深度：2020年動(dòng)力電池技術(shù)進(jìn)化引發(fā)新能源市場(chǎng)變革

時(shí)間:2020-01-04 12:15來(lái)源:換個(gè)角度看車(chē)市 作者:綜合報(bào)道
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      隨著電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池技術(shù)的快速發(fā)展，動(dòng)力電池系統(tǒng)能量密度從最初的不到100wh/kg已經(jīng)發(fā)展到目前的180wh/kg。而據(jù)動(dòng)力電池業(yè)內(nèi)人士表示，2020年動(dòng)力電池單體能量密度超過(guò)300wh/kg，系統(tǒng)能量密度達(dá)到240wh/kg已無(wú)懸念。如果對(duì)240wh/kg這個(gè)數(shù)字沒(méi)有什么概念的話(huà)，那如果說(shuō)一臺(tái)緊湊級(jí)純電動(dòng)汽車(chē)充滿(mǎn)一次電能夠行駛超過(guò)800km，就能夠清楚的知道這個(gè)系統(tǒng)能量密度240wh/kg是什么意思了。
 
       電動(dòng)汽車(chē)可以跑得更遠(yuǎn)的同時(shí)，一個(gè)重要問(wèn)題出來(lái)了：
 
       充電效率跟續(xù)航里程一樣，制約著電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展和普及。隨著三電系統(tǒng)電壓的提升，原本400伏電壓平臺(tái)將逐漸的被摒棄，而以保時(shí)捷Taycan為代表車(chē)型的800伏電壓平臺(tái)，以及比亞迪為代表的600伏電壓平臺(tái)，將逐漸取代老舊的400伏電壓平臺(tái)。
 
       除了系統(tǒng)成本降低、效率提升之外，高電壓系統(tǒng)最大的好處就是讓電動(dòng)汽車(chē)的充電效率大幅提升。以保時(shí)捷taycan為例，保時(shí)捷taycan的充電功率最高達(dá)到了250千瓦，充電5分鐘可行駛100公里。而目前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的絕大部分車(chē)型的最高充電功率僅僅維持在60-80千瓦左右。而以國(guó)家電網(wǎng)為主導(dǎo)的360千瓦快充標(biāo)準(zhǔn)及整車(chē)應(yīng)用，也將合適時(shí)機(jī)與北汽新能源聯(lián)合推出。
 
       可以想象，2020年及以后的2年內(nèi)，電動(dòng)汽車(chē)單次續(xù)航里程以及充電效率將基本上解決。一臺(tái)單次充電續(xù)航800公里、充電時(shí)間只有20分鐘左右的電動(dòng)汽車(chē)，已經(jīng)基本上具備了顛覆傳統(tǒng)燃油汽車(chē)的能力。
 
       冬季電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程縮水，又一個(gè)重要問(wèn)題出來(lái)了：
 
       在氣溫低至-20℃的冬季室外使用手機(jī)，續(xù)航能力將大大降低，基本上10分鐘左右手機(jī)就會(huì)直接關(guān)機(jī)。這是鋰離子電池的特性，低溫環(huán)境下電池活性會(huì)迅速降低導(dǎo)致。
 
       同理，一臺(tái)電動(dòng)汽車(chē)在冬季的低溫環(huán)境下正負(fù)極之間的離子移動(dòng)將變得困難，對(duì)應(yīng)的電池的活性也將大大地降低。所以，很多電動(dòng)汽車(chē)車(chē)主在冬季使用車(chē)輛的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，續(xù)航里程往往只能達(dá)到其他季節(jié)的一半左右的表現(xiàn)，同時(shí)充電的效率也大大地降低，甚至于在較為極端的環(huán)境下根本充不進(jìn)去電。
 
       似乎動(dòng)力電池?zé)峁芾硪呀?jīng)成為業(yè)內(nèi)的最大難題。如果沒(méi)有好的解決方案，電動(dòng)汽車(chē)在高緯度地區(qū)的普及將大大受阻。這個(gè)問(wèn)題如何解決似乎已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)的最大痛點(diǎn)。
 
