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行业综述

行业综述-燃料电池客车

行业综述-燃料电池客车

发布时间:
2020-09-14
国内外氢能与燃料电池行业发生了巨大的变化,多个国家与跨国企业相继决定加大对于燃料电池的投入,加速燃料电池汽车技术发展。燃料电池客车作为当前最重要的应用载体,其示范运营与技术发展收到了各方的广泛关注。   随着跨国公司的持续研发投入与政府的长期政策支持,燃料电池客车技术发展越来越成熟,表1-1是美国可再生能源实验室所公布的2018年美国燃料电池客车的总体技术现状。从表中可以看到,现阶段燃料电池客车技术在耐久性、可靠性、经济性等方面都取得了巨大的进步,大量指标已经接近美国能源部2020年目标,目前差距较大的部分仍然在制造成本方面,相比2020年的最终应用目标60万美金,现阶段的单车制造成本仍然在127万美金以上,降成本压力仍然很大。   表1-1 美国2018年燃料电池客车技术现状       需要特别注意的是,经过长期的示范验证,国际跨国公司与研究机构已经基本解决客车用燃料电池的耐久性问题,取得了具有实用价值的实车验证结果。图1-1是美国可再生能源实验室所公布的2018年美国燃料电池客车运营情况。截至2018年7月,美国境内所有27辆燃料电池的客车的平均寿命已经达到13260h。其中所属AC Transit的燃料电池客车示范运营时间最长,所用燃料电池电堆主要由UTC Power提供。报告中提到,AC Transit的5辆燃料电池客车累计示范运营时间已经超过25000h,提前满足美国能源部2020年的性能要求。   目前示范运营中工作时间最长的燃料电池客车在不更换燃料电池电堆的情况下已经工作了29000h,动力系统使用寿命已经与传统内燃机相当,具备完全商业化的潜能。对比2017年巴拉德宣布在伦敦示范的燃料电池客车运行时间达到2.5万小时,欧美已经在燃料电池耐久性方面取得了据有说服力的实证结果。     图1-1 美国燃料电池客车的示范记录(截止2018年7月)   作为世界上最大的燃料电池汽车市场,中国2018年的燃料电池客车发展速度十分迅速,总体势头超出市场预期。   2018年全年中国燃料电池汽车产量超过1600台,其中燃料电池客车销量超过420台,占比全国销量50%以上,同比增长260%。在各地政府示范项目的支持下,2018年燃料电池客车采购合同与示范项目大量落地,未来呈现加速增长的趋势。 2018年之前,中国燃料电池客车示范运营主要集中在北京、上海、广东等有较好基础的省份。随着氢能与燃料电池行业的快速发展,2018年燃料电池客车在全国呈现蔓延趋势。 4月份,氢燃料电池车商业化营运车队在辽宁省抚顺市新宾满族自治县上线。 5月份,中车电动全新一代具备智能辅助驾驶功能的12米氢燃料电池客车交付山东莱芜与浙江嘉兴进行路试。客车使用轮边电机驱动,动力强劲且无机械差速装置。 6月份,东方电气与蜀都客车联合制造的氢燃料电池客车投入四川成都郫都区运行。 6月份,五洲龙公司所开发的燃料电池客车投入大同示范运营。 7月份,全球首批最大氢燃料电池公交车订单正式交付张家口,福田欧辉49辆氢燃料电池城市客车正式投入运营,服务冬奥会期间公众绿色出行。 8月份,宇通燃料电池客车正式投入郑州使用,这是河南首次使用商业化燃料电池公交车。 9月份,武汉开沃新能源有限公司开发的氢燃料电池动力公交车在武汉东湖新技术开发区进行试运行。 9月份,申沃向上海嘉定公交交付6辆燃料电池客车,进行示范运营。 10月份,宇通向张家口交付25辆燃料电池公交,投入示范运营。 10月份,北京开展首批12米燃料电池客车示范运营。 11月份,佛山飞驰与马来西亚政府签订3台燃料电池客车订单。 12月份,中通客车40辆燃料电池公交交付山西大同。 12月份,佛山飞驰70辆燃料电池公交车投入佛山运营。   经过2017年的酝酿,2018年燃料电池客车在国内呈现全面开花的局面。随着各地氢能基础设施建设的发展与燃料电池客车示范不断深入,未来几年中国燃料电池将处于加速发展阶段。   二、2018年燃料电池客车技术发展情况   1、2018年燃料电池客车技术发展特点 受限于燃料电池电堆技术发展水平,2018年国内燃料电池客车普遍采用能量型混合动力系统,燃料电池以准稳态对外输出功率,以尽量减少电堆启停、大负载、怠速等恶劣工况。类比内燃机混合动力技术,该构型下燃料电池系统类似于增程器,为系统提供总体功率需求的平均值,系统动态功率通过动力电池来满足。此构型可以显著提高燃料电池耐久性,改善系统经济性。   需要注意的是,该构型下燃料电池客车的工况适应性较差,当客车从城市工况转变为城郊工况,或开启空调时,整车平均功率需求将会显著提高,能量型系统的燃料电池一般按照常规工况进行匹配,总体功率需求提高之后可能出现匹配不当的问题,导致系统动力电池的荷电状态(State of Charge, SoC)不断下降,无法正常进行营运。   2018年主流燃料电池企业已经基本掌握30kW、40kW燃料电池系统的设计开发技术,并开始推进关键零部件的国产化替代,相关产品广泛应用于2018年生产的燃料电池客车。国内部分企业已经完成60kW与100kW燃料电池系统设计开发技术,为下一步全功率燃料电池混合动力系统的开发奠定了基础。   2、2018年燃料电池客车实现的主要技术突破点   2018年国内燃料电池客车在整车层面继续并跑、在燃料电池发动机层面继续跟跑。部分车型实现如下技术突破点。   1)整车动力性、经济性水平稳步提升。随着实车示范数量与地点的大幅提高,全国多个企业技术团队都实现了燃料电池客车开发的技术迭代,整体动力性与经济性已经达到国际一流水平。以张家口示范运营的燃料电池客车为例,高海拔环境下单车每天运行250公里,最长里程已经超过6万公里,实际道路平均百公里氢耗可达到6.7kg/100km。   2)整车可靠性与环境适应性不断改善。通过全国多个城市、多种应用场景的燃料电池客车设计开发,客车可靠性与适应性得到了充分验证。现阶段多个企业技术团队已经实现-40℃存储与-30℃冷启动,部分车型具备废热利用的综合热管理功能,产品适应性显著提高。   3)燃料电池耐久性逐步提升。通过材料、电堆设计、系统匹配与控制策略优化等措施的改进,燃料电池汽车的耐久性不断提高,国内产品的预测寿命普遍达到10000小时以上。此外,上汽开发的燃料电池系统首次实现了5000小时的耐久性验证,是国内公开的最长时间的耐久性测试结果。   3、目前亟需解决的技术难点及解决方案   与纯电动客车相比,国内燃料电池客车重点突出高适应性、长续航、快速加氢等优势,与纯电形成差异化竞争。但在实际运营中,燃料电池客车的实际表现与用户期待相比还要进一步提高,需要在续航里程、耐久性、可靠性、经济性与成本等方面进一步突破,亟需解决的技术难点和方案如下:   1)续航里程 现有的燃料电池客车主要采用35MPa储氢技术,真实续航里程普遍在400km以下,部分车型不足300km,行业期待的500km以上续航里程仍有较大的差距。为了进一步提高燃料电池客车的续航里程,需要进一步发展燃料电池储氢技术,基于我国基础工业情况,深入探索70MPa、高压深冷、液氢等大容量车载储氢技术,进一步提高车载储能能量密度。此外,进一步提高燃料电池经济性,也有助于提高总续航里程。   2)耐久性 现阶段国内燃料电池客车示范运营还十分不充分,最长单车累计里程不足8万公里,实车燃料电池累计寿命不足3000小时,与国际一流企业还存在较大差距。燃料电池耐久性是一个多层次、多维度耦合问题,为了进一步提高燃料电池耐久性,需要从材料、电堆设计、系统控制与示范验证等多个方面进行突破。尤其需要注意实车示范数据的验证与经验积累,基于当前真实耐久性问题进行产品开发迭代。   3)可靠性 随着燃料电池客车需求快速增加,企业产能严重不足,量产产线、核心零部件缺乏相关标准。从手工组装过渡到批量化生产,燃料电池客车产品可靠性面临较大挑战。为了提高燃料电池客车的可靠性,下一步需要引入传统客车行业制造生产标准,加快关键上下游企业的联动设计,通过快速的反复迭代提高零部件与整体可靠性。   4)经济性 受益于动力系统的能量型构型设计,我国国产燃料电池客车的百公里氢耗已经达到7kg水平,在国际上已经处于较优水平,但对应中国的氢能发展目标,还需要进一步降低百公里成本,才能具备和纯电动、内燃机的竞争力。未来需要进一步提高燃料电池的材料活性与发动机设计匹配能力,优化整车空调的综合能量管理,提升整车总体效率。   5)成本 现阶段国产燃料电池客车的制造成本年相比国外同类型客车具有较大优势,单车售价已经普遍达到美国能源部的最终要求,低于60万美金。但是与传统内燃机客车、纯电动客车相比,燃料电池客车仍然有较大压力。为了进一步降低成本,需要加快膜电极、双极板、空压机、循环泵、氢瓶等关键零部件的国产化替代与降成本,进一步引导相关传统企业参与其中,通过量产化降低成本。   4、2018年国内外技术差异 国内外燃料电池客车主要技术差异在于动力系统构型设计,国外燃料电池客车主要采用全功率型混合动力构型,燃料电池功率较大;国内由于大功率燃料电池技术还未全面突破,一般采用增程式混合动力构型。此外,由于国内燃料电池行业呈现逐年跨越式发展趋势,部分示范车型会尝试使用一些前沿技术,例如轮边电机、高压深冷储氢等。国外相关技术迭代较慢。   三、未来几年燃料电池客车技术发展趋势   基于2018年上市车型来看,未来燃料电池客车所匹配的燃料电池系统功率将会逐步提高,从增程型混合动力系统向全功率混合动力系统转变,适应高速、高续航里程和高环境适应性的需求。   另一方面,车载储氢系统将会从35MPa向更高能量密度的技术路线切换,与纯电动客车形成更加明显的技术指标差异性。   四、未来市场需求分析预测   现阶段燃料电池客车市场与政策的关系十分紧密。与纯电动汽车相似,燃料电池客车也存在年底抢装现象,2018年12月燃料电池客车的销售量占比全年总量的78%,政策仍然是短期决定下一阶段燃料电池客车市场最核心的因素之一。   其次,地方市场发展与转型的决心也是未来燃料电池市场发展的另一个重要因素。受制于前期发展规划与基础建设的影响,2018年广东省深圳、佛山、广州、云浮四地区销售的燃料电池汽车总量占到全国销量的60%。此外,北京、张家口地区也是燃料电池汽车主要销售区域,两地分别销售燃料电池汽车90、74辆。随着山东、四川、大同、嘉兴、武汉等省份与城市的氢能与燃料电池发展规划落地,未来市场需求会呈现井喷式发展。   从使用性能来看,北方地区纯电动燃料电池客车冬季续航问题越来越严重,在北方、高海拔变化地区,燃料电池客车替换是未来的主要趋势。   五、其他重要的方面   1、制氢、运氢、加氢基础设施方面的产业发展与政策推动,对于下一阶段更大规模燃料电池客车示范运营具有重要影响。 2、加快布局关键零部件的国产化,随着燃料电池客车市场不断打开,通过快速迭代降成本与提高产品可靠性是下一阶段的关键任务。 3、进一步研究大功率燃料电池系统的设计、集成、控制与评价方法。 版权声明:凡本网注明来源为"节能与新能源汽车年鉴"的,版权均属于本网,转载请注明来源。本网转载自其它媒体的信息,不代表本网观点,转载均有出处,对转载文章不存在侵权等法律问题。  
行业综述-燃料电池专用车

