鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:569次 | 2022年07月27日
低速電動汽車造百億鋰電池市場 如何搶食?
在今年電動汽車百人會動力的電池論壇上,大家都在熱烈地討論如何達(dá)到那些宏偉的車用動力鋰電池目標(biāo):比如車的配電量要在80千瓦時甚至100千瓦時,續(xù)航里程為500公里,比如15分鐘充電行駛400公里,比如PACK每度電不超過800元,電芯做到600元等等。
一方面各鋰電廠商追隨主機(jī)廠,在高能量密度、快充、高安全性的道路上蒙眼狂奔。在補(bǔ)貼政策對能量密度和里程的刺激下,各種純電動汽車的續(xù)航從150公里、260公里、380公里,一路追高。另一方面,和此同時,在以低速電動汽車為代表的經(jīng)濟(jì)性短途代步市場上,當(dāng)他們在產(chǎn)品升級和標(biāo)準(zhǔn)的雙重壓力下開始升級動力系統(tǒng)的時候,卻發(fā)現(xiàn)找到合適的鋰電系統(tǒng)并不是一件容易的事情。
長續(xù)駛里程、快充是電動汽車的發(fā)展方向,但一定是500公里、600公里、700公里這樣往前走嗎?在低速行駛的城市工況下,假如每天上下班30公里,車上卻裝著一個300公里的電池包,這樣的配置使得系統(tǒng)能量效率低下,也并不經(jīng)濟(jì)。
針對這個問題,CATL的創(chuàng)始人曾毓群提出動力鋰電池市場化的途徑,即:針對細(xì)分市場的不同需求,推出不同的平臺產(chǎn)品——
特別路權(quán)型市場:比如北京、上海限行限購下的BEV市場,用戶期待能完全替代燃油車,要求長續(xù)航、要快充等。
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%
經(jīng)濟(jì)性市場:滿足日常短途代步,要求低價和基礎(chǔ)安全性能。
運(yùn)營型市場:高度可靠性的電池、高循環(huán)壽命,高性價比,不要快充。
性能型市場:騷包型,追求極致產(chǎn)品,比如TSLA,EP9超跑等。
在國家相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求下,低速電動汽車的鋰電化進(jìn)程突然加速。這是一個目前產(chǎn)銷量超過新能源汽車,且有很大潛力待發(fā)掘的市場,那么目前的鋰電廠商應(yīng)該怎么樣更好地和低速電動汽車的產(chǎn)品特性結(jié)合起來,切入這一塊市場呢?
本文將以一款行業(yè)典型的330車型產(chǎn)品為例子,進(jìn)行分析。
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測繪、無人設(shè)備
某330車型,整備質(zhì)量849kg,裝備6塊12v100AH免維護(hù)鉛酸電池,電機(jī)功率5kw。采用免維護(hù)鉛酸電池,比能量約34wh/kg,成本約580元/度。
1.能量密度選擇
鉛酸版:電池重量約210kg,占整車重量比例為25%。
根據(jù)2017年補(bǔ)貼政策中電池能量密度的具體要求:純電動乘用車動力鋰電池系統(tǒng)的質(zhì)量能量密度不低于90Wh/kg,對高于120Wh/kg的按1.1倍給予補(bǔ)貼。
在磷酸鐵鋰方面,目前市場上大部分的電池系統(tǒng)能量密度水平在70wh/kg-80wh/kg左右,90wh/kg公司容易達(dá)標(biāo),120wh/kg要努力。在三元鋰電池方面,90wh/kg已經(jīng)超過,做到120wh/kg的公司不多。
能量密度高一級,電池的安全性保證難度也隨之提高。低速車既沒有補(bǔ)貼,又不追求過高里程,標(biāo)準(zhǔn)對車型的重量規(guī)定800kg也比較容易達(dá)到,80-90wh/kg的能量密度足夠。成本>能量密度。
鋰電版:電池系統(tǒng)重量約80kg,占整車重量比例為11%。
2.充電特性
低速電動汽車當(dāng)前重要客戶群體的充電特性:
一、普遍接受慢充,鉛酸電池的充電時間約8-10小時;
二、沒有充電樁,采用家用220v系統(tǒng)充電;
三、大部分客戶白天使用,夜晚充電。
高速車要求的快充,要提升功率性能,在電池整體的各個環(huán)節(jié)中都要下功夫,包括正極、負(fù)極、電解液、隔膜和結(jié)構(gòu)設(shè)計等。大電流充電會導(dǎo)致焦耳發(fā)熱效應(yīng)加劇(Q=I2Rt),并帶來電池內(nèi)的材料副反應(yīng)分解、產(chǎn)氣等一系列問題,危險系數(shù)驟然新增。
有關(guān)低速電動汽車的鋰電系統(tǒng),基本不考慮快充,0.5C充電,3-5小時,足夠滿足客戶需求。成本>能量密度。
3.電壓選擇
根據(jù)《GB-T18384.3-2001電動汽車安全要求第3部分:人員觸電防護(hù)》規(guī)定:工作電壓低于60V,屬于A級電壓的電路,不要求供應(yīng)觸電防護(hù)。
現(xiàn)有低速電動汽車產(chǎn)品工作電壓重要有48V、60V、72V幾種,將電壓控制在60v以下,相有關(guān)高速車,可以節(jié)省高壓系統(tǒng)的成本。
4.放電性能