       如何解決動(dòng)力電池極端氣候充放電效率不足，另一個(gè)重要問(wèn)題出來(lái)了：
 
       現(xiàn)在，已經(jīng)有很多的車(chē)廠或動(dòng)力電池廠商，通過(guò)物理保溫的方式給電池系統(tǒng)加上隔熱性能較好的保溫材料。這樣一來(lái)，動(dòng)力電池總成在冬季低溫環(huán)境下的確可以獲得較好的保溫效果。通過(guò)物理隔熱可以緩解冬季低溫環(huán)境動(dòng)力電池活性降低、續(xù)航里程嚴(yán)重縮水的問(wèn)題。但是夏季高溫環(huán)境下，動(dòng)力電池散熱弊端又顯現(xiàn)出來(lái)。
 
       目前三元?jiǎng)恿﹄姵仄毡槎加袩岱�(wěn)定性差，動(dòng)力電池溫度超過(guò)200℃就會(huì)造成熱失控，并導(dǎo)致電池起火甚至爆炸的危險(xiǎn)。相交于冬季續(xù)航里程嚴(yán)重縮水，夏季動(dòng)力電池?zé)崾Э仄鸹鸨ǖ奈：λ坪醺�。所以最近兩年采用物理隔熱的方式的還較少。沒(méi)有辦法徹底解決高溫環(huán)境下的熱失控的問(wèn)題，冬季低溫環(huán)境的保溫或者加熱的需求似乎需要靠邊站。而目前我們?cè)谑袌?chǎng)上能夠買(mǎi)到的電動(dòng)汽車(chē)，更多的在高溫?zé)崾Э胤矫孀鲎懔斯φn，汽車(chē)廠商寧肯冒著冬季被廣大的用戶(hù)詛咒和謾罵，也不愿意冒著高溫?zé)崾Э貙?dǎo)致車(chē)輛起火爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，去解決冬季低溫環(huán)境的續(xù)航嚴(yán)重縮水的問(wèn)題。
 
       難道真的就沒(méi)有解決的辦法了嗎？
 
       其實(shí)從今年開(kāi)始，國(guó)內(nèi)的部分動(dòng)力電池廠及整車(chē)制造商，已經(jīng)開(kāi)始在這方面持續(xù)的探索、測(cè)試并取得了一定的成績(jī)（裝車(chē)驗(yàn)證）。
 
       首先，在動(dòng)力電池包結(jié)構(gòu)方面，明后兩年原本異形結(jié)構(gòu)的動(dòng)力電池技術(shù)將逐漸的變成平板動(dòng)力電池技術(shù)。原本在后座椅下面凸起或者做成“土”字形的動(dòng)力電池總成將被逐漸淘汰。而純平面的超薄方形電池技術(shù)和成品將逐漸普及并裝車(chē)全面應(yīng)用。
 
       其次，動(dòng)力電池總成的厚度也將控制在10-15mm左右，而容納電芯的模組結(jié)構(gòu)也將取消，取而代之的是電芯單體直接成組的結(jié)構(gòu)（也就是寧德時(shí)代所宣傳單CTP cell to pack結(jié)構(gòu)）。隨著動(dòng)力電池總成結(jié)構(gòu)的改變，熱管理系統(tǒng)技術(shù)和控制策略也將發(fā)生根本的改變。
 
       動(dòng)力電池總成內(nèi)部的電芯（單體）被側(cè)向設(shè)定，電極一面將布置在電池總成的外側(cè)并放置導(dǎo)熱槽結(jié)構(gòu)，確保一旦發(fā)生熱失控的時(shí)候，能量流將通過(guò)導(dǎo)熱槽的預(yù)設(shè)渠道釋放至動(dòng)力電池總成外部。同時(shí)，在電池單體之間通過(guò)氣凝膠隔熱（保溫），避免或減緩電芯熱失控后對(duì)旁邊電芯影響，延長(zhǎng)電池總成能量釋放的時(shí)間，給乘員提供更長(zhǎng)的逃生時(shí)間。
 