行业综述-燃料电池专用车

发布时间:
2020-09-07
国际情况:欧、美、日、韩等国家在推出燃料电池乘用车的同时,也在积极研发燃料电池专用车。早在2017年4月,丰田发布了其精心打造的零排放氢燃料重型卡车车队的计划,希望借此解决目前汽车燃料的瓶颈问题。丰田氢燃料重卡配备了两个Mirai氢燃料电池堆以及一块12kWh容量动力电池,其输出功率可达670马力,续驶里程可以达到320公里,最大载重为36.3吨。同时,丰田还在美国港口城市洛杉矶,开始对氢燃料电池重型卡车进行可行性测试研究。   2017年9月,UPS联邦快递公司在美国加利福利亚州萨克拉门托市投放氢燃料电池物流车。UPS与美国能源部紧密合作,虽然仅有200km增程距离,但这台物流车已经过5000小时运营测试,参与试运营的物流车更有利于加州各地加氢站的建设。   2017年11月德国邮政DHL集团加入燃料电池汽车阵营,这些燃料电池汽车具有80公里续航里程,最高速度85公里/小时,并且在不久的将来可以实现200公里的续航里程和约120公里的最高时速。德国邮政现在正在测试StreetScooter WORKL公司为燃料电池汽车提供的数百台驱动装置。配备这些驱动装置的这些车辆续航里程可达500多公里,德国邮政DHL集团计划在未来两年进行试运行工作。   Nikola One是美国尼古拉卡车在2016年5月发布的一款概念型燃料电池电动卡车。这款H2型号的卡车采用氢燃料电池、320kWh锂离子电池,以及纯电传动系统的组合(概念车上共有6个驱动电机,每轴一个)。据了解,尼古拉氢燃料重卡的输出功率最高可达1000马力,按照氢气罐体容量的不同,续驶里程从1287公里至1931公里,全面超越传统柴油卡车,尼古拉卡车计划于2020年正式推向市场。随后在2018年5月安海斯布希公司向尼古拉公司订购了800辆氢燃料电池卡车,这些卡车的估计航程在500到1,200英里之间,量产预计将在2020年开始。   2018年1月在Tractebel协调下,启动了欧洲可持续清洁城市垃圾运输的燃料电池垃圾车项目,联合电动车和燃料电池制造商共同合作开发高性能燃料电池垃圾车。   2018年9月,现代汽车与瑞士H2 Energy公司签署了关于提供氢燃料电池重卡产品的谅解备忘录(MOU):从2019年开始,现代汽车将在为期五年的时间里,向H2 Energy公司提供1000台氢燃料电池重卡,车型包括冷藏车及一般箱体车。它采用适用于NEXO氢燃料电池车的两个并联的190kW氢燃料电池系统、高性能电机及高效率电池组等核心部件,一次充电可以续航约400公里。同时,为了确保足够的行程,还将在驾驶室和箱体之间安装八个大型氢气罐。   2018年7月,丰田汽车公司北美公司(简称TMNA)发布了氢燃料电池Class 8大型商用卡车的升级版车型,在充满氢的情况下,常规行驶续航里程可延长至大约480公里。   2、国内情况:目前我国燃料电池专用车以物流车为主,并已在北京、上海、佛山、西安等地进行了商业化运营。   2018年以来,广东国能联盛新能源汽车有限公司在佛山、云浮、中山等地实行试运营,25辆氢燃料电池厢式物流新车组成一条绿色、环保的配送链,把鲜活农产品等送到佛山、云浮两地。   2018年1月,上海陆续投入500辆氢燃料电池物流车进行商业化示范运营,燃料电池系统功率为30kW,携带的3个35MPa储氢瓶,总储氢量达到10kg,一次加氢时间3-5分钟,续航里程可达400公里。这批燃料电池物流车的业务涉及京东、云鸟、申通快递、宜家、盒马鲜生等配送体系。   2018年3月,西安新青年与陕西晶元低碳经济服务中心进行合作,共推“西安氢城”计划,双方将在氢燃料电池专用车技术研发、整车制造、制氢厂与加氢站建设、氢能配套、氢车推广、社会公益、项目融资等多个方面携手推进产业化运营落地,并通过联合新能源物流车企、物流运营企业和司机用户的“碳普惠”积分认证体系,共同推进大西安“氢物流”的产业化应用与“碳普惠”平台低碳减排积分体系的社会推广,在2018上线运营400辆燃料电池物流车,并建设2座加氢站。同时,计划到2020年在西安市场投放1000辆氢燃料电池物流车,围绕西安三环周边建设8座加氢站。   在环卫专用车领域,2017年12月中国重汽在山东济南发布了针对环卫领域的新能源轻卡,豪沃氢能源卡车。这款氢能源汽车搭载功率35kW质子交换膜燃料电池加40Ah的锂离子电池组,能够满足汽车的运行需要。电机功率120kW,扭矩达到1100N·m。此车在匀速行驶时,动力电池为驱动电机提供能量,燃料电池则为电池充电。当加速行驶时,动力电池和燃料电池组同时为车提供能量,满足动力需求。在刹车减速时,摩擦制动能量可以回收,减少能量损失,制动能量回收率超过10%。   2018年2月,陕汽控股在“2035战略”规划发布会现场,展示了使用氢燃料电池作为动力的德龙L3000氢燃料环卫车,是国内首款针对城市环卫市场研发的燃料电池专用车。这款车的续航里程可达300公里,采用氢燃料电池+动力电池的组合。环卫车的工作区域一般都在城市核心区域,使用清洁无污染的氢燃料电池车,对于改善城市空气质量具有很大的环保优势。   二、燃料电池专用车技术发展情况   1、技术发展特点   1)燃料电池产业链情况 经过几十年的积累,燃料电池产业链总体而言,已达到了商业化应用的技术要求。国外燃料电池全产业链经过丰田、本田、现代、奔驰等整车企业的培育,已经形成了比较完整的产业链体系。国内的燃料电池产业链体系基本形成,少量关键材料及核心零部件目前还依赖进口,但随着国内燃料电池产业的快速发展,相信会有更多的资本和企业介入,通过全球资源的技术整合,预期3~5年内在市场驱动下,国产关键材料及核心零部件将逐步取代进口。   2)燃料电池关键材料及核心零部件 关键材料及核心零部件方面,燃料电池电堆已实现国产化并完成批量装车应用。上海神力自主研发的石墨双极板燃料电池电堆寿命达到10000h,体积功率密度超过2.0kW/L,综合性能接近国际水平。但是,国内燃料电池产业链还不够完整,关键材料及核心零部件的质量对燃料电池系统的整体性能和寿命影响非常大。尽管膜电极、质子交换膜、催化剂、双极板、空压机、水泵具备国产化能力,但在产品性能上需进一步提高。另外,碳纸、氢气循环泵、增湿器、减压阀等关键材料及核心零部件目前还处于产品研发阶段,需依赖进口,使得燃料电池系统成本难以下降。   3)燃料电池专用车 整车方面,国内燃料电池专用车采用电-电混合技术,主要以增程型、能量混合型为主,燃料电池系统功率一般为30~40kW,动力电池容量为20~30kWh,随着燃料电池系统技术的进步,部分企业根据燃料电池专用车的使用场景开始投入大功率燃料电池系统的研发。北京亿华通目前正在联合北汽福田开发35吨和49吨重卡,燃料电池系统功率超过120kW,整车可实现-30℃启动和-40℃存储,达到国际先进水平。   2、主要技术突破点   1)燃料电池系统功率及密度得到了提升。上海神力开发的石墨双极板燃料电池电堆功率密度大于2.0kW/L,高于国际同类产品。新源动力开发的金属双极板燃料电池电堆功率密度达到3.0kW/L,接近国际同类产品。北京亿华通研制的燃料电池发动机额定功率密度超过300W/kg,已提前实现了我国商用车燃料电池系统2020年的技术目标。   2)燃料电池系统寿命接近国际先进水平。巴拉德研制的燃料电池系统平均寿命在10000h以上,个别燃料电池系统寿命甚至超过25000h。北京亿华通采用国产电堆集成的燃料电池系统寿命达到8000h,逐渐接近国际先进水平,随着国产化辅助零部件的产品质量不断提升,国产燃料电池系统寿命将进一步增加。   3)电堆冷启动性能还需要提高。燃料电池电堆冷启动方面,国内上海神力、新源动力等企业研制的燃料电池电堆可实现-20℃自启动和-40℃存储,与代表国际先进水平的-30℃自启动还有一定差距,但差距在逐渐缩小。   4)燃料电池系统成本降低。用于催化剂的铂载量目前已降低到0.4g/kW,武汉理工新能源开发的膜电极铂载量进一步降低到0.3 g/kW,样品已进入工程化验证阶段,新型非贵金属催化剂也正在研发过程中并尝试替代贵金属催化剂。关键材料及核心零部件逐渐国产化,空压机、水泵等产品质量不断提高,多家企业投入氢气循环泵、增湿器及管阀件的研制,预计2~3年可以实现国产化。   3、目前亟需解决的技术难点及解决方案   尽管目前我国燃料电池专用车已有小批量商业化示范应用,但在燃料电池系统技术、成本和氢能基础设施配套方面还存在瓶颈,制约了燃料电池专用车的产业发展。   1)燃料电池系统冷启动性能和耐久性与国际先进水平还有一定差距。燃料电池技术研发起点高,需要大量政府层面的科研资金投入。科技部门设立关键材料及核心零部件研发项目,给予相应的资金支持,投入基础材料研究,实现产品技术突破,提高系统集成及控制技术应用。   2)燃料电池系统成本较高。目前国内膜电极铂载量为0.4g/kW,而国际先进水平达到0.12g/kW,根据美国DOE的最终目标是将铂载量控制在0.05g/kW左右。开发低载Pt量、高活性和高稳定性的低Pt催化剂是研究重点,通过优化和改进Pt基催化剂结构、开发新型碳载体来降低Pt负载量,提高Pt利用率。质子交换膜、碳纸、氢气循环泵、减压阀等关键材料和核心零部件等还主要需要依赖进口,成本较高。国家及地方政府部门应该设立技术攻关项目及资金支持,同时相关研究机构及企业也加大研发力度,实现关键材料及核心零部件国产化。   3)氢能基础设施配套不足。在加氢站建设方面存在管理部门不明确、审批流程不清晰、审批周期长、加氢站建设标准 不完善等问题。同时,由于运营车辆少、国家建站补贴取消,使加氢站投资回报周期长,极大的影响了加氢站的建设积极性和建设进度。政府部门需要在加氢站建设项目审批、建设及运营补贴政策等方面予以支持,完善加氢站建设标准,引导加氢站超前建设布局,推广油-氢合建站建设,保障氢燃料电池汽车的规模化推广。建设成本高也是限制加氢站建设的主要原因之一,其中设备费用高达80%。氢气压缩机、高压储氢罐、氢气加注机是加氢站系统的三大核心装备,目前仅氢气加注机进入产品测试阶段,其余还处于研制处于起步阶段。建议以政府为主导,联合研发机构及企业,集中力量实现技术突破,同时参与国际合作,提高产品技术、性能及品质,从而降低成本。   4、国内外技术差异 我国燃料电池系统集成技术已达到国际水平,燃料电池电堆的功率密度、寿命和低温冷启动性能等方面都得到提高。国内外燃料电池发动机的主要性能参数对比如表所示,在系统额定功率、金属板电堆的体积功率密度以及石墨板电堆寿命方面略低于国外水平,其他性能与国外水平相当。此外,在关键材料及核心零部件方面,质子交换膜、碳布、氢气循环泵、增湿器以及部分管阀件还依赖进口。   表 国内外燃料电池发动机主要性能参数对比       三、未来几年燃料电池专用车技术发展趋势   未来几年燃料电池专用车将继续采用电-电混合技术,但燃料电池系统额定功率将逐渐增大,实现全功率型动力系统转变。燃料电池系统耐久性提高,达到与整车同寿命。目前依赖进口的关键材料及核心零部件将逐渐实现国产化,大幅度降低燃料电池系统成本。燃料电池专用车将采用70MPa高压储氢系统,并进一步开发重卡及牵引车等车载液氢技术。   四、未来市场需求分析预测   燃料电池专用车适用于中重型、远距离等应用场景,主要应用领域有环卫专用车、工程专用车、运输专用车及其他特种专用车。2016~2018年我国累计销售3428辆燃料电池汽车,其中燃料电池物流车超过1100辆,占比达32%。未来,燃料电池专用车在中重型物流车领域将继续得到快速发展,同时,为缓解城市大气污染,环卫专用车和工程专用车领域也将得到广泛应用。   五、建议
行业综述-智能网联汽车

