鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1293次 | 2018年10月20日
新能源汽車(chē)“新”在哪里呢
“2014年1-5月,中國(guó)鋰電池的消費(fèi)終端已經(jīng)發(fā)生顯著變化,其中,手機(jī)和筆記本電腦消耗鋰電池的占比分別下降2%和4%,平板電腦消耗占比上升1%,電動(dòng)車(chē)和儲(chǔ)能分別上升4%和1%?!毕嚓P(guān)人員的談到“汽車(chē)電氣化給鋰電池廠商所帶來(lái)的重大機(jī)遇與挑戰(zhàn)。”
有一點(diǎn)不可以否認(rèn),鋰離子電池正在越來(lái)越多地被新能源汽車(chē)使用,這應(yīng)該是上述結(jié)論的基礎(chǔ),隨著中國(guó)以及世界范圍內(nèi)新能源汽車(chē)快速發(fā)展,鋰離子電池會(huì)被越來(lái)越重視。
無(wú)獨(dú)有偶,今年初與幾位投資人士交流的過(guò)程中,這些人士清一色將新能源汽車(chē)的定位重點(diǎn)聚焦在電池上面,特別是鋰離子電池成為了關(guān)注的重點(diǎn),包括能量密度、包括單位存儲(chǔ)能量的價(jià)格等方面成為資本關(guān)注的焦點(diǎn),有沒(méi)有其它路徑可以取代鋰離子電池?或者鋰離子電池是我們當(dāng)下的必經(jīng)路徑嗎?我們不妨去分析一下。
第一、有沒(méi)有更理想的能量存儲(chǔ)技術(shù)路徑?
從哲學(xué)上來(lái)講,任何東西都不可能沒(méi)有取代的可能性,所以,在能量存儲(chǔ)方面,鋰離子電池也不是獨(dú)一無(wú)二的,在技術(shù)路徑方面,簡(jiǎn)單來(lái)講,有三個(gè)大類(lèi),也即是我們談到的電化學(xué)電池、飛輪電池和超級(jí)電容,至于燃料電池筆者認(rèn)為更應(yīng)該歸結(jié)到動(dòng)力裝置方面,與發(fā)動(dòng)機(jī)等方面相比擬。
電化學(xué)電池,事實(shí)上最早應(yīng)用在新能源汽車(chē)上面的并不是鋰離子電池,而是鉛酸電池和鎳氫電池,三者之間的區(qū)別,很多可能都知道,也即是比能量的遞增、比功率的遞增和循環(huán)壽命的增加,但是在售價(jià)方面和技術(shù)成熟度方面是遞減的,這些符合我們?nèi)粘I钪姓劦降摹耙环謨r(jià)錢(qián)一分貨”的原理。
很多人可能說(shuō)你談這些落后的電化學(xué)電池作為鋰離子電池的替代路徑不太合適,事實(shí)上,最為成功的一款混合動(dòng)力汽車(chē)豐田的普銳斯,此前多是采用的鎳氫電池,這些并沒(méi)有阻礙其在全球數(shù)百萬(wàn)的銷(xiāo)量,所以關(guān)鍵的不是你采用價(jià)格高的鋰離子電池,而是在于性能和成本之間你的平衡讓消費(fèi)者接受,從而獲得了產(chǎn)品的商業(yè)成功,這也應(yīng)了一句話,有錢(qián)未必能夠造出來(lái)好車(chē),否則一家央企、國(guó)企那么有錢(qián),為什么自主汽車(chē)板塊做的還不如幾家民營(yíng)企業(yè)。
除了上述談的電化學(xué)電池之外,筆者事實(shí)上想要談?wù)摰氖橇硗鈨煞N,第一種是飛輪電池,飛輪電池又稱(chēng)電動(dòng)機(jī)械電池。它突破了化學(xué)電池的局限,用物理方法實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能,飛輪電池中有一個(gè)電動(dòng)機(jī),充電時(shí),該電機(jī)以電動(dòng)機(jī)形式運(yùn)轉(zhuǎn),在外電源的驅(qū)動(dòng)下,電機(jī)帶動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn),即用電給飛輪電池充電。即增加飛輪的轉(zhuǎn)速?gòu)亩龃笃鋭?dòng)能。放電時(shí),電機(jī)以發(fā)電機(jī)狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn),在飛輪的帶動(dòng)下向外輸出電能完成機(jī)械能、動(dòng)能、到電能的轉(zhuǎn)換,飛輪電池中的飛輪是在真空環(huán)境下運(yùn)轉(zhuǎn)的,轉(zhuǎn)速可達(dá)200,000r/min,但這也對(duì)構(gòu)成材料的強(qiáng)度密度比提出了更高的要求。另外,飛輪電池具有2~4kw/kg的比功率和125wh/kg的比能量,并且?guī)缀趺饩S護(hù),具有較低的壽命周期成本,使之十分適合用作重型卡車(chē)混合動(dòng)力傳動(dòng)系的儲(chǔ)能元件。目前,飛輪電池難以推廣應(yīng)用的原因是其昂貴的價(jià)格以及使用過(guò)程中的安全可靠性能。
