鉅大LARGE | 點擊量:615次 | 2021年10月25日
電動客車動力鋰電池安全與成本孰為第一? 專家有話說
新能源汽車成為國家戰(zhàn)略,新能源客車首當其沖,運營容量大,專業(yè)化管理,都使得新能源汽車在新能源客車上突破成為可能,新能源客車將是破解決新能源汽車發(fā)展迷局的最重要的窗口。克服困難的過程,即是行業(yè)發(fā)展的過程;面對挑戰(zhàn)的過程即是突破的過程。我國新能源汽車前瞻前沿技術(shù)工作者,遇強則強,解決問題。電池、電機、電控被認為是新能源客車發(fā)展的三大核心技術(shù),其中,最大的瓶頸在電池。多年新能源客車的實踐應用,積累的豐富的應用相關相關經(jīng)驗,也積累了豐富的前沿研發(fā)成果。2015年五月二十日,北京市政協(xié)會議中心會議室,會議以自由討論的方式進行,允許插話,允許討論,允許反駁,一場優(yōu)秀專家自由座談會(陳立泉院士,吳峰、歐陽明高、來小康、邱新平、夏定國、肖成偉、王兆翔),談出了前沿專家們的所思所想。
電池安全管理是電池系統(tǒng)管理的重中之重。以TESLA為例,TESLA在電動汽車電池成組系統(tǒng)管理方面有一定的相關相關經(jīng)驗可循,盡管TESLA采用的電池是松下瀕臨倒閉電池單體,TESLA在電池成組與系統(tǒng)方面申請了大量專利,公開專利分析顯示,TESLA的電池系統(tǒng)由單體電池,冷卻管道,滅火劑管道,傳感通信,電線管道,隔熱層等組成,16個模塊組成電池系統(tǒng),底部防彈鋼板,上面加隔熱防火層。熱失控是動力鋰離子電池最常見電池故障,熱失控通常是由單體電池引起的。首先熱失控首先是通過冷卻管道預防的,這是電動汽車正常行駛的必要條件。熱失控的第一階段是由單體電池熱引起的,失控出現(xiàn)煙火,第一時間通過光纖傳輸?shù)今{駛區(qū),第一時間通過滅火劑管道自動噴出滅火劑,消除。熱失控的第二階段是由第一階段熱失控擴展造成的,第一階段滅火效果不好,可能激發(fā)整個電池組單元的滅火劑噴發(fā),發(fā)揮放大強度的滅火降溫能力。假如第二階段仍然無法壓制熱失控問題,上下隔熱層與安全鋼板的防護下,讓煙火從旁路噴出,普通外界才會看到明煙明火。這種多級熱失控防護專利設計從分層次進行安全管理,確保將安全隱患消滅到萌芽階段,讓乘客有足夠的時間來應對和撤離。大客車乘載人數(shù)多,人員撤離慢,電池系統(tǒng)防護設計上更要考慮傳感器先知,有序撤離,以及充分的撤離時間。TESLA層層專利,是電池的成組技術(shù)與系統(tǒng)技術(shù),是值得大客車電池成組與系統(tǒng)借鑒。當然電池組隱患還可能來自內(nèi)短路與外短路,內(nèi)短路要通過儀器進行一致性辨識,提前發(fā)現(xiàn);外短路要精細化電池外聯(lián)接與外包裝。
成本第一,還是安全第一?兩者都很重要。專家代表說,車載動力鋰離子電池對商用客車來說,客車是大眾公共交通工具,人員裝載容量大,一旦出現(xiàn)問題,逃生撤離要的時間長;因此,動力鋰離子電池系統(tǒng)管理應該首要考慮安全要素,一方面,電池所用材料質(zhì)量要求高,另一方面,電池成組技術(shù)要求高。
