鉅大LARGE | 點擊量：966次 | 2021年10月21日
鋰離子電池支撐著我國的電動客車的發(fā)展
在2008年北京奧運會期間，50輛純電動的大巴在奧運村投入運營，這是電動客車在我國最早的大規(guī)模應用，也是國際上第一次大規(guī)模應用鋰離子電池電動大巴。時至今日，電動客車得到了更加豐富的發(fā)展，重要包括純電動客車及插電/增程式混合動力客車兩個方向。其中，純電動客車的技術模式還包括電池快換模式、整車快充模式、整車慢充模式、雙源制在線充電模式等。
我國科學院物理研究所實驗室研究員黃學杰向我國客車網(wǎng)記者介紹說，雖然由于政策、技術及市場因素的影響，當前我國的電動客車以插電/增程式混合動力客車為主，但純電動客車的技術模式也在不斷的發(fā)展過程中。奧運會上的電動巴士采用的是電池快換技術，目前，在上海、重慶等一些地區(qū)應用的是整車快充模式，但整車慢充模式的應用范圍相對更廣一些。除了這些，雙源制在線充電模式的技術也正處于快速的發(fā)展過程中。
“無論采用哪種模式的電動客車技術路線，電池的用途都是不容忽視的?！秉S學杰表示，不同的技術模式，對電池的要求也是有差異的。比如雙源制在線充電模式，這種技術路線就對電池的壽命提出了更高的要求。那么，現(xiàn)在我國電動客車的電池發(fā)展情況如何？在“十三五”期間，電池的發(fā)展方向是什么？
我國科學院物理研究所實驗室研究員黃學杰
鋰離子電池支撐著我國的電動客車的發(fā)展
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
目前，在我國無論是插電式客車、純電動客車還是雙源制電動客車，鋰離子電池毫無疑問都是“主角”，我國的電動汽車電池還局囿于鋰離子電池的發(fā)展階段。
鋰離子電池的工作原理是依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作，即在充放電過程中，Li+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌。一般采用含有鋰元素的材料作為電極，因為很多材料都可以被用來做鋰離子電池，所以鋰離子電池的種類和用途有很多。要想滿足動力鋰離子電池的材料，要滿足以下兩個條件：首先就是電池安全系數(shù)要高，其次由于車用電池用量較大，因此材料的成本要低。在考慮這兩個條件之后，能夠做汽車電池的材料只有錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料、高壓鋰鎳錳尖晶石等。
黃學杰說：“在所有適用材料中，磷酸鐵鋰的鋰離子電池支撐了目前我國新能源汽車的示范運營。雖然磷酸鐵鋰在一些方面存在不足，但它具有安全性高、壽命長、成本相對較低等特點，另外，由于國際上在磷酸鐵鋰的專利保護方面對我國‘網(wǎng)開一面’，因此給了我國的磷酸鐵鋰鋰離子電池的產(chǎn)業(yè)發(fā)展供應了機遇。在我國的電池產(chǎn)業(yè)和制造水平較低的階段，酸鐵鋰鋰離子電池維持了我國包括電動客車在內(nèi)的大規(guī)模電動汽車的運營?！?/p>
當前，在我國的純電動客車品牌中，中通純電動LCK6660EVG采用的就是磷酸鐵鋰離子電池。經(jīng)過市場的反饋，該電池類型具有充、放電效率高，安全性高、耐高溫性好等優(yōu)點。另外，宇通純電動客車E系列包括E7、E8、E10、E12等從7米到13米的全系列純電動公交，其采用的是國內(nèi)著名的電池生產(chǎn)商ATL的電池，也是磷酸鐵鋰離子電池技術路線。
除了中通和宇通，海格KLQ6129GEV純電動城市客車采用的也是鋰離子電池組，具有較好的動力性，充電4～5小時即可行駛180公里以上，采用集中快速更換電池的方法，完全可以滿足城市公交客車的要。
根據(jù)不同電動客車技術模式，選擇不同材料構成電池
鋰離子電池作為目前電動汽車電池的主力軍，其適用并不是一概而論的。例如，用到混合動力客車上，則需對其正負極材料進行調(diào)整。目前，鋰離子電池的正極材料多采用鋰鐵磷酸鹽，負極材料多采用石墨，這種構成會影響電池的快充性能。因此，對快充客車或者雙源制客車，其鋰離子電池的負極就應該加上一半以上的硬碳材料，則充電性能則會得到大規(guī)模的提升。
市場上，大金龍純電動公交XMQ6661AGBEV1就是快充鋰離子電池，采用快速充電方式，單次充電里程100km，15min充滿，實際使用單趟或者來回一趟充電一次，充電5-7min。鋰離子電池壽命長達6-8年，因此在整車生命周期中無需更換。
“面對不同車輛的應用需求，我們應該調(diào)節(jié)電池的正極與負極的材料，以滿足其實際的充電需求。”黃學杰表示，“目前國際上也有成功的案例，通過正負極材料的調(diào)整，讓電池的充放電滿足了混合動力客車的需求?！?/p>