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发布时间:
2020-08-31
在汽车驾驶自动化、高精传感器、计算芯片、人工智能、信息通信等技术的综合推动下,智能网联汽车已经从产品开发阶段逐渐向着应用落地阶段快速发展,辅助驾驶市场渗透加速,自动驾驶正在多种特定场景下开展示范运行和商业化运营探索。当前,美、德、日等汽车强国都将智能网联汽车和自动驾驶技术作为汽车产业发展的战略方向,在技术研发、测试验证、产业化应用以及商业运行等方面形成了一定优势。   我国也正在通过国家顶层规划、法律标准制修订、开放道路测试、专项技术攻关、国际合作交流、创新平台构建等方式加速智能网联汽车产业创新发展,构建智能网联汽车强国蓝图。   一、智能网联汽车产业总体情况   1、政策规划层面   美国交通部于2018年10月发布《自动驾驶汽车3.0:准备迎接未来交通》,进一步引导放宽对自动驾驶创新和发展的限制,并预计于2020年推出强制安装V2V的相关法规,指出不再承认已宣布的十个自动驾驶测试示范区的指定。道路测试方面,已有10余个州颁布自动驾驶相关法律,其中世界无人驾驶道路测试的聚集地——加州于2018年4月出台新规,允许在没有人类安全员的情况下开展无人驾驶汽车道路测试,并于2018年10月为Waymo颁发首个无安全员道路测试牌照。测试场建设方面,截止2018年10月由美国交通部、地方政府和组织支持的智能网联汽车部署项目已有52个投入使用,另有23个项目在建设中。   欧洲方面,对智能网联汽车的研究起源于ITS(智能交通系统),并逐步通过车辆智能化、网联化实现协同发展。以合作式智能交通系统(C-ITS)战略为代表的重大项目有效地推动了智能网联汽车发展。2018年5月发布《通往自动化出行之路:欧盟未来出行战略》,明确到2020年在高速公路上实现自动驾驶,2030年进入完全自动驾驶社会。欧盟还从数据安全角度入手,发布史上最严数据保护条例《一般数据保护条例》(GDPR),为智能网联汽车数据保护提供标杆。英国则计划2020年前投资2.5亿英镑用于自动驾驶车辆,并于2018年7月通过《自动与电动汽车法案》,明确自动驾驶汽车保险和责任规则。   日本政府于2018年3月发布《自动驾驶相关制度整备大纲》,明确自动驾驶汽车的责任划分。2018年9月,日本国土交通省发布《自动驾驶汽车安全技术指南》,明确规定了L3、L4级自动驾驶汽车所必须满足的10大安全条件。目前,日本国家自动驾驶研发计划(SIP_adus)进入2.0阶段,重点是自动驾驶与未来智能社会(Society 5.0)的协同,并在东京主要沿海地区开展测试,以实现在东京奥运会以及残奥会开展无人驾驶的目标。日本主要整车和零部件企业联合成立自动驾驶地图公司(DMP),创新智能网联汽车国家平台建设模式。   我国也在积极加快推进智能网联汽车产业的发展。2018年1月,国家发改委发布《智能汽车创新发展战略(征求意见稿)》,明确了中国发展智能网联汽车产业的战略目标和亟需建立智能汽车六大体系的重点任务。2018年5月,工信部、公安部、交通运输部三部委共同发布《智能网联汽车道路测试管理规范(试行)》,在规范的指导下,已经有北京、上海等20余个省市出台道路测试实施细则。8月,中国智能网联汽车产业创新联盟、全国汽车标准化技术委员会智能网联汽车分技术委员会联合发布《智能网联汽车自动驾驶功能测试规程》,提出各检测项目对应测试场景、测试规程及通过条件,进一步完善智能网联汽车的测试技术验证工作。11月,国家制造强国建设领导小组车联网产业发展专委会第二次全体会议在雄安新区召开,二十多个部委单位一起商议并协调产业的发展。12月,工信部发布《车联网(智能网联汽车)产业发展行动计划》,明确将加大对车联网产业的政策支持力度,推动形成车联网产业新生态。   2、技术验证层面   1)在量产车技术应用方面,国内外企业都在大力推动L2级辅助驾驶系统渗透,并加速L3级自动驾驶突破。   奥迪于2018年正式推出量产的L3级自动驾驶车型奥迪A8,这是世界范围内第一台量产的L3级自动驾驶汽车并已在欧洲展开销售。通用汽车、奔驰、宝马、沃尔沃等集团均已推出L2级自动驾驶汽车产品。其中通用汽车Super Cruise率先与高德公司合作,将高速公路和城市快速路高精度地图应用于车道保持安全系统上。除此之外,国内的长安汽车CS55、吉利缤瑞、荣威Marvel X、比亚迪秦Pro、长城汽车哈弗F7x等车型已经具备L2级自动驾驶能力,蔚来、小鹏等造车新势力也都在加速L2级自动驾驶布局。   特别值得关注的是,戴姆勒、博世、法雷奥,以及国内创业公司纵目科技等代表公司大力研发AVP(自主泊车)技术,已经在北京、上海等地的停车场探索小规模应用验证,以期在不久的量产车上应用AVP技术。   2)在技术标准验证方面,我国已经启动相关标准研究与制定工作。   2017年12月,工信部、国家标准化管理委员联合发布《国家车联网产业标准体系建设指南(智能网联汽车)》。2018年4月,汽车标准化技术委员会成立智能网联汽车分技术委员会,下设4个工作小组,具体包括先进驾驶辅助系统工作组、自动驾驶工作组、信息安全工作组、网联功能与应用工作组。围绕汽车驾驶环境感知与预警、驾驶辅助、自动驾驶以及与汽车驾驶直接相关的车载信息服务等专业领域,目前已经启动多项标准制定工作。   为进一步加强标准协同,同年11月,全国汽车标准化技术委员会、全国智能运输系统标准化技术委员会、全国通信标准化技术委员会、全国道路交通管理标准化技术委员会共同签署了《关于加强汽车、智能交通、通信及交通管理C-V2X标准合作的框架协议》,四方将建立高效顺畅的沟通交流机制,相互支持和参与标准研究制定,共同推动C-V2X等新一代信息通信技术及其在汽车和交通行业应用等相关标准研究、制定及实施工作。   3、应用示范层面   目前,在城市道路、快速环路等复杂路况下,智能网联汽车还不具备完全无人驾驶能力,但机场、港口、矿区、工业园区和旅游景区等特定场景具备道路状况简单、行驶速度较低等特点,对车辆的信息感知、决策控制能力要求较低,将是无人驾驶率先落地并开展商业化应用的场景。   2018年,Waymo推出付费无人出租车服务——Waymo One,成为世界首个自动驾驶商业运营项目。通用汽车旗下自动驾驶公司Curise也在向美国交通运输部申请豁免16项不适用于自动驾驶的安全规定,以完成2500辆规模的自动驾驶商用化测试。特斯拉宣布2020年将上线Robo-taxi服务。在国内,2018年7月,百度Apollo与金龙合作开发的L4级量产自动驾驶巴士“阿波龙”正式下线,已经应用于北京、厦门、广州、武汉、雄安等地,累计数量超过100辆。   除此之外,类似场景下的应用示范不断涌现。Nuro开展无人驾驶物流配送商业化服务;Navya、Local Motor等无人驾驶小巴持续推进在园区、机场等场景的应用;国内企业也选择在雄安新区等地开展特定场景的自动驾驶技术应用,代表性的包括关注物流配送的菜鸟物流、智行者、新石器、美团;港口、矿山等重卡应用场景的图森、主线、踏歌智行、西井、光庭公司;环卫场景的仙途智能、酷蛙机器人;园区景区等小巴场景的驭势科技、清智科技等。   二、智能网联汽车技术发展情况   1、智能网联汽车主要技术突破特点   1) 智能与网联化加强融合 单车智能技术仅能基于局部的环境感知信息进行车辆自动行驶的决策,无法实现城市级道路交通优化,同时受到传感器性能边界影响,单车智能尚无法支持全天候的无人驾驶需求。通过车辆网联化实现车与人、车、路、云等交通要素的智慧互联,可以大幅提升车辆的安全性和道路出行效率,同时5G技术的发展也能够为车联网通信提供载体,满足低延时、大并发、高安全性的信息传输需要。2018年在通信芯片、通信模组、车端和路测单元研发方面均取得突破, 11月在上海首次举行的V2X“三跨”(芯片、模组、整车)应用展示也很好的验证了车联网技术的互联互通性。   2)测试验证与评价技术快速发展 智能网联汽车具备多领域、多技术交叉融合的特点,产品复杂度高,架构复杂。因此,智能网联汽车的发展不仅需要各零部件性能的提升,也需要强化在复杂系统重构、多元信息融合等方面的研发和验证,而仿真评价和实际道路测试是验证无人驾驶系统安全性、可靠性的重要手段,并受到广泛重视。多模式数据虚拟仿真及测试评价方面,正在积极构建中国特色驾驶场景库;道路测试方面,已开展道路测试的省市超过20个,累计发放测试牌照超过100张。   3)自动驾驶计算平台成为发展焦点 各企业正在积极研发以计算芯片和自动驾驶操作系统为核心的自动驾驶计算平台技术。在计算芯片方面,以英伟达、高通、英特尔为代表的芯片企业不断向着高等级自动驾驶芯片产品迭代。   例如,英特尔旗下子公司Mobileye已量产了用于自动驾驶第四代专用芯片EyeQ4,英伟达基于DrivePX2已量产了新一代产品Drive Xavier,同时推出DRIVE PX Pegasu,可以提供每秒操作超过320万亿次的算力。在国内,地平线机器人发布高级别自动驾驶计算平台Matrix1.0,满足L3/L4的自动驾驶需求。华为发布的MDC600,符合ASIL D车规级别,352TOPS的算力满足L3-L5级别自动驾驶所需,并已应用在最新奥迪Q7上。   在自动驾驶OS方面,目前在全行业还处在初始发展阶段,众多全球范围的主机厂、供应商、ICT公司以L3级自动驾驶量产及相关产品为契机,均在发力,希望2-3年有所突破。QNX作为传统车控实时操作系统得到了普遍的使用,Linux及AGL(车规Linux)等同时也在自动驾驶操作系统领域上发力,此外,TTtech、EB(Eletrobit)、Nvidia、伟世通等系统和模块解决方案公司,也推出了相应自动驾驶OS相应产品。   国内龙头华为、中兴、东软等也在积极努力,定义自动驾驶核心平台技术,华为发布MDC平台后,将专门汽车的电子量身打造具备确定性低时延能力的实时车控操作系统,中兴也推出了基于自研芯片和操作系统的自动驾驶计算平台样机,东软睿驰发布了NeuSAR产品,其基于AUTOSAR研发制作,为自主研发自动驾驶系统的OEM整车企业及零部件供应商提供的面向下一代汽车通讯和计算架构的系统平台。   4)功能安全和信息安全保障作用凸显 功能安全设计随着智能网联汽车发展而愈显重要,需要从汽车的概念设计、系统设计、软件开发、硬件开发、生产管理等各个阶段落实功能安全设计原则。激光雷达、计算平台等核心零部件在强化对ISO26262标准的贯彻,打造车规级产品。信息安全方面,虽然围绕汽车全生命周期的信息安全工作还处于起步阶段,ISO21434等信息安全标准尚未完成,但针对智能网联汽车的信息安全工作已在探索中,其中,博世旗下子公司Escrypt开发了IDPS入侵检测和防御系统,对智能网联汽车所遭遇的潜在威胁进行识别和分析,从而快速采取有效措施来保护车辆信息安全。   5)多种传感器性能不断提升 激光雷达、毫米波雷达、摄像头等传感器的性能直接决定了车辆对环境的感知能力。激光雷达方面,Velodyne的Alpha Puck™128线激光雷达探测距离达到300m,满足L5级别自动驾驶需要,速腾聚创、禾赛科技、北科天绘等国内企业也推出64、128线激光雷达,并逐渐得到行业认可。同时,各企业积极布局满足车规要求的固态激光雷达也有望取得突破。毫米波雷达也在距离、角度、速度三个维度的分辨力均大幅度提升,并开始具备一定的成像能力。双目、三目摄像头已经在一些量产车型上广泛使用,甚至满足不同聚焦距离和视场角的四目组织式摄像头也在开发应用中,对于车辆、行人以及刹车灯等颜色信息都较好地获取并且识别。   6)高精度地图逐步商业化应用 高精度地图作为智能网联汽车的重要支撑技术,可以有效弥补传感器的性能边界,提供先验信息,是实现高等级自动驾驶的必要条件,也是未来车路协同的重要载体。国内四维图新、高德、百度
行业综述-增程式电动汽车