此外,超級(jí)電容也是可選擇的方向,超級(jí)電容在混合動(dòng)力汽車(chē)上應(yīng)用最具吸引力的特點(diǎn)是它具有高的比功率可達(dá)2~4kw/kg和高的循環(huán)效率可達(dá)92~98%,包括峰值功率工況在內(nèi),這對(duì)車(chē)輛加速制動(dòng)功率回收和避免系統(tǒng)過(guò)電壓狀態(tài)具有重要意義。另外,由于超級(jí)電容采用物理方式存儲(chǔ)電子而沒(méi)有可轉(zhuǎn)變的化學(xué)反應(yīng),具有優(yōu)越的工作循環(huán)承受能力和壽命但超級(jí)電容應(yīng)用的一個(gè)最主要的缺陷是比較低的比能量,目前大約在7~10wh/kg。因?yàn)槌?jí)電容的電壓直接隨充電狀態(tài)而變化,其容量的大部分可能不能使用,因此,超級(jí)電容只適合于對(duì)比能量需求低的輕度混合動(dòng)力汽車(chē)。
正如筆者談到的,關(guān)鍵不是誰(shuí)貴誰(shuí)好,而是如何做到平衡。
第二、復(fù)合電源能否替代鋰離子電池?
除了上述的單個(gè)技術(shù)之外,還應(yīng)該關(guān)注幾者之間的創(chuàng)新集成,由于蓄電池和超級(jí)電容都無(wú)法同時(shí)滿(mǎn)足整車(chē)功率和能量的需求,將二者優(yōu)勢(shì)結(jié)合,組成復(fù)合電源,以充分發(fā)揮蓄電池和超級(jí)電容各自在比能量和比功率方面的優(yōu)勢(shì),復(fù)合電源的結(jié)構(gòu)形式包括蓄電池、超級(jí)電容以及控制超級(jí)電容充放電的功率轉(zhuǎn)換器DC/DC。
通過(guò)復(fù)合電源的組合,蓄電池僅需提供整車(chē)運(yùn)行期間電系統(tǒng)的平均功率,超級(jí)電容負(fù)責(zé)彌補(bǔ)平均功率以外的波動(dòng)功率需求。通過(guò)超級(jí)電容“削峰填谷”的作用,達(dá)到緩沖蓄電池工作負(fù)荷、提高電池工作效率、延長(zhǎng)電池使用壽命的目的??梢猿浞职l(fā)揮蓄電池和超級(jí)電容在能量和功率方面的應(yīng)用優(yōu)勢(shì),使二者有機(jī)結(jié)合、揚(yáng)長(zhǎng)避短,最大限度地回收整車(chē)制動(dòng)能量,進(jìn)一步挖掘HEV節(jié)能、減排的潛力。
通過(guò)復(fù)合電源的研制,電池廠商可以把更多的精力用于延長(zhǎng)電池壽命、降低電池成本上,有利于進(jìn)一步改善電池性能,降低電池成本。由于超級(jí)電容“削峰填谷”的作用,電池負(fù)荷得到減緩,充放電電流得到減緩,對(duì)電池狀態(tài)的監(jiān)控也變得較為容易,可以為準(zhǔn)確估算電池SOC提供一種新的解決方案。由于超級(jí)電容具有較強(qiáng)的高低溫工作性能,其受環(huán)境溫度的影響幅度較小,可以利用此特性來(lái)調(diào)整控制策略,增加超級(jí)電容的充放電比例,從而保證整車(chē)在低溫環(huán)境下的性能需求。
所以,這個(gè)層面來(lái)講,也不失一種良好的途徑。
第三、技術(shù)革新能否取代鋰離子電池?
當(dāng)然,熟悉筆者文章的朋友可能知道,筆者此前談到在線充電技術(shù),如果能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離無(wú)線充電,對(duì)于能量存儲(chǔ)裝置的要求會(huì)更低,這個(gè)時(shí)候甚至可能將電池的容量和成本降低到極限,這些也是我們從事新能源汽車(chē)研發(fā)的最終目標(biāo)。
所以,在能量存儲(chǔ)方面,不要過(guò)于悲觀,我們還有很多路子可以走。