一次电。

通过上面的测算,可以有如下结论:

①中国公交车全部电动化,再经过8年的时间是可以实现的;

②中国的乘用车如果用于出租车,全部电动化,再经过8年的时间也是可以实现的;

(①、②附件条件是配套的充电设施基本到位,明确实际情况是,公用领域纯电动车辆充电配套,技术上没有问题,投资也有回报的。)

③私家车(乘用车)全部电动化,仅从车辆技术上来说,再经过8年的时间同样是可以实现的。但是,电动私家车,如果是依靠公共充电设施,还是无法满足使用者要求的)。

④城市配送车辆的全部电动化,仅从车辆技术上来说,再经过8年的时间,同样不存在问题,附加条件是交流输入220V/直流输出便携式充电器发展到位。)

⑤大、中型货运车辆,如何电动化?其技术路线是什么,目前还是比较含糊的。可以这样理解为,大、中型货运车辆如果电动化,对动力电池比能量指标要求会更高。

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