行业综述-增程式电动汽车

发布时间:
2020-08-24
增程式电动汽车市场现状与所面对的问题随着2019年新能源汽车补贴退坡政策的落地同时明确了2020年以后补贴完全取消,国内市场开始了对增程式电动车的开发热潮,其中吉利商用车首先推出了增程式电动卡车,车和家则推出了增程式电动SUV。于此同时,很多车企开始调研和规划增程式电动车的技术及控制策略, 其中日产的增程式电动车e-Power的配置及控制策略对国内增程式电动车的动力系统配置产生了深刻的影响,引起广泛的讨论。    对于增程式电动车的配置方法,目前市场上存在两种主流策略:   1)以日产的e-Power为代表的配置方案,要求动力电池的容量尽可能小以最大限度的降低电池成本,增程器的额定功率要求能够满足全部整车行驶工况的需求。 这种配置以省油为目标(混合动力车目标),因此对发动机的热效率要求非常高(>40%),常规的发动机技术无法实现。   2)以车和家的理想ONE为代表的配置方案,要求动力电池的容量能够满足150公里以上的纯电续驶里程,同时要求增程器的峰值功率能够满足最高车速的要求。    这种配置以零排放和不烧油为目标(纯电动车目标),消除了里程焦虑和充电焦虑。   增程式电动车的配置方案讨论影响到国家政策对于增程式电动车的定位,进而影响到增程式电动车的评价标准。 其中,e-Power 配置很容易定位在混合动力车领域(纯电里程为零),以节油率作为主要的评价标准;理想ONE的配置则很容易定位在电动车领域,以纯电里程和综合油耗作为主要的评价标准。    发改委在所发布的《汽车产业投资管理规定》中提到“纯电动汽车投资项目是指以电动机提供驱动动力的汽车投资项目,包括纯电动汽车、增程式电动汽车、燃料电池汽车等投资项目”。另一方面,工信部关于增程式电动车的分类是插电式混合动力车领域(R>50公里),不区别以节油为目标和以零排放的目标两种不同的配置。以零排放和不烧油为目标的增程式电动车配置更接近纯电动车的目标,但是成本要比以节油为目标的增程式电动车配置高,需要政策给予区别的支持。   增程式电动汽车技术路线位于以完全零排放为目标的纯电动车和以节油为目标的插电混合动力车之间,其存在的价值在于增程式电动车具有纯电动车的充电开车(节省使用成本)的优势、同时没有纯电动车的里程焦虑和充电焦虑问题。   增程式电动车需要解决的主要问题可以总结为:允许85%以上的使用工况可以以纯电模式使用(不烧油、零排放);极少数15%左右的工况依靠增程器发电延长续驶里程,没有里程焦虑,不依赖于充电站。   这里不包括对于增程式电动车综合续驶里程的定义和限制,给各新能源车厂根据市场的需求和自身对于车辆的定位进行定义的灵活性。   二、增程式电动汽车的市场需求   增程式电动车是为了满足市场的需求而存在的(不是为满足补贴标准而出现的),这种需求包括两个方面:车厂对于满足汽车市场国家政策的需求,包括燃油消耗率限制、双积分及碳排放交易等;用户对纯电动车带来的使用成本较低有着极大的需求,包括购置税减免、路权(牌照和限行)和充电开车可大大降低汽车使用成本等。 因此,增程式电动车的配置和开发应该以满足上述需求为目标。   1)增程式电动汽车配置方向的两个误区 早期的增程式电动汽车配置以满足补贴标准为目标,在满足补贴标准的前提下尽可能降低成本。 因此在增程式电动车的开发中关于增程动力系统的配置始终存在两个误区: ① 在满足50公里纯电里程的前提下,电池的容量要尽可能小,容量越小整车成本越低,因此就可以更加获得市场的青睐。 ② 增程式电动车的续驶里程就不应该受限制。增程器的功率要求足够大,可以在电池亏电时仍然支持全工况使用。 这两个误区的存在是以混合动力车特性为目标,将增程式电动车定位于插电式混合动力车。目前大多数车厂开发增程式电动车时主要关注其油耗指标就是这个原因。 如果要在全工况油耗上(尤其是高速行驶油耗指标)和插电式混合动力竞争,增程式电动车缺乏竞争力(缺乏高效发动机),还不如插电式混合动力车。   2)增程式电动汽车的市场突破点 增程式电动车的市场的突破(受消费者青睐)不是因为它更便宜(购车成本更低),而是满足市场消费的需求。 因此要开发出爆款的增程式电动车,不能以价格低为目标,而是要求配置合理、以性能驱动为突破点。开发增程式电动车需要了解用户的实际使用需求,总结为下面三点: ① 汽车用户每天85%以上的平均开车里程在80公里以内,再考虑空调用电和堵车耗电对续驶里程的影响,增程式电动车的日均纯电全工况设计续驶里程应该配置在最小100公里以上。如果考虑针对不同的用户群体的需求,增程式电动车的合理的纯电全工况设计续驶里程应该在100~150公里范围内。 ② 用户购买增程式电动车的主要目的首先是因为有优先的路权(车牌和限行),其次是充电开车成本低(纯电红利),同时有没有里程焦虑和充电焦虑。  ③ 增程式电动车的增程器的配置,应首先以让用户享受纯电红利为基础(要有足够的纯电续驶里程),以消除里程焦虑和充电焦虑为首要目标(任何情况下不会“趴窝”),兼顾综合续驶里程需求。   3)增程式电动车动力系统配置原则 增程式电动车的配置包括电池包的容量和增程器的功率。电池包的优化配置考虑的因素包括下述三个方面: ① 最小容量需要满足全工况行驶50公里(满足国家新能源汽车定义,有路权和积分)。 ② 电池的放电倍率能力需要满足工况行驶时最高车速连续放电要求。 ③ 开发车型所面向的目标群体对于全工况下纯电里程的期望(如:满足85%以上情况仅靠充电开车)。   增程器的额定功率配置考虑的因素也包括三个方面: ① 增程器的额定功率最小要求满足高速上行驶的最低车速要求(如85公里/小时)。 ② 以综合续驶里程不低于500公里(高于平均乘用车续驶里程心理门槛450公里)目标(=全工况纯电续驶里程+增程续驶里程)。 ③ 所用发动机排量要以额定功率下裸机噪声控制为基本要求(如:75dB)。   三、增程式动力系统技术的进化趋势   随着增程式电动车的普及,其增程动力系统的进化将进一步推动增程式技术的进步,包括: ① 增程器的热量用于车内加热和电池包的加热,使增程式电动车可以适应低温寒冷地区的使用; ② 增程器的燃料从汽油/天然气(化石燃料)向甲醇(清洁燃料,替代燃料)转变,甚至可以使用压缩空气发电,终极燃料为氢气;   另一方面,随着增程器工作对于电池系统的保护(包括高温保护、低温保护、过载保护等),电池系统的寿命将会被极大的延长,电池系统的维修、更换和二次利用等将促使新旧电池系统互换使用等技术进入主流市场。   由于增程器作为主动车载电源的存在,允许增程式电动车使用多个电池标准箱(同一电压平台、同一通讯协议)动态并联使用,通过增程器动态平衡多个电池标准箱之间的电压(参考专利:ZL201710779935.8)。   这种增程动力系统有如下特点: ① 整车开发时,可以选择现成的多个标准箱(不同材料)进行配置,从而节省电池箱开发周期和开发成本 ② 允许新、旧电池标准箱并联使用(有利于旧的电池标准箱在维修时进入二手市场使用), ③ 允许不同材料的电池标准箱并联使用(有利于高功率密度电池与高能量密度电池互补并联使用) ④ 能够及时隔离问题电池箱,同时保证电动车的正常行驶,提高可靠性(多电池标准箱冗余)。    增程式电动车随着增程器燃料的进化、单电池动力系统向多电池增程动力系统配置结构的进化,为其进入主流新能源汽车提供了保障。   四、其他重要的方面   增程式电动车的性能随着开发所面向的用户群体不同,将在下面几个方面体现不同(或几方面组合): ① 低温环境使用群体: 使用低温特性好的电池,增程器发热用于车内加热和电池箱加热 ② 对纯电续驶里程不同的要求的群体:标称纯电全工况里程多为100+, 150+ 和 200+ 等。 ③ 对于快充要求不同的群体: 使用快充电池   整合考虑,作为电动汽车,安全始终是最重要的。 可以预见,安全性好、快充能力强、低温特性好 和长寿命的电池技术将成为增程式电动车的主流电池。 由于增程式电动车所需要的电池容量不高,电池芯的能量密度的重要性将逐渐降低。 版权声明:凡本网注明来源为"节能与新能源汽车年鉴"的,版权均属于本网,转载请注明来源。本网转载自其它媒体的信息,不代表本网观点,转载均有出处,对转载文章不存在侵权等法律问题。  
行业综述-甲醇汽车

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发布时间:
2020-08-17
美国甲醇研究会根据甲醇的物理化学特性,仔细分析了大规模使用甲醇时,对周围环境例如地表水、地下水和空气等的影响。根据美国环保局1994年毒物排放清单(toxics release inventory,TRI)年报中指出,1992年工业化学品向环境的排放量,甲醇已名列第三。这些甲醇主要来源于胶黏剂制造厂、汽油辛烷值增强剂甲基叔丁醚(MTBE)生产、造纸行业和其他化工产业。空气中的甲醇易发生光氧化过程,半衰期为3~30天。水中的甲醇通过挥发进入空气中,减小了甲醇的浓度,且发生生物降解,土壤中的甲醇也易于发生生物降解。   总体来说,燃料甲醇发生火灾的安全性是要比燃料汽油好,正由于燃料甲醇的这种火灾安全的特点,在运输、存储、添加以及使用过程中,由于火灾造成的人员伤亡、财产损失等要比燃料汽油小得多。   20世纪70年代初发生的石油危机严重影响了很多国家的经济发展,从此掀起了对能源现状、前景及替代燃料研究、开发的热潮。   我国的煤炭资源相当丰富,而且相对集中,煤化工产业发展较快,煤制甲醇产能富余。因此早在“七五”期间我国原国家科委就组织以中国科学院工程热物理研究所为首的甲醇发动机技术攻关协调组,将国产492汽油机改为M90甲醇发动机,进行了大量的试验研究工作。后来我国与德国合作,对德国大众公司的桑塔纳甲醇发动机及整车进行了全面的试验研究,并对大众公司的多种燃料汽车发动机进行了性能测试。1994年又与美国福特公司合作,共同开发小排量1.3L灵活燃料发动机及汽车。   目前在我国部分甲醇产能较大的地区,如山西、陕西等地已经初具产业化条件,主要应用方式是与汽油掺混使用,如掺15%甲醇的M15等。国家于2009年发布了M85的甲醇燃料标准,目前每年实际应用于掺混的甲醇燃料量超过300万吨。   近些年国内部分汽车企业纷纷投入了甲醇汽车的研发。   1)上海华普汽车有限公司于2005年底立项开展甲醇燃料轿车的研发工作,选择海尚MA、海域380等3种车型和JL479M1.5升发动机,以M100甲醇作为燃料,对发动机燃料供给系统、电喷系统、排气系统、电器系统等进行了系统开发,于2006年10月完成了M100甲醇轿车功能样车试制工作。2007年10月,完成了甲醇燃料轿车工装样车的研发工作。2008年,上海华普汽车对甲醇发动机及整车分别进行了高寒高原高温地区发动机强化耐久、整车道路可靠性和排放试验,试验足迹遍布我国东北、西北、西南等各省区,累计试验里程近100万公里。“三高”试验标定结果是:在气温分别<-30°C和>40°C、海拔4000米以上的条件下,甲醇燃料汽车冷态起动正常,动力性能及驾驶性能良好。发动机强化耐久试验标定结果是:燃烧、润滑状况极佳,经精密测量分析,各关键运动部件的摩擦、磨损均在正常范围。整车道路可靠性试验标定结果是:性能优越、动力性好,最高车速160km/h,一档起步加速至100km/h所需时间为15.8s(汽油为16.2s),替代比1.6以下,经济优势显著。排放试验标定结果是:常规排放为国四标准限值的30%以下。甲醛排放0.8mg/km,相当于美国加州排放标准的1/10。   到目前为止,上海华普汽车已研发出1.5升JL479QAJ和1.8升JL481QJ两种发动机,可搭配SMA7152MF和SMA7182MF两种车型,是国内唯一一家按照新车开发流程和现行汽车行业标准,进行甲醇燃料汽车规范化开发的汽车企业,也是最早完成产业化,具备小批量生产能力的汽车企业。   2)奇瑞汽车有限公司于2005年10月开始启动甲醇汽车项目,选择1.6升SQR480发动机和旗云牌轿车进行整车使用M100、M85、M15和纯汽油多比例甲醇车开发,完成了燃料系统材料耐醇性、整车冷起动、燃油泵耐久性等的考核工作,完成了发动机耐醇零部件、专用润滑油、冷却系统、曲轴箱系统、压缩比的定型等开发工作。并于2007年3月,将13辆甲醇燃料车送山西太原进行试运行,同年6月经专家组评议认为:奇瑞甲醇车动力性、经济性、冷起动、驾驶性等方面达到并优于原汽油车。   2008年5月奇瑞公司为了满足国家排放法规的要求(国三+OBD),启动了SQR477甲醇发动机项目,由于具备了甲醇发动机开发经验,477发动机很快完成了开发,7月发动机设计冻结并生产3台样机,10月顺利完成2轮50小时超速试验、1轮500小时额定功率试验;477发动机动力性、经济性、排放性能均优于原机。经过大量试验表明,常规排放:使用M85-M100甲醇车与原汽油车相比,平均CO降低26%,HC降低43%,NOX降低47%;使用M15甲醇车和原汽油车相比,平均CO降低23%,HC降低28.5%,NOX降低10%。非常规排放:催化前甲醇机甲醛排放量是汽油机的2倍多,催化后甲醛排放甲醇机小于汽油机。甲醇机动力性:M85-M100可提高10—15%,M15两机相当。   截至目前,奇瑞公司在甲醇项目上已投入近3000万的资金,开发两款发动机及新旗云甲醇车,逐步拓宽其他车型;将形成年产甲醇发动机5万台和年产整车3万辆的生产能力。   3)一汽靖烨发动机有限公司2008年开始在CA6101B6汽油发动机基础上研制开发了CA68H-ME3(100)甲醇发动机,并于2008年8月成功搭载在一汽解放汽车有限公司CA3160自卸车上。同年6月启动了在一汽锡柴6DF2-24柴油发动机基础上研制开发CA6SF-24M大马力甲醇发动机项目,该项目将原柴油机的燃油喷射系统进行了适当改装,同时增加了一套点火装置,使用火花塞点燃甲醇进行工作,2009年10月,在原悍威8×4自卸车的基础上搭配该型甲醇机,开发、试制CA3313PZMB1T4EJ自卸车,并于2010年3月完成整车试制工作,整备后发运至山西煤矿进行道路试验。同时,一汽靖烨发动机有限公司于2009年在CA4102汽油发动机基础上,又开发了一款CA4SH-ME3甲醇发动机,至此,一汽靖烨发动机有限公司具备了3款甲醇发动机,分别适合轻、中、重型客车和卡车使用。   我国开展甲醇汽车研发和应用取得了大量的技术成果和宝贵经验,形成了一定的规模。“十一五”以来,甲醇作为车用替代燃料逐步发展,《车用甲醇汽油(M85)》和《车用燃料甲醇》两项国家标准颁布实施,甲醇汽车开发、试验等活动取得积极成果。2012年有国家工业和信息化部开展甲醇汽车试点。陕西、山西、甘肃、贵州和上海的十个城市参加试点工作。共有32款列入工信部管理公告的车辆,类型包括乘用车、厢式车、重卡车。在国家层面全面、系统对甲醇汽车的性能、对人员和环境的影响等进行考核。   4)甲醇燃料的相关政策 工业和信息化部在对相关研究实验结果进行充分研究和评估后认为,组织开展甲醇汽车试点运行的条件已经基本具备。因此,2012年2月工业和信息化部针对甲醇汽车特点和产业发展现状,颁布了《关于开展甲醇汽车试点工作的通知》,积极稳妥地推进高比例甲醇汽车试点工作,希望通过试点评估验证甲醇汽车的技术和安全性,促进甲醇汽车产业健康发展。同样,国务院办公厅印发的《意见》中也要求积极开展汽油/甲醇双燃料点燃式内燃机、柴油/甲醇双燃料压燃式内燃机的应用试点工作。可见不论是国家还是企业都在积极推动甲醇替代燃料的产业化应用,在我国目前的能源形势下,甲醇等替代燃料将会迎来一个快速发展期。   表1  2000年以来国家级省市甲醇汽车及燃料重点政策     二、我国甲醇汽车技术进展   1、甲醇在点燃式发动机上的应用方式   甲醇在发动机上的应用,按照发动机的类型主要分为两个大的方向,即在点燃式发动机上的应用和在压燃式发动机上的应用。由于甲醇的性质易于在点燃式发动机上使用,因此在点燃式发动机上应用甲醇开始的时间较早,而且技术路线相对统一和成熟。而由于甲醇的十六烷值很低,使其在压燃式发动机上的应用困难重重,技术路线也各有差异。   甲醇在点燃式发动机上的应用有多种实现方式。   1)甲醇汽油掺混燃烧方式 甲醇与汽油掺混就是将甲醇与汽油按照一定的比例混合,并通过助溶剂的作用,形成稳定的不分层的混合燃料,而后在各加油站供应。通常选用的助溶剂有醇类、苯、酯类、乙醚、丙酮、甲基叔丁基醚及杂醇等。体积分数为10%以下的低比例甲醇汽油可与汽油一样使用,发动机不用作任何改动,不仅不会影响汽油机的动力性,还可以改善汽油机的经济性,并降低排放。当汽车燃用甲醇体积分数约为10%-20%的中比例甲醇汽油,如M15时,对发动机的点火提前角和喷油量基本不需调整。燃用高比例甲醇汽油,如M85时,必须对发动机进行优化调整,如喷油量、改进燃烧室的结构设计、大幅度提高压缩比,以能充分发挥甲醇燃料的优良特性,使发动机的动力性、热效率(燃料经济性)和排放性都比原汽油机有大幅度改善。采用甲醇汽油运行的发动机,由于带有三效催化转化器,所以排放品质与汽油燃料没有差别。   采用甲醇汽油掺混燃烧方法,汽车只需要一个油箱,而且还可以方便地利用现有供油设备建立分配供应系统,投资相对较少。该方法的主要缺点是甲醇的掺烧比例不能改变,在储运过程中需要注意甲醇汽油分层问题,对于燃用高比例甲醇汽油的车辆还存在冷起动的问题,另外,发动机采用甲醇汽油作燃料时,所有涉醇部件务必选用耐甲醇腐蚀的材料。   2)纯甲醇点燃应用的方式 纯甲醇燃烧是指发动机正常工作时以纯甲醇作为其唯一燃料的应用方式,这种方式热效率和排放都优于原汽油机,而且能够避免甲醇汽油的分层问题。使用纯甲醇燃烧方式,应对发动机进行必要的改动,主要包括:(1)提高压缩比,以充分发挥甲醇辛烷值高的优势,压缩比提高后,宜采用冷型火花塞;(2)加大输油泵的供油能力,以避免气阻;(3)加大燃料箱,以保证必要的续航里程;(4)改善有关零件的抗腐蚀性和抗溶胀性等;(5)用附加供油系统或加强预热等措施,改善冷起动性能。   目前为了解决纯甲醇燃烧冷起动问题,已经投入使用的方式为发动机起动时采用汽油,当发动机热机正常运转以后切换至纯甲醇燃烧方式运行。但是需要在车上另外安装一个用于存放冷起动用汽油的副油箱,布置稍显复杂。 国内的吉利汽车公司已经正式出产此种燃烧方式的乘用车,并参加工信部试点,是试点的主力车型。目前此种车型大量生产并装备于出租车,在贵州省和陕西省大量应用。于2016年出口到冰岛国进行试验运行。   3)改质甲醇燃烧应用方式 甲醇改质是利用发动机排气的余热将甲醇裂解成为H2和CO,然后再输往发动机燃烧。甲醇的改质需要借助催化剂的作用,吸收排气的余热来进行,有效回收了一部分排气热量,有利于热效率的提高;甲醇改质气的混合气形成质量好,燃烧完全度高,CO和HC排放少,由于采用稀混合气,燃烧温度低,NOX的排放浓度也较低。   因发动机的排气温度随工况而变化,甲醇改质气的成分又随发动机的排气温度而变化,因此工况不同,所提供的甲醇改质气的成分也就不同,对于复杂多变的道路工况而言,瞬态控制具有一定的难度。另外,甲醇的改质受到催化剂的诸多限制,而且成本较高,因此,还没有出现实际应用的范例。   2、甲醇在压燃式发动机上的应用   压燃式发动机的热效率高,燃油经济性优于火花点火式发动机,推广压燃式发动机燃用甲醇燃料,在节约柴油和降低大气污染上具有现实意义。一方面,汽车数量的增加,对柴油的需求量也逐年增加,而炼油厂产出的柴油与汽油的比例受原油本身组成和工艺流程的约束不可能大幅度增加。2008年以来我国频频出现了柴油供应紧缺的现象,甚至出现“柴油荒”;另一方面,大量试验表明,在压燃式发动机中掺烧甲醇燃料,能大幅降低排气中的碳烟,同时NOX的排放也能得到降低。   据美国统计,美国小客车与轻型车是以火花点火式发动机为主,公路上车辆只有约3%是用压燃式发动机,但1997年NOX总排量的25%以上是来自压燃式发动机,压燃式发动机排出的碳烟微粒是火花点火式发动机的100~200倍,约占碳烟微粒的45%。   因此,在高热效率的压燃式发动机上使用清洁高效的醇燃料
行业综述-动力电池安全