除了對電池材料的合理調(diào)配，目前，由金旅首創(chuàng)的以超級電容儲能的混合動力系統(tǒng)和以超級電容與鋰離子電池復合儲能的混合儲能方式也已得到行業(yè)的認可，并在市場上得到廣泛推廣，其純電動考斯特車型XML6700JEV更是得到了市場的良好反應。
電池應用環(huán)境“熱管理”可影響電池壽命
黃學杰介紹，電池的性能會受到電池應用環(huán)境的影響。法國一家著名的電池公司曾對電池應用環(huán)境進行測試，在常溫下進行6000次的循環(huán)，電池的容量仍可達到80%，但假如溫度提升到45度，進行1000次左右的循環(huán)，容量就會掉到80%，循環(huán)到2000次左右，就會降到70%。
2008年左右，我國就在磷酸鐵鋰離子電池在取得了技術上的突破，產(chǎn)品也逐漸走向成熟并走向國際市場。但經(jīng)過多年的發(fā)展，一些電動客車對電池的應用仍沒有達到最佳的水平，其中一個最重要的原因沒有進行恰當?shù)臒峁芾砜刂啤?/p>
目前國內(nèi)有很多電動客車，尤其是純電動大巴，運營的環(huán)境溫度較高，但沒有進行合理的熱管理。三年使用時間過后，磷酸鐵鋰離子電池的容量基本上就剩下60%左右，有的甚至更低。這也影響了純電動大巴在用戶心中的形象，造成推廣上的困難?！傲姿徼F鋰離子電池只有在通過嚴格的管理控制好最高工作溫度的情況下，才能給真正滿足純電動大巴的需求?！秉S學杰表示。
“十三五”期間，多項舉措促進電動汽車電池的發(fā)展
合肥國軒高科動力能源股份有限公司總經(jīng)理方建華認為，目前以國軒為代表的量產(chǎn)型動力鋰離子電池公司，技術水平穩(wěn)定，已經(jīng)基本做到了滿足當前客車與公交運營的需求。方建華介紹，國軒以“量產(chǎn)應用”促“技術發(fā)展”，同時量產(chǎn)應用也對電池的可靠性、一致性、穩(wěn)定性、安全性形成了最好的檢驗。
當然，動力鋰離子電池作為新興高科技產(chǎn)業(yè)，技術發(fā)展面對著更多提升空間或發(fā)展挑戰(zhàn)。“現(xiàn)在整車公司、運營客戶不斷對電池提出更高的要求，這是電池技術進步的動力。我們相關公司要在此基礎上，將成本控制與實用價格進行有效協(xié)調(diào)，促進新能源客車產(chǎn)業(yè)化的進程?！狈浇ㄈA表示。
“十三五”規(guī)劃期間，國家對電動客車電池的發(fā)展目標是減少電池磚，提升電池利用率，發(fā)展高功率長壽命的電池。黃學杰介紹，目前我國的高功率長壽命的電池的比能量可達到50Wh/kg，部分技術已可達到100Wh/kg。預計到2020年，乘用車的電池比能量可達到300Wh/kg，而客車動力鋰離子電池將達到150Wh/kg。高功率、長壽命電池的發(fā)展，將對新能源客車的發(fā)展出現(xiàn)積極的影響。
黃學杰還透露，在財政部專項資金的支持下，“十三五”期間，我國科學院物理研究所將建立國家電池綜合分析測試平臺。這一平臺將對全球開放，面向各種研究機構、公司等的電池產(chǎn)品。這樣，將會更好的把脈各國的電動汽車的電池發(fā)展水平，尤其是對我國的電動汽車電池的發(fā)展將起到積極的促進用途。
動力鋰離子電池制造工程化能力，包括制造裝備與工藝能力是決定一個國家電池發(fā)展水平的基礎?！皠恿︿囯x子電池產(chǎn)業(yè)化的工藝和裝備一直是我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展的短板，過去為了生產(chǎn)好電池，就必須從國外進口相關生產(chǎn)設備，不僅提高了電池成本，還為規(guī)?；a(chǎn)帶來困難。”黃學杰表示，“十三五期間，除了測試平臺的建立，相關部門還將加大動力鋰離子電池工藝和裝備的研究水平。目前在工信部和財政部的支持下，我國科學院工業(yè)技術研究院已建立了電池工藝和裝備研究平臺，更好的服務我國的動力鋰離子電池產(chǎn)業(yè)。”
除了國家的努力，公司也在做著不懈的改進。方建華介紹，隨著市場競爭的加劇，動力鋰離子電池供應將呈現(xiàn)集約化趨勢，規(guī)?；?jīng)營、量產(chǎn)以及成本控制能力的競爭會越來越強。目前國軒已經(jīng)建立了系統(tǒng)的技術研發(fā)體系，完善了工藝設備定制，達到生產(chǎn)一代、儲備一代、研發(fā)一代的目標，保證電池研發(fā)技術持續(xù)可靠進步，制造工程能力的持續(xù)提升。
在既有的電池發(fā)展水平的基礎上，“十三五”規(guī)劃對電動汽車尤其是電動客車電池的重視，以及像國軒這樣公司的自身的努力，將為我國動力鋰離子電池的發(fā)展迎來新的“春天”。我們相信，“十三五”期間，客車電池將迎來發(fā)展的成熟期，同時我國的純電動客車也將迎來新一輪的發(fā)展熱潮。