安全是底線,可接受的成本才是起跑線。只有在成本符合公交公司經(jīng)濟規(guī)則,才可能被接受。因此,在現(xiàn)階段,電動汽車的電池補貼政策是必須的和必要的。電池成本高,電池容量有限,充電時間長,是當前動力鋰離子電池的固有問題,在政府大規(guī)模倡導下得到一定的緩解,全國各地紛紛制訂純電動客車推廣使用的具體措施。電動汽車發(fā)展伴隨著基礎產(chǎn)業(yè)的持續(xù)進步,座談會中部分專家,直接影響著國家對新能源汽車發(fā)展政策扶持的力度。專家表示,要充分了解公共交通運輸?shù)馁徶贸杀?、使用成本等客觀狀況,制訂出貼合公司需求,國家戰(zhàn)略的扶持鼓勵政策來。國家制定了2015-2020年的純電動客車運營補貼計劃,就是補貼電動客車采購過程中電池價格過高的問題,這是以政府力量支持產(chǎn)業(yè)發(fā)展的鮮明案例。專家表示,有理由相信,未來幾年電池將取得突破性進步,隨著能量密度提升與單位存儲成本的降低,將逐步擺脫補貼困局。
材料學的專家表示,動力鋰離子電池技術(shù),其實重要是電化學與材料科學,動力鋰離子電池的開發(fā)的難度在于綜合性能的提升比比能量提升更難。專家認為,1、按功率設計的磷酸鐵鋰離子電池也是可以快充的,2、在現(xiàn)階段,磷酸鐵鋰的量產(chǎn)成熟度要比三元材料、多元復合材料更高的;3、從材料層面講,磷酸鐵鋰比三元材料、多元復合材料具有更高的安全性,但三元材料、多元復合材料在能量密度方面比磷酸鐵鋰有優(yōu)勢;4、使用相同體系材料的電芯在安全性和其它性能方面是有優(yōu)劣勢之分的,這種差距有時還會很大。電芯研發(fā)和制造在化學體系選擇、電芯材料研發(fā)、電芯設計、測試驗證、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)環(huán)境等方面,都有極為嚴格的要求;要做好電池,對電池廠設計制造的整體實力要求很高,投資很大、技術(shù)積累時間長;6、按照用途不同,電池設計有功率型和能量型之分,只有在同類型的電池之間比較功率或能量密度才是有意義的。
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%
動力鋰離子電池最普遍的是鋰離子電池,鋰離子電池與鉛酸、鎳氫等電池相比,具有電池電壓高、比容量高、循環(huán)壽命長、自放電率低、無記憶效應等優(yōu)點。鋰離子電池構(gòu)成包含正極材料、負極材料、電解液、隔離膜和電池外殼(含電極)等幾部分,充放電通過鋰離子在正負極之間嵌入和脫出實現(xiàn)。主流的鋰離子電池重要按照正極材料來分類,有鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元(鎳鈷錳混合)、磷酸錳鐵鋰而電池。其正極材料一般是錳酸鋰(東芝)或三元(CATL)。
純電動客車在動力鋰離子電池選擇方面都考慮些什么?事關公共交通安全,在新能源客車電池選擇方面應有著苛刻的要求,如對電池供貨前進行嚴格的充放電性能測試、熱衰退測試、破壞性測試等,以盡可能保證電池使用過程中安全無憂。從客車行業(yè)運營實踐及大量客戶案例來看,動力鋰離子電池選擇磷酸鐵鋰體系反復考量了以下要素,第一、動力鋰離子電池安全特性,選用磷酸鐵鋰安全性能良好,未發(fā)生過起火、冒煙等安全問題。其二,從使用壽命角度,可達到與車輛運營生命周期相當?shù)拈L壽命;其三,在能量密度方面,開發(fā)標準化、模塊化、集成化的電池系統(tǒng),在保證安全的前提下,可降低系統(tǒng)重量,提高電池系統(tǒng)的能量密度;第四,在充電速度方面,可兼顧速度、效率和安全;其五,環(huán)境適應性,系統(tǒng)溫度適應性寬,可適應高寒高熱地區(qū),防護等級高(IP67),可在高海拔地區(qū)正常運行。
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