行业综述-动力电池安全

发布时间:
2020-08-10
动力电池的安全性问题是影响电动汽车进一步发展和普及应用的最大障碍。近年来,随着纯电驱动电动汽车市场保有量的快速增加,以及更高能量密度的三元锂离子动力电池的批量装车应用,因动力电池引发的电动汽车自燃事故密集发生。   2019年4月21日晚间,停在上海一地下车库的特斯拉Model S发生自燃,并引燃了附近的多辆车辆;4月22日,西安一辆正在维修的蔚来ES8发生燃烧。厂家称,事故车辆在维修之前底盘遭受过严重撞击,其动力电池包外壳与冷却板已大面积变形,起火原因可能是电池包内的单体在受挤状态下发生了短路所致。4月23日,荣威一辆插电式混合动力车(ei6)在杭州发生自燃,起火点在座舱内,不排除座舱内存有易燃物品所致。继4月之后,5月份特斯拉和蔚来汽车又相继发生类似的安全事故。5月12日,一辆特斯拉Model S在香港一停车场自燃,并发生3次爆炸;5月16日,一辆蔚来ES8在上海嘉定区一地下车库突然冒烟,消防员耗费两小时才将其扑灭。   这些事故虽然没有造成人员伤亡,但不可避免地引发了消费者对电动汽车的不信任以及对其安全性的恐慌。由于电动汽车的起火往往毫无预兆,而且火势蔓延快、不易扑灭、易发生爆炸,容易殃及周边车辆和行人,因此,如果动力电池的安全性问题不能得到有效控制和解决,电动汽车在不久的将来将成为社会公共安全的重大隐患。   根据公开资料统计,我国境内仅在2018年就发生了40余起电动汽车起火事故。同期,类似事故在国外也发生多起。鉴于电动车起火可能与电器线路、机械损伤和外部火源等密切相关,且重要证据会在燃烧过程中消失,因此原因分析往往异常困难和复杂。但根据事故前电动车所处状态和所用电池种类,我们还是可以发现一些规律性的信息。   图1显示了2018年以来电动汽车起火事件的触发原因。从中可以看到,充电过程中自燃事故占到总数的29%,静置和行驶中的自燃达到30%,而真正由于外在因素如涉水、碰撞、挤压等造成的自燃事故不到20%,说明造成动力电池起火燃烧的主要原因是其自身,而非外在因素。如果按照电池的种类来划分,在发生事故的电动汽车中,确凿采用三元电池的占59%,采用磷酸铁锂电池的占11%,其它因报道不详而未知。 考虑到电池种类未知的事故车主要为乘用车,这部分电池极有可能为三元电池。由此可见,三元电池引发的安全事故占绝对主体。事实上,除电动车外,三元电池引起的储能电站起火事故也屡见不鲜。据不完全统计,从2018年至今,韩国共发生储能电站起火事件超20起(见表1)。     图1.电动汽车起火触因分析         图2.事故电动汽车所用电池种类分析   表1. 2018年以来韩国发生的储能电池起火事件   二、安全事故的成因分析   电池的安全性与其化学体系密切相关。锂离子电池采用高氧化性的正极、强还原性的负极,以及易燃的有机碳酸酯电解液,除了正常的充电-放电反应外,还存在许多潜在的放热副反应,包括电解液与充电态负极的反应(~130-140℃)、充电态正极的热分解(~200-220℃)、电解液的氧化分解和热分解、粘结剂与石墨负极中锂的反应等。这些反应在正常工作温度和工作电压下不会发生,但当电池温度过高或充电电压过高时,易被引发!   因此,当某一因素(如短路或过充)引起电池内部温度大幅度升高,引发电解液与充电态负极之间的放热副反应时,反应放出的热将引起电池内部温度的进一步上升,并先后引发正极的热分解、电解液的氧化分解、热分解等放热副反应。由于短时间内反应产生的大量热量来不及扩散,电池就会进入自加温的热失控状态,从而发生胀裂、燃烧、甚至爆炸。其中,正极在电池中的质量占比最大,其分解放热及析氧对电池的安全性影响很大。由于三元材料较磷酸铁锂的热稳定性差,因此其安全性问题更加突出!但并不能就此认为磷酸铁锂电池绝对安全。因为造成电池热失控的反应中,正极分解放热仅仅是其中一个因素,其他放热副反应仍然存在,也足以引起安全性事故。这就是为什么实际应用中磷酸铁锂电池也会发生安全事故,而三元电池事故率更高的原因。   从锂离子电池的热失控机理来看,任何可导致电池内部温度上升至130℃以上的因素均有可能引发不安全行为。显然,过充电、短路、挤压、穿刺、振动、跌落和高温热冲击均可满足此条件。如,当电池处于过充状态时,正极电势随过充程度的增加而迅速上升,超过一定限度后,电解液势必发生氧化分解,并产生大量的热,导致电池内部温度升高。由于高度脱锂的正极材料的分解以及其它放热反应只有达到一定的温度才能发生,因此对过充电来说,电解液在过充的正极表面的氧化分解是引起电池温度升高并导致最终热失控的根本原因。又如,在短路发生时,电池因以非常大的电流放电,其温度也极易升至130度以上;而挤压、穿刺、振动、跌落均可能导致电池发生短路现象,高温热冲击则可使电池直接暴露在高温环境下,因此均可能成为电池不安全行为的引发条件。   现在需要回答的问题是,为什么在没有机械滥用(震动、跌落、碰撞等)和电滥用(外短路、过充、过放)的情况下,锂离子电池仍会发生自燃,且事故率非常高?大量试验已证实,导致正常使用条件下电池发生爆炸、燃烧等不安全行为的主要原因是电池内部短路。尽管装车电池在成组时全部通过了短路测试,但由于这种内部短路往往是在使用过程中形成的,因此非常难以发现和避免。   导致内部短路的主要原因有:   1)吸附在隔膜表面的导电粉尘。当电池装配车间环境控制不当时,空气中漂浮的导电粉尘有可能通过静电作用吸附在隔膜和极片表面。如果导电粉尘直接造成了电池微短路,这部分电池在筛选时会被发现,不会装配到成组电池中;但如果粉尘没有刺穿隔膜,则会带来潜在短路风险。我们知道,每循环一周,电池厚度均要经历一个膨胀收缩过程。在膨胀过程中导电微粒因受到挤压而可能刺穿隔膜,导致电池内部发生微短路。   2)极片有毛刺。如果极片边缘存在不太严重的毛刺,并且没有造成直接的内部短路,电池往往因不能被发现而作为合格产品出厂。但在正常使用过程中可能因电池厚度不断膨胀收缩导致毛刺刺透隔膜而发生内部短路。   3)、正极材料中含有游离金属杂质。游离金属在充电过程中氧化溶解,并随即在负极表面还原沉积,极易造成电池正负极的直接接触,形成短路。   4)负极表面析锂。低温充电、大电流充电均可能引起金属锂在负极表面的沉积。对于采用有机电解液的锂离子电池来说,电极表面的极化总是高于其内部,而且这种极化差随着电解液电导率的降低和充电电流的增大而增加。当温度较低,或充电电流较大时,负极表面的电势有可能降至金属锂的电势以下,造成锂的沉积。此外,电解液在电池中的分布不均和极片在充电过程中电流分布不均匀也可能造成负极局部表面析锂。析出的金属锂容易刺穿隔膜,造成电池内短路。   由上可知,应用过程中短路无法完全避免,因此锂离子电池在应用过程中总是存在一定的安全隐患!但通过净化环境、控制毛刺、改善注液的均一性、优化正负极质量比等可以在一定程度上降低内短路的发生几率,提高电池在正常使用条件下的安全性。   除内短路外,电池在使用过程还存在其它因素导致的短路和过充风险。如电池系统绝缘受损,箱体或插件进水,电池漏液,振动引起极片掉粉,采样或通讯线路接触不良造成电池深度过放等,这些情况均可能造成电池外短路或内短路;而BMS死机或功能故障、采样或通讯线路接触不良/故障、充电继电器异常等则可能造成电池过充,从而引发安全事故。这些是电池包层面需要重点考察的因素,也是常见安全隐患的成因。   三、基于动力电池安全及整车运行安全的设计、制造、应用建议   改善动力电池的安全性需要在材料、单体、系统三个层面开展工作。在材料层面,重点提高材料和界面的热稳定性,降低产热量;在单体层面,重点优化热设计和结构设计,发展自激发热保护技术,如PTC电极、新型热关闭隔膜等;在系统层面,重点开展隔热设计,防止热扩展。其中,材料是基础,单体是关键,系统是保障!   在提升材料和界面的热稳定性方面,可借鉴的技术措施包括:   1、表面包覆。通过在正极活性材料表面包覆热稳定的保护层,减小活性材料和电解液的直接接触,抑制界面放热副反应。常用的包覆物包括:磷酸盐【AlPO4、Co3(PO4)2、Mn3(PO4)2 等】,氧化物【Al2O3、TiO2、ZrO2、ZnO、SiO2 等】,氟化物【AlF3、ZrFx 等】,聚合物【聚吡咯(PPy)、聚酰氨酸亚胺(PI) 等】。   2、构建浓度梯度材料或壳核结构的材料。利用高热稳定性的正极组成为表层,低热稳定但高容量的正极组成为核,降低界面反应的产热量。   3、提高负极表面SEI膜的热稳定性。利用磷酸酯、硫酸酯、硼酸盐等功能性添加剂,形成高热稳定性的SEI膜,提高放热反应的触发温度。 在单体层面,首先要优化电池的热设计及结构设计。电池内部的热量积累是引起电池温升,引发电池热失控的根本原因。改善电池的安全性,一方面需要降低电池在滥用条件下的产热速率,另一方面需要加快电池的散热速率,从而降低电池的温升。   一般来说,电池容量越大、内阻越小,产热速率越快;而电极和电池越厚,散热速率越慢。这就需要在热及结构方面开展优化设计。   除此之外,还需要大力开发电池的自激发热保护技术,利用温度敏感材料切断危险温度下电极上的电子或离子传输,关闭电池反应,阻止电池温度的进一步上升。如利用正温度系数导电剂的电阻率随温度升高而急剧增大的特点,切断高温下电极上的电子传输;利用微球修饰隔膜的热封闭功能,切断高温下电极之间的离子传输等。在系统层面,重点需要解决的热扩展和热蔓延问题。除了隔热设计外,开发具有短路预警、析锂预警的先进BMS系统,以及相关的干预技术也是非常重要的一项工作。   此外,避免低温充电、优化充电策略、确保高压绝缘、提高箱体防水性能和BMS功能可靠性,也是应用过程中需要重点考虑的因素。   四、政策和法规层面的建议   1、明确动力电池安全责任的主体:动力电池的安全问题成因复杂,涉及单体、BMS、系统结构设计、电器与原器件、控制管理策略、安全防护设计等诸多因素,因此,需明确电池系统制造商为第一责任主体,并有义务保障系统的正常和安全使用。   2、推行和出台电动汽车的年检制度:遵循非破坏性原则,开展单体电池的安全性、电池系统的密封性、涉水能力等性能检测。动力电池的年检可分为两个部分:物理检测和性能评估。物理检测可参照日常年检制度进行,重点在于电池系统的编码是否与备案文件一致,外观是否存在变形、损坏等;性能评估由国家电动汽车运行监控平台根据系统一年来的运行状态,出具动力电池系统健康状态评估函,并联网备案。   3、加强电池安全性的检测与评估:目前的安全强检虽然覆盖了从单体、模块到系统的检测,但仅仅针对的是新鲜电池。事实上,随着环境温度的变化、循环次数的增加,电池不可避免地会出现析锂、气胀、局部过充、负极黑斑生长等问题,这些都会严重影响电池的安全性。因此,需开展全生命周期电池安全性能的检测与评估。     版权声明:凡本网注明来源为"节能与新能源汽车年鉴"的,版权均属于本网,转载请注明来源。本网转载自其它媒体的信息,不代表本网观点,转载均有出处,对转载文章不存在侵权等法律问题。  
行业综述-锂离子电池材料