       在高溫?zé)峁芾矸矫�，除通過(guò)BMS（電池管理系統(tǒng)）多點(diǎn)監(jiān)控電池溫度的變化之外，平板式的“口琴管”結(jié)構(gòu)將鋪滿(mǎn)整個(gè)動(dòng)力電池總成上下表面，“口琴管”結(jié)構(gòu)中間流通的冷卻液通過(guò)主動(dòng)式循環(huán)將多余的“熱量”迅速的循環(huán)并由水冷板模組接入電動(dòng)壓縮機(jī)帶來(lái)的“冷量”進(jìn)行交換式主動(dòng)冷卻降溫。
 
       在低溫?zé)峁芾矸矫�，除通過(guò)PTC模組加熱冷卻液（不超過(guò)35℃）讓電池迅速升溫之外，在熱循環(huán)結(jié)構(gòu)之上也同時(shí)采用了隔熱性能良好的保溫材料進(jìn)行包覆。確保在極端低溫環(huán)境之下盡量保持動(dòng)力電池內(nèi)部電芯的溫度處于15攝氏度以上。而保溫材料下層的“口盡管”結(jié)構(gòu)也能夠在夏季高溫工況擁有迅速釋放“熱量”的能力，避免熱失控的發(fā)生。
 
       筆者有話(huà)說(shuō)：
 
       新能源情報(bào)分析網(wǎng)早在2006年開(kāi)始追蹤新能源技術(shù)軍用化和民用化發(fā)展。由于在2014年之前，中國(guó)新能源未能形成完整、成熟且低成本的全產(chǎn)業(yè)鏈，以至于制約新能源車(chē)發(fā)展的動(dòng)力電池技術(shù)不能很好地“通過(guò)市場(chǎng)手段”推廣。2014年之后，中國(guó)開(kāi)啟新能源核心技術(shù)、整車(chē)應(yīng)用及全產(chǎn)業(yè)鏈作為重要政策全速發(fā)展的新時(shí)期。
 
       今天，通過(guò)各大動(dòng)力電池廠及少數(shù)整車(chē)制造商的持續(xù)努力，在未來(lái)的兩年之中，電動(dòng)汽車(chē)不論是在續(xù)航里程還是在充電效率、亦或是冬季低溫環(huán)境下性能保持等方面，將有發(fā)生非常巨大的變化。而在這些性能短板全部補(bǔ)齊之后，電動(dòng)汽車(chē)與燃油汽車(chē)全面競(jìng)爭(zhēng)的時(shí)代也將正式地拉開(kāi)序幕。
 
       至此，電動(dòng)汽車(chē)目前的售價(jià)遠(yuǎn)比同級(jí)別的燃油汽車(chē)價(jià)格貴很多，憑什么跟燃油汽車(chē)直接競(jìng)爭(zhēng)？關(guān)于這一點(diǎn)，筆者想說(shuō)的是，全面競(jìng)爭(zhēng)的開(kāi)始一定是從高品牌附加值（比如說(shuō)保時(shí)捷Taycan、特斯拉、奔馳、寶馬、奧迪等等高溢價(jià)產(chǎn)品開(kāi)始）開(kāi)始與燃油汽車(chē)直接競(jìng)爭(zhēng)，至于低價(jià)格的普及型產(chǎn)品要么集中在營(yíng)運(yùn)性質(zhì)車(chē)型上，要么需要等到新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)規(guī)模足夠大，整體成本能夠與燃油汽車(chē)抗衡的時(shí)候才會(huì)出現(xiàn)大面積替代的發(fā)生。
 
(責(zé)任編輯：子蕊)
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