該330車型,瞬間最大電流300A,正常行駛過程中,電流約60-90A。選取一種市場常見的18650電芯,規(guī)格型號如下:
將動力系統(tǒng)設(shè)置為60v120AH,即電芯先并聯(lián)60個,再串聯(lián)16組??梢钥闯龀掷m(xù)放電電流和最大瞬間放電電流都滿足要求。根據(jù)低速電動汽車的參數(shù)特性,可優(yōu)先考慮成本,選擇普通電芯性能。
5.溫度管理
低速電動汽車的市場具有明顯的地域特性,山東河南約占60%左右的銷量。
山東全省年平均氣溫在13℃左右。一月全省氣溫最低的區(qū)域,一般在-3℃左右;其它地區(qū)多數(shù)都在-2.0~-1.0℃。河南全省多年平均氣溫12.8~15.5℃,全省冬季寒冷,最冷月(一月)平均氣溫在0℃左右。對電池低溫性能要求相對較低。
低速電動汽車來講:
成本>低溫性能提升
成本>系統(tǒng)發(fā)熱管理
6.循環(huán)壽命
循環(huán)壽命越長越好嗎?要根據(jù)產(chǎn)品特性,綜合設(shè)定,滿足所需為最佳:
低速電動汽車消費(fèi)者,除開一部分出租車?yán)?、送貨的,占最大比例的是日常出行代步。根?jù)第一電動網(wǎng)公布信息,消費(fèi)者一個月的行駛里程,小于1000公里的占90.8%。通過這張圖可以看到月行駛里程在300公里左右的人會比較多。在1000公里以上的非常少,2000公里以上的幾乎沒有。而市場主流產(chǎn)品的續(xù)航里程在80-120km之間,也印證了這一統(tǒng)計。
根據(jù)上圖數(shù)據(jù),每月1000km,每天35km,每年12000km。充電一次續(xù)航100km,平均每2天充一次電,即一年180次循環(huán)。汽車市場上,國人的平均換車周期為5年,按照5年的周期,即行駛總里程約6萬公里。
假如要保證電池系統(tǒng)使用5年,則要的循環(huán)次數(shù)是900次。鉛酸電池300-500次的循環(huán),最少要更換一次。目前市場上,普通鋰電系統(tǒng)理論循環(huán)次數(shù)為1500,成組后實(shí)際的循環(huán)次數(shù)在500-700次之間,那么要保證全生命周期的經(jīng)濟(jì)性,就要踮腳跳一下,達(dá)到900次的設(shè)定。
7.成本設(shè)定
該330產(chǎn)品,鉛酸電池價格約4200元,占整車成本比重約19%。假如按照5年周期換兩組核算,則鋰電系統(tǒng)的價格為8400元左右,即1200元/度,則可以均衡。
目前的電動汽車動力系統(tǒng)價格信息:LG化學(xué)動力鋰電池事業(yè)部首席執(zhí)行官PrabhakarPatil透露,"大多數(shù)電動汽車的電池成本約在400美元/kWh,TSLA是240美元/KWh)",按照ASEC和松下給出的公開信息,大多數(shù)都在350-400美元/KWh,即2380元/度。
各國預(yù)計的成本下降趨勢:
國際能源署(IEA)、美國能源部等也預(yù)測2020年左右,電池成本將會在200美元/KWh以下。工信部2016公布的2025制造計劃,將電池成本定位在0.8元/Wh。假如按照這個標(biāo)準(zhǔn)核算,則一組典型的低速鋰電系統(tǒng)約5760元,低于兩組同容量鉛酸價格,就具備了絕對的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢。
8.綜述
傳統(tǒng)高速純電動乘用車,對能量密度、快充要求高,又是高溫+高電壓的系統(tǒng),危險系數(shù)高。因此電池系統(tǒng)都會包括:電池+冷卻/加熱組件+高壓組件+低壓組件+結(jié)構(gòu)件+電池管理系統(tǒng)等。
低速電動汽車,假如采用60v以下系統(tǒng),就可以大大簡化為電池+低壓組件+結(jié)構(gòu)件+電池管理系統(tǒng)。而且只有16組串聯(lián)模塊,電池管理系統(tǒng)也可以有針對性的做簡化。
低速電動汽車的鋰電系統(tǒng)設(shè)計考慮因素,按照權(quán)重排列如下:
循環(huán)次數(shù)不小于900>成本低于1.2元/wh>基礎(chǔ)安全性>低溫性能>能量密度>充電時間。
低速電動汽車純粹是市場化路徑的產(chǎn)品,沒有補(bǔ)貼,怎么和市場結(jié)合、保證經(jīng)濟(jì)性和競爭力,是想要進(jìn)入這個市場的鋰電廠商必須要研究的。低速電動汽車目前年產(chǎn)量約60萬臺,假如明年按照正常的速度上升,預(yù)計達(dá)到100萬臺,按照每臺平均7度電來計算,合計700萬kwh,約合100億左右的電池市場。假如能把上述因素做最好的平衡,一定能做好一個很大潛力的市場,同時對低速電動汽車產(chǎn)業(yè)的提升也有促進(jìn)用途。
目前為高速車配套的電池廠商,一方面由于思維的慣性和重視程度不夠,另一方面因?yàn)楹椭髁Ξa(chǎn)品的要求不相同,在電池的材料、設(shè)備、工藝、技術(shù)路線、設(shè)計方法等方面,可能并不適合去做低速鋰電的配套。那么這個嶄新的市場,到底會由3C類廠商升級進(jìn)來、還是由高速動力鋰電池公司重新含義降維,最終還看誰能更快的去適應(yīng)市場,誰能更準(zhǔn)確的和低速車的特性緊密貼合。