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发布时间:
2020-08-03
2018年全球锂离子电池出货量196GWh,全球动力电池出货量略高于100GWh,中国约占60%,即60GWh,比上年增长67%,其中三元电池出货量约35GWh,磷酸铁锂电池月23.5GWh。系统比能量进一步提升,近几期工信部发布的《新能源汽车推广应用推荐目录》的纯电动车型中,三元正极电池系统能量密度最高已超过180Wh/kg。   随着国家补贴政策直接与电池能量密度挂钩,企业选用高镍811 成为动力电池的发展趋势,但安全方面的风险不容忽视。锂离子动力电池存在各种各样的起火原因,只是应用三元材料的电池在出问题时更容易点燃电解液。磷酸铁锂电池的成本优势突出,不仅在电动公交车,在物流车和乘用车配套中比例逐步提升,也是企业应对补贴退坡的一种趋势。除了正极材料本身稳定性的提升,与之相匹配的电压电解液、隔膜、电池的安全性控制结构、系统保护结构等技术也需要稳步提升。   动力电池材料成本占比一般高达80%,四大电池材料的生产在整个锂电池产业链中最为重要。电池材料行业总体产能过剩,技术同质化,成本透明化,进入激烈的价格竞争阶段。未来几年,随着补贴退坡,加上国际动力电池巨头进入,动力电池及产业链上下游企业将迎来最为艰难的一段时期,尤其是在降本压力上,会面临前所未有的挑战,需要整个产业链协作共渡难关。   1、正极材料   国外主要走镍钴锰和镍钴铝三元材料的路线,主要的正极材料制造商包括日本的日亚化学、户田工业、住友金属矿山、清美化学,韩国的L&F公司和ECOPRO公司,比利时优美科,德国巴斯夫等。国内动力锂电正极材料的主流路线是磷酸铁锂和三元材料,磷酸铁锂以其高安全稳定性、长寿命周期和低成本的优点得到了迅速的发展,三元材料则以高能量密度、长续航里程占据了迅速增长的乘用车市场。随着材料体系的高镍化进程,国内三元电池企业开始批量应用NCM811高镍三元材料,电池单体能量密度从200Wh/kg向240-260Wh/kg迈进。   2018年全球正极材料出货量超过41万吨,以三元材料为主,其中NCM约15万吨,NCA约6.5万吨,钴酸锂出货量月约6.5万吨,磷酸铁锂出货量约7.0万吨,锰酸锂出货量约4.2万吨。   2018年我国三元材料市场份额因新能源动力汽车而加码,2018年三元正极材料产量13.7万吨,占比50.5%,同比增长61.7%。国内NCM523的量带起来,NCM622主要是日韩的几款电池,NCA主要是用于特斯拉小圆柱电池用。磷酸铁锂电池的安全性、低成本、使用寿命长等优点,在动力汽车和储能领域应用广泛。因客车基数低,2018年磷酸铁锂正极材料产量约6.8万吨,与2017年持平,产能出现严重过剩,利用率仅达到20%。因成本和优势,2019年增加量会比较多。   锰酸锂电池具备功率性能、放电倍率性能、低温性能好、成本低的特点,除继续与三元混合用于乘用车外,锰酸锂电池在新能源专业车领域应用面扩大,增速领先于正极材料其他三个品种。   从市场规模上看,中国的正极材料企业占据份额已经成为全球第一,超过日本和韩国。随着中国正极材料的规模化增大,正极材料技术水平与国外先进水平差距正在缩小。随着国外正极材料企业产能继续向中国转移,国际大企业已经将中国作为主要正极材料生产基地。   2、负极材料    锂离子电池负极材料的生产主要在中日两国,从出货量看中国占比超过80%。中国的代表企业有贝特瑞、杉杉,江西紫宸、江西正拓、深圳斯诺等,日本的代表企业有日历化学、三菱化学、JFE、日本碳素等。   2018年全球负极材料总产量接近21万吨,其中人造石墨12万吨,天然石墨9万吨,中间相碳微球1.5万吨,硬软碳2500吨,硅/氧化硅和钛酸锂合计不超过2000吨。2018年国内负极材料销量17.5万吨,人造石墨国产化率大于97%。天然石墨国产化率大于90%, 以一氧化硅为主的硅基负极材料国产化率也大于90%。   基于性能和成本的综合考虑,负极材料首选人造石墨类负极材料负极材料,占比比例大幅提升,但2018年负极材料厂家利润较上年普遍下滑。自2017年以来的负极材料价格调涨并没有覆盖其原料加工费用的增加,是因为人造石墨需求增加带动了针状焦在负极材料市场的消费,加之一部分产能被调整,供给不足价格上涨过快。但针状焦行业产能扩张迅速,另考虑到2019年锂电负极产量仍将继续攀升,出口市场仍将不断扩大,产品价格会有一定下调空间。   1)隔膜   隔膜作为锂离子电池的重要组成部分,在锂电材料总成本占比为5~10%。从世界隔膜材料市场来看,中国、日本、韩国三足鼎立,占据主要份额。2018年中国锂电池湿法隔膜出货量13.1亿平米,增速超过60%,干法双拉隔膜占比进一步缩小,其性能提升有限,且无法做薄。   湿法隔膜出货量占比继续上升,湿法隔膜成本大幅下滑,当前主流产品厚度为9um和12um隔膜,数码电池甚至量产使用5um湿法隔膜,湿法隔膜薄层化趋势明显。通过陶瓷涂覆技术,湿法隔膜可以在厚度、通孔特性、安全性等性能上全面超越干法隔膜,湿法隔膜和陶瓷涂覆的组合也已成为未来隔膜发展的主要方向。   2018年国内隔膜在产能建设、成本下行、技术提升等方面都取得很大的进步。隔膜国产化率2018年超过93%,出口量持续增加,销量上升速度超过电池产量增速,但产值下降近10%,主要是因为隔膜生产成本大幅下行和价格一直呈现价格下行趋势,2018年湿法隔膜及干法单拉隔膜价格降幅超过40%,湿法基膜价格已低至2元/m3。   隔膜市场出现阶段性供求关系失衡,锂离子电池隔膜行业面临的市场竞争也愈加激烈。2019年隔膜价格仍将呈现向下调整态势,不同企业面临不同的选择,到2020年锂电池隔膜行业将呈现清晰的格局。   2)电解液   全球锂电池电解液主要厂商集中在中国、韩国、日本。中国电解液产量也已占到70%以上,基本形成了天赐材料、新宙邦、国泰华荣三大巨头并列的局面。电解液配方具备定制属性,电解液厂商对下游客户具备一定粘性。电解液库存周期短,且是高危化学品,储存和运输成本高,因此电解液供应商会选择就近客户建厂。隋着电池厂的洗牌,电解液生产集中度提升。2018年中国电解液出货量14万吨,同比增长27.3%,但价格大幅下滑,导致产值同比下降3.1%,电解液锂盐六氟磷酸锂一直处于下行趋势,价格已低于10万/吨。   2019年随着中国动力电池市场高速发展电解液的产量将进一步提升,新型体系材料逐渐批量应用,对高镍三元和长寿命铁锂电池的电解液需求保持增长。主要溶质六氟磷酸锂市场竞争格局开始好转,新型锂盐双氟磺酰亚胺锂将开始导入应用,国内主流电解液企业价格将趋于稳定。  
行业综述-电池管理系统

行业综述-电池管理系统

发布时间:
2020-07-20
2018年是新能源汽车突飞猛进的一年,成为车市寒冬中的亮点。据统计2018年全球新能源乘用车销量突破200万辆,新能源汽车渗透率达到2.1%。全年全球新能源汽车销量一直保持着超过60%的同比增长率,其中中国品牌占据49%的市场份额,美国占据16%,德国占据7%。2018年国内新能源汽车产销分别完成127万辆和125.6万辆,比上年同期分别增长59.9%和61.7%。其中纯电动汽车产销分别完成98.6万辆和98.4万辆,比上年同期分别增长47.9%和50.8%;插电式混合动力汽车产销分别完成28.3万辆和27.1万辆,比上年同期分别增长122%和118%;燃料电池汽车产销均完成1527辆。   随着新能源汽车全球突破式增长,对保证电池安全的关键部件动力电池管理系统的性能指标和可靠性也相应提出了更高的要求。2018年科技部重点专项中就明确规定:全寿命周期、宽工作温度范围内荷电状态(SOC)、功率状态(SOP)和健康状态(SOH)的估计误差绝对值≤3%,单体电池之间的最大温差≤2℃,功能安全达到ISO26262 ASIL-C。   一、电池管理系统发展情况   1、专利申报情况     通过专利检索2018年在电池管理方面新申请的专利情况如上所示,电池管理方面的专利主要集中在热管理、均衡、充放电控制、状态估算、故障诊断、高压互锁等方面,其中热管理、均衡、充放电控制分列前三位。随着高能量密度电池的广泛应用,动力电池热管理系统研究不断深入,相关方面的专利大幅度增加。   2、电池管理系统标准   2019年3月,BMS国标顺利通过审查,已经形成报批稿。新国标重点完善了电池管理系统的环境适应性,充分考虑电池管理系统汽车应用环境特点,电气环境适用性中新增了叠加交流电压、供电电压缓升缓降、供电电压瞬态变化等测试,机械环境适用性新增加了随机振动、机械冲击,细化了电磁环境适应性的测试项目,新增了电快速瞬态脉冲群抗扰度和静电发电等测试,分别从电气环境、气候环境、机械环境、电磁环境方面全面对电池管理系统的硬件可靠性进行评测,使电池管理系统的硬件可靠性从通用电气设备全面升级为汽车电子部件级别。   全面提升电池管理系统的电气安全性能要求,由于电动汽车具有高压动力回路,因此根据动力电池系统电压等级以及系统绝缘方式,提升了绝缘电阻和耐压测试中试验电压等级,有效地提高电池管理系统的安全性,保障了动力电池系统及整车的系统安全。   首次将电池管理系统SOC估算的硬件设计要求与控制策略进行系统划分,详细分析了SOC估算误差的影响因素,将与BMS硬件设计相关的SOC估算累积误差的要求提高到5%,并针对不用应用车型,选择两种运行工况和多个温度点进行试验;而与电池模型以及控制算法密切相关的初始误差仅给出推荐测试方法,充分保障电池管理系统SOC估算精度评估的正确性和科学性,有利于合理利用动力电池,延长电池组的使用寿命。   另外,针对动力电池工程应用中,与厂家技术方案以及电池状态密切相关的SOP估算精度和均衡问题,标准也给出推荐测试方法。标准首次给出SOP的定义,采用试测+曲线拟合的方法,即保证测试精度又确保了测试的可操作性。均衡测试考虑了主动均衡和被动均衡不同技术路线,设置了偏高的SOC和偏低的SOC,采取单体放电容量差进行均衡效果评估,充分降低单体一致性差异对测试的影响。   3、国内主要电池管理系统厂家及产品应用情况   2018年根据不完全统计,国内电池管理系统的市场仍然处于整车企业、电池企业和第三方企业三分天下的局面。2018年BMS装机量排名前20的企业共计装机99.7万辆,占总体BMS装机量的79%,其中位于前10的企业分别是比亚迪、宁德时代、上海捷能、北汽新能源、亿能、华霆动力、奇瑞、电装电子、贵博新能源、PREH。 1)第三方企业 第三方BMS企业在技术布局、人才配备等方面具有较高的专业性,同时参与的企业数量也最多,2018年BMS装机量排名前20的企业中,第三方企业占比为50%,排名前三分别为上海捷能、惠州亿能、华霆动力。   2)电池企业 国内排名前列的电池企业主营业务覆盖了从电芯到电池包的全过程,包括电芯、BMS、PACK等多个环节,将BMS配备在自行研产的动力电池系统中。2018年BMS装机量排名前20的企业中,电池企业占比为25%,排名前三的分别为宁德时代、上海卡耐、深圳比克。   3)整车企业 国内实力较强的整车企业都将业务拓展到上游产业链,凭借资本优势,通过收购、战略合作等方式将BMS业务纳入版图。国内主流企业比亚迪、北汽、奇瑞、长安、吉利等均有专门的BMS研发团队或业务,不过一般仅为自产电动汽车配套相应产品。而江淮汽车则通过与华霆动力进行战略合作的方式,来布局BMS领域。2018年BMS装机量排名前20的企业中,整车企业占比为25,排名前三的分别为比亚迪、北汽新能源、奇瑞。   比亚迪电池有限公司:产品涵盖私家车、出租车、城市公交、道路客运、城市商品物流、城市建筑物流、 环卫车七大常规领域,以及仓储、港口、机场、矿山四大特殊领域。2018年比亚迪BMS装机量为22.5万辆,排名第1位。绝大部分是乘用车,占比达到94.3%,全部供应自产车型;客车BMS装机量为1.2万辆,占比5.3%,主要配套比亚迪和广汽比亚迪。   宁德时代新能源科技股份有限公司:目前已与国内众多家主流车企建立合作关系,并率先进入国际顶尖车企的锂离子动力电池制造商供应链。2018年BMS装机量为19.7万辆,排名第2,其中乘用车占比65%,主要配套客户有北汽新能源、豪情、东风、广汽、威马、吉利、东风等;客车占比26%,主要配套宇通、中通、湖南中车、厦门金旅、金龙、厦门金龙、安凯汽车、申龙、江铃、北汽福田等企业;专用车占比9%,主要配套东风、江铃、吉利、上汽大通、宇通重工、福建龙马等企业。   上海捷能汽车技术有限公司:专注于混合动力和电动汽车的动力系统集成和控制集成的开发,主要依靠上汽技术中心的整车开发能力,通过广泛合作,开发电池系统、电力电子技术和其他配套零部件。2018年BMS装机量为10.8万辆,排名第3位,全部为乘用车,主要配套上海汽车、上汽通用等企业。   北京新能源汽车股份有限公司:国有控股高科技上市公司和全球领先的绿色智慧出行一体化解决方案提供商,构建了全新平台正向开发的新能源整车体系化能力。2018年北汽新能源BMS装机量为9.5万辆,排名第4位,绝大部分为乘用车,占比达到94.70%,全部配套自产车型;专用车占比为5.3%,主要配套北汽新能源、北汽和昌河汽车。   惠州市亿能电子有限公司:集研发、销售、制造、服务为一体,是国内领先、市场占有率高的电池管理系统及电池系统总成专业供应商。2018年BMS装机量为5.9万辆,排名第5位,其中乘用车占比95.40%,主要配套江淮、江铃、长城、海马、一汽、卡威、北汽等企业;客车占比0.2%,主要为宇通配套;专用车占比4.4%,主要配套江淮、北汽、云南航天神州、东风、江铃、陕汽、山西成功等。   华霆动力技术有限公司:主要从事纯电动汽车动力系统总成及部件研发及制造。2018年BMS装机量为3.7万辆,排名第6位,乘用车占比99.4%,主要为江淮、吉利、豪情、云度、上汽通用、东南汽车等提供配套;专用车占比0.6%,主要为赣州汽车、山东凯马、江西玖发等提供配套。   奇瑞新能源汽车技术有限公司:集新能源汽车研发、生产、销售、售后维修等一体化业务的企业,已经逐步建立起国际化的整车开发流程和标准体系,拥有国内先进的电动化系统实验室和一流的研发团队。2018年BMS装机量为3.4万辆,排名第7位,全部为乘用车,为奇瑞汽车和奇瑞商用车提供配套。   上海卡耐新能源有限公司:专业从事动力锂离子电池研发、生产和销售。2018年BMS装机量为2万辆,排名第12,全部为上汽通用五菱提供配套。   深圳比克动力电池有限公司:已经发展成为集锂离子电池、电动汽车、电池回收三大核心业务为一体的国际领先的新能源企业。2018年比克BMS装机量为1.9万辆,排名第14位,乘用车占比93.6%,主要配套领途、海马、郑州日产、上汽通用五菱、东风、东风柳州、东南汽车、江南汽车等;专用车占比6.4%,主要配套东风、一汽、重庆长安、金龙、海马、北汽福田、江铃等。   二、技术突破   产品性能质量稳步提高:通过导入汽车电子开发流程和设计方法,功能安全在电池管理系统的实施,并且通过模块化、去线束化不断提升生产、维护过程控制水平,BMS产品质量稳步提高,可靠性方面大大改善,基本可以达到50ppm的质量水平;   专用 ASIC 技术更加成熟:BMS前端采用AFE芯片进一步提升系统的采集精度、采集周期、硬件滤波算法、同步性、通讯速度、集成度等方面的性能指标。电压采样的菊花链的连接方式级联方案也已经批量应用,在电气隔离、通讯速率、成本、可靠性等方面与原有的光电隔离或电磁隔离相比均具有较大优势。   OTA应用取得阶段性成果:以 OTA 为标志的信息化、智能化发展也延伸到 BMS 领域,目前已有厂商实现了 BMS 的 OTA 固件更新功能。与传统的进店维护相比,OTA 可以更快的实现产品的功能迭代,提升用户体验。   三、BMS产业面临的问题   1)AutoSAR基础软件架构开发 汽车电子不断推行AutoSAR软件架构,但是由于国内基础软件供应商偏少,并且软件架构并未与MCU、应用软件实现完全互联互通,导致软件开发投入大,周期长等问题。急需行业甚至国家支持国内基础软件的开发,充分发挥国内互联网相关人才优势,尽快实现汽车电子领域软件的国产化。   2)高性能SOX估算功能适应性 SOX估算功能对电池适应性还有进一步提升空间,尤其是电池系统全生命周期的估算精度的保证能力。目前高校、科研单位做了很多理论研究工作,需要同合适的途径,进行产业化的验证、迭代、优化。   3)电池系统热电能量交互和利用技术 高能量比电池的广泛应用对电池热管理系统的重要性进一步提升,目前热管理还是存在能耗较高等问题,尤其在低温下对电动汽车的续航里程影响较大,亟待在热电能量交互和利用技术方面取得实质性突破。   四、BMS发展趋势   更加智能化的能量管理:通过对单体电芯的建模和自学习功能,结合云端监控平台的大数据挖掘和分析,在电池系统的全生命周期内实现更精确的SOC,SOH,SOE的计算,以满足电动车辆运行、维护以及梯次利用的需求。   更高效高精度的热管理系统方案:热管理方案目前还处于满足基本要求阶段,未来产品对热管理技术的控制精度将越来越精细,绝对温度的控制范围更宽泛,需要进一步从理论仿真和实验研究两方面入手,探索新一代更加高效的动力电池热管理方案。   功能安全的进一步产业化实现:功能安全认证将成为电池管理系统的一个基本技术门槛,各个OEM根据自身的需求提出不同的功能安全要求,并从OEM的角度去审核产品的符合性。   梯次利用促使BMS技术升级:随着梯次利用市场逐渐开启,退役电池的特性为BMS带来巨大挑战,BMS需要能够在电池全生命周期内进行管理,因此BMS技术将由现有“硬件+算法”的体系升级为“数据+主动式管理”的体系。   版权声明:凡本网注明来源为"节能与新能源汽车年鉴"的,版权均属于本网,转载请注明来源。本网转载自其它媒体的信息,不代表本网观点,转载均有出处,对转载文章不存在侵权等法律问题。  
动力电池测试

动力电池测试

发布时间:
2020-07-13
中国新能源汽车市场在近年来得到了快速发展,也带动了动力电池产业的发展和技术革新。2018年我国动力电池出货量达到了65GWh,比上年同期增长了46%。我国对于电动汽车下一步的发展政策是激励续航里程和能量密度的提升,并特别强调企业注重安全性、一致性,不仅要求电动汽车技术指标先进,同时也要求质量可靠、安全有保障。作为电动汽车的动力源和核心部件,动力电池的性能和安全性对电动汽车的整车安全、生产成本、续驶里程和用户体验都具有直接的影响。另一方面,如何评价动力电池的性能和安全性也受到行业的广泛关注。在动力电池测试和评价领域,我国已经构建了相对完善的标准体系,覆盖了动力电池单体、模块、系统等层级。   一、新能源汽车和动力电池产业发展情况   目前中国的节能与新能源汽车已形成了较为完善的研发和产业体系,2018年新能源汽车销量达到125.6万辆,占全球市场保有量50%以上。预计到2020年,新能源汽车年产销将达到200万辆。2018年新能源汽车的发展真正做到了“质”“量”兼顾。   与2017年相比,各级别纯电动乘用车的工况续航里程全面提升:两座车型电池能量密度进步显著,其续航里程从2017年的不足200km普遍发展到300km以上;随着消费者购买能力的提升,满足不同需求的各类新能源车型层出不穷,以SUV车型为例,最高续航里程能够达到460km。在动力电池方面,根据工信部车型数据统计:2017年车用动力电池装车量达到36.7 GWh, 2018年达到56.89GWh,增长了55%。   在各企业的市场占比上,2018年宁德时代动力电池配套量以234.4亿瓦时高居榜首,第二名惠州比亚迪动力电池配套量为114.3亿瓦时,第三到五名分别为国轩高科、力神和孚能,配套量分别为30.7亿瓦时、20.5亿瓦时和19.1亿瓦时。   图1 我国电动汽车销量和动力电池装车辆   二、典型动力电池测试情况   根据中汽中心2018年对110余款动力电池系统及其单体能量密度的统计数据,磷酸铁锂电池单体平均能量密度为163Wh/kg,比去年提高了13%;电池系统平均能量密度为137.5Wh/kg,比去年提高了17%;磷酸铁锂电池的的平均集成/转化率为84.1%,比2017年提高了2.7%。三元电池单体平均能量密度为208.6Wh/kg,比去年提高了13%;三元电池系统平均能量密度为143.7Wh/kg,比去年提高了21%;三元电池的的平均集成/转化率为68.9%,比2017年提高了5.8%。   从数据中可以看到,三元电池2018年得到了更快速的发展,单体、系统的能量密度以及成组率都有了显著提高。另一方面,随着电池系统能量密度的提高,液冷方式在电池系统的比例中明显提升,从2017年的8款(占比5.5%)提升到36款(占比23.5%)。市场上以自然冷却为散热方式动力电池比例虽然有所下降,但仍占70%以上。   三、典型动力电池测试标准体系的发展情况   针对动力电池领域,中国已经构建了比较完善的测试标准体系,主要包括电性能、安全性、循环寿命、互换性、系统附件、回收利用等六大类标准,覆盖了动力电池单体、模块、系统等产品层级。目前已经发布的标准汇总如下表所示:   表1 动力电池测试标准汇总     在动力电池新国标方面,为进一步加强安全技术支撑体系,建立安全标准规范体系,强化远程运行的监控体系,健全安全责任体系,2016年,国标委下达动力电池安全性强制标准的制定计划,以GB/T 31485-2015《电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法》和GB/T 31467.3-2015《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统  第3部分  安全性要求和测试方法》为基础,启动“电动汽车用动力蓄电池安全要求”的制定工作,并于2018年6月通过标准审查会,形成报批稿。   该标准对原有标准测试项目进行了一定的删减和修改,删除了电池模组安全性、单体针刺、单体低气压、单体跌落、单体海水浸泡以及电池包电子装置振动、跌落和翻转等测试项目。并对电池单体过充电、电池单体挤压及电池包或系统振动、机械冲击、模拟碰撞、挤压、浸水安全、湿热循环、温度冲击、外部火烧、盐雾、高海拔、过温保护、短路保护、过充电保护、过放电保护等项目进行修改,增加电池包或系统热扩散和过流保护等项目。   为进一步完善电池管理系统的功能性需求和安全性需求,电动汽车电池管理系统国家推荐性标准制定计划于2016年下达,目前已形成征求意见稿,该标准规定了电动汽车用电池管理系统的状态参数、SOC估算精度、故障诊断、绝缘性能、电气适应性、环境适应性及电磁兼容性能等相关试验方法和试验要求。   在国际标准方面,基于国内动力电池领域标准的工作,中国目前正积极参与国际标准规范的起草工作,包括电动汽车安全全球法规 (EVS-GTR)以及ISO TC22-SC37-WG3等。在电动汽车安全全球法规(EVS-GTR)方面,中国积极牵头参与电动汽车安全全球法规 (EVS-GTR),在一阶段,中国专家作为小组负责人,负责并主导TF1,TF5,TF8等工作组工作。在电动车遇水后的触电防护、电池热失控及热扩散、商用车安全要求等方面做了大量工作,并取得显著成果,正式发布UN GTR 20。   在第二阶段,中国将继续深度参与新能源汽车全球法规制定工作,在电动汽车动力电池热扩散、浸水安全、振动安全、有毒气体防护等领域发挥更加积极的作用。后续工作重点将是结合在EVS-GTR的工作基础,积极输出企业设计文件内容规范、热失控触发方法与判定条件等提案。   四、动力电池发展和测试评价体系建立的技术难点   1、动力电池新材料新体系的技术发展和测评方法 为了进一步降低电动汽车的生产成本,提高电动汽车的舒适性和安全性,动力电池需要突破当前的材料体系,进一步提高电池的能量密度,开发下一代新体系动力电池。在新材料体系的技术路线上,目前正在研发的是以高镍三元材料或富锂锰基材料为正极,锡基/硅基等合金类复合材料为负极的电池体系。 当前CATL/力神/国轩三个承担新能源汽车专项的项目团队采用高镍三元正极和Si/C负极,研制出比能量达到300Wh/kg的软包装锂离子电池,其中部分项目单位样品技术性能指标已接近应用要求。   在新体系电池的测试评价方面,当前动力电池的测试评价方法最小测试单元是电池单体。采用的测试方法均是对电池样品进行电信号、机械信号和环境信号的激励,通过测试样品的响应情况,判断其是否达到指标要求。为了探究动力电池性能和安全性能演变的关键因素,需要将动力电池测试评价方法拓展到电极和材料层级,发展一系列多层级的无损分析和失效分析方法。 随着锂离子电池基础理论的材料体系技术的突破,固态电池、锂硫电池、锂-空气电池都有可能实现具备产业化的前景。在测评技术方面需要提前布局,开展这类新体系电池的测试方法研究,尤其是以锂金属作为电极的动力电池的测试方法,建立相应的评价体系。   2、基于整车应用的动力电池测试评价技术 电动汽车广义上的测试评价应涉及研发、生产、运输、存储、使用、维修、报废等整个生命周期。作为电动汽车的关键部件,动力电池的测评技术应进一步与电动汽车的测评联系起来,基于整车工况、充电系统、车桩兼容、电能质量等电动汽车使用中的关键问题,开展围绕动力电池性能、安全性和可靠性的测试评价技术,形成更为全面、更为准确的测试评价技术体系。   五、2018年国家重点研发计划“动力电池测试与评价技术”   2018年由中汽中心牵头承担国家重点研发计划“新能源汽车”专项项目“动力电池测试与评价技术”,项目研究周期3年。研究内容为针对新能源汽车大规模应用对动力电池高水平测试评价的迫切需求,从动力电池复杂构效关系评价、动力电池性能演化模拟仿真与评价、动力电池管理系统精准评价、动力电池系统性能量化评价、动力电池数据库开发与应用5项关键技术开展研究,解决材料-电池-性能多尺度闭环构效关系获取与关联、全生命周期多维度性能演化规律研究与预测、系统集成应用多工况综合性能参数表征与量化3大科学问题。   重点建设动力电池材料、动力电池单体、动力电池BMS、动力电池系统4项测试评价标准化平台;建设动力电池材料、动力电池单体、动力电池BMS、动力电池系统4大产品数据库;形成相关测试评价标准。最终构建多尺度、多维度、多工况的动力电池测评体系,建成具有国际先进水平的综合测评平台,建立基于标准化测试方法和量化指标的产品数据库并实现应用。   项目的研究成果将加速先进检测技术与动力电池研发应用的融合,保障我国新能源汽车科学发展的全球领先地位,增强其应对国际激烈竞争的能力,促进我国动力电池产业健康快速发展。   总结:2018年,在国家政策和科技计划的支持下,动力电池测试行业得到了持续发展,测试评价技术也在深度和广度上都有了大幅度提升。在新能源汽车大规模应用的前景下,动力电池测试会基于新能源汽车全产业链的需求,集中力量突破行业所面对的关键问题和共性需求,构建更为完善的测试评价体系,推动新能源汽车产业技术升级。   版权声明:凡本网注明来源为"节能与新能源汽车年鉴"的,版权均属于本网,转载请注明来源。本网转载自其它媒体的信息,不代表本网观点,转载均有出处,对转载文章不存在侵权等法律问题。  
行业综述-动力电池装备

行业综述-动力电池装备

发布时间:
2020-07-06
随着市场需求的快速增长,新能源汽车产量规模从2014年8.3万辆增长到2017年81.1万辆,三年增长近10倍。动力电池是新能源汽车产业的重要组成部分,在新能源汽车产业的带动下,也保持快速增长。2018年国内新能源汽车销量突破125.6万辆,渗透率达到4.4%,动力电池配套量超过57.1GWh,直接拉动锂电池生产装备产值达206.8亿元,较2017年增长21.6%。 据高工产研锂电研究所(GGII)调研显示,2018年锂电池生产装备增长的主要原因有: 1)主流动力电池企业扩产提速,对整线生产设备及一体化设备需求快速增长。为应对后补贴时代,动力电池企业将降本提效作为2018年的主要任务之一,而自动化程度更高、效率更高的整线生产设备及一体化设备能较好满足主流动力电池企业的需求,因此以先导智能、大族激光、吉阳智能等为代表的整线生产企业占据CATL、比亚迪、国轩等主流动力电池企业的供给份额,实现快速增长; 2)高能量密度趋势下,对设备提出新需求。在补贴政策及市场需求双重导向下,高能量密度成为发展趋势,因此对高镍、大尺寸体系的动力电池生产设备提出新的需求,未来配套高镍及大尺寸体系的设备开发将成为设备企业布局的重点,如粉料干燥系统、高耐腐蚀注液设备、激光复合焊接技术等; 3)国产化率不断提升。国内锂电池产能快速扩张给国产设备带来良好发展契机,国内设备企业加大研发投入推出高端产品,在成本和服务的明显优势下,国产锂电设备不断向高端迈进,其产生的高附加值有力推动中国锂电设备市场规模发展; 4)产线改进升级,全自动化率逐渐提升。锂电池技术不断进步,对设备的效率、精度、稳定性、自动化等要求逐步提高,特别在动力电池对电芯的品质要求较高,因此全自动化设备市场需求逐步加大,大企业整线改造升级加速。 二、动力电池装备技术发展情况 中国锂电池生产装备的优势在于产业规模大,创新升级快,相对于半导体产业和汽车产业,锂电池生产装备的国产化率达到70%以上。劣势在于缺少规划协调,缺少行业规范,野蛮发展。由于工业基础薄弱,制造理念不够,粗制滥造现象严重,虽然产能大,但优质的设备不多,中国动力电池装备的规模占全球约35%~40%的份额。 中国动力电池装备技术的综合评估,核心优势在于:随着动力电池产品的需求快速换型优势、联合创新优势、价格优势以及技术不断创新升级优势。但在设备的稳定性以及大规模的生产经验上和国外还存在一定差距。这个差距需要一个逐步追赶的过程,工业基础的差异导致稳定性差异,这需要一定的时间去验证、去突破。 目前动力电池装备技术发展情况如下表: 三、目前亟需解决的技术难点及解决方案 目前,动力电池装备产业还存在诸多需要解决的关键产业技术、产业发展、优化问题,主要在以下方面: 1)动力电池及其零部件的标准化 产业标准的确立是制造业成熟的重要标志,锂离子电池产业是一个新兴的产业,由于技术发展很快,产品定型困难,导致标准的发展速度落后产业发展的速度。对于锂离子电池制造而言迫切需要解决的标准问题包括:电池的性能标准,电池材料及零部件的标准化:主要指电池的连接件、集流体、壳、安全阀、电池的对外电器、机械连接接口方式及尺寸;电池结构及尺寸标准:针对不同使用要求的电池,其结构变化很大,尺寸变化也很大,迫切需要一套锂离子电池产品标准来规范锂离子电池的设计、制造、使用、运输、比较、替换和回收,由于没有完善的标准,将极大地影响电池制造的工艺过程,电池装备的定型,更进一步影响装备的成熟、电池制造的效率及合格率;这对实施智能制造是非常重要的一步。 首先,组织行业领先的企业牵头,根据使用要求,结合其他电池的结构特点,以及利用三维CAD设计立体模型来分析确定常规特性和特型部件的尺寸,按照形状、大小分为几个大类,从而减少零件的种类及数量,提高制造加工的批量化程度。 其次,将形成的锂离子电池行业标准化尺寸和现状递交给国家相应的管理部门,为其他企业提供数据模板。行业内各个企业在已经制定的基本模板的基础上进行修改和建议,提出自己符合标准的电池形状和标准化尺寸,从而达到提高整个行业的标准化水平。 2)动力电池装备的数字化实施的难度 锂离子电池装备的数字化,是实施智能制造的关键环节,装备的数字化主要对装备的生产数据、装备运行数据、生产质量数据进行在线,离线,远程监控和调整。主要实施的难度在于锂离子电池制造过程复杂,涉及化学、电子、机械、材料种类多,材料状态变化,制造过程的影响因素多。因而对制造过程的质量、效率影响的参数也众多,限于成本的原因,我们又不能面面俱到,我们只能在质量和成本中取得动态平衡。在保证质量的前提下实现经济有效的控制。 四、 其他认为重要的方面 建议政府把动力电池制造装备列入汽车产业装备发展规划。高端装备是汽车产业的短板。就汽车行业而言,我国目前已成为世界第一汽车产销大国,我们的任务是建设汽车强国。从汽车产业链来看,对比汽车强国的目标,制造水平我国已与国际先进水平相当,创新能力、产品开发能力也在不断增强,而关键材料、核心部件和高端装备,就成为我国汽车产业的短板。首先没有高端装备能力,会影响我国汽车产业的安全发展。其次如果动力电池制造装备不能达到世界先进水平,动力电池的性能也不可能达到世界先进水平。因此动力电池产品必须与动力电池制造装备同步发展。 版权声明:凡本网注明来源为"节能与新能源汽车年鉴"的,版权均属于本网,转载请注明来源。本网转载自其它媒体的信息,不代表本网观点,转载均有出处,对转载文章不存在侵权等法律问题。
行业综述-动力电池回收循环与梯次利用

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发布时间:
2020-04-23
摘要:近年来,随着国内新能源汽车产业的兴起,作为新能源汽车的重要组成部分,动力电池的回收利用问题愈发受到社会的广泛关注。废旧动力电池回收体系建设以及安全问题引发重视,动力电池的综合利用技术还有诸多难点。本文从我国动力电池回收与梯次利用的产业现状和重难点问题入手,分析提出解决方案,预测产业未来发展需求与趋势。关键词:动力电池;回收体系;梯次利用;再生利用 一、2018年动力电池回收利用产业概述 1、
行业综述-车用燃料电池

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发布时间:
2020-04-22
2018年5月李克强总理访日期间特别关注丰田氢燃料电池车,在今年的《政府工作报告》他又明确指出“推动加氢等设施建设”;在博鳌亚洲论坛上,李克强总理又再一次强调“加快发展人工智能、自动驾驶、氢能源等新兴产业,并为科技成果转化提供更好的市场环境”。 国家发改委适时发布《汽车产业投资管理规定》,其中对新建车用燃料电池电堆/系统投资项目做出了条件限定,对企业法人、燃料电池电堆企业、燃料电池系统企业的能力都
行业综述-车用固态锂电池

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发布时间:
2020-04-21
电池作为一种实现化学能与电能互相转化的装置,在国民经济和国防工业中的地位十分重要。近些年来随着互联网技术和电子信息技术的高速发展以及电子仪器设备的智能化和小型化,移动电源市场需求激增。此外,全球范围内各国纷纷制定全面禁售燃油车的时间表,汽车电动化已成为不可逆转的趋势,动力电池的市场规模将超万亿。 固态锂电池以固体电解质替代了传统锂离子电池的电解液,一方面可以提高安全性与能量密度等综合性能,另一方面
行业综述-车用超级电容器

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发布时间:
2020-04-20
随着环境和能源问题的日益凸显,发展电动汽车、实现汽车能源动力系统的电气化,在国际上已经形成了共识。2018年7月的新闻发布会上,工信部表示将全面落实国务院印发的《打赢蓝天保卫战三年行动计划》,继续加大新能源汽车推广力度,争取2020年实现产销量达到200万辆左右的目标。 超级电容器具有高比功率、长循环寿命、充电时间短和使用温度范围宽等一系列优势,作为电动汽车的一种较理想的辅助或主动力源已得到了认可
行业综述-车用驱动电机及系统

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发布时间:
2020-04-16
根据中国汽车工业协会的数据,2018年我国新能源汽车产销量分别完成127万辆和125.6万辆,较上年同期分别增长59.9%和61.7%,连续多年保持高速增长。数据表明,汽车动力电动化已成为汽车行业必然趋势,新能源汽车市场形势仍将持续保持快速发展。驱动电机是新能源汽车核心关键部件,在我国“三纵三横”的研发布局和多年国家科技项目的支持下,我国新能源汽车驱动电机系统技术和产业伴随国家新能源汽车同步快速发