动力电池常见的问题有哪些?

2019-12-20      2354 次浏览

2018年8月18-19日,由电车人学院举办的总裁班雄鹰计划(黄埔一期)第2次课电动化专题在北京理工大学举办,邀请中汽中心动力电池领域首席专家、中汽中心试验所副总工程师王芳就动力电池最新进展和几个核心问题探讨进行主题分享,现经过编辑整理分享给行业参考。

以下为涉及主要方面:


问题1:关于动力电池的产业发展问题


问题2:关于动力电池的技术发展路径


问题3:关于2015~2018年电池系统能量密度、成组率变化趋势


问题4:关于动力电池结构分析,方形、软包和圆柱成组效率


问题5:关于电池系统冷却方式分析,自然冷却、风冷和液冷


问题6:关于动力电池一致性的影响


问题7:关于动力电池起火原因分析


问题1:关于动力电池的产业发展问题


动力电池产业化进展迅速,两级分化严重,优质产能不足。在国内新能源汽车产销量迅速增长的情况下,电池产业化进展也非常迅速,根据工信部车型数据统计,2015年电池装机量16GWh、2016年28GWh、2017年36GWh,2020年的需求是100GWh左右,但是根据我们粗略估算2017年电池行业的年产能已达到200GWh,远远超过实际需求量。


问题2:动力电池的技术发展路径


电池技术进展,下图是我们做十二五规划时的图,到现在为止没有太大的变化,这是因为现有体系正极材料、负极材料有哪些都是确定的,只是不同正负极材料的搭配,能够达到不同的性能指标、能够满足不同车辆的使用。


具体来看,第一块是现有电化学体系,已经比较成熟;第二块是现在正在研发应该往产业化走,但是目前已经提前走到产业化阶段了,原因是什么?就是因为长续航、高比能的要求和补贴政策的引导;第三块是锂硫、锂空气电池是未来的体系。


问题3:2015~2018年电池系统能量密度、成组率变化趋势


2015年电池的系统能量密度是90Wh/kg,2017年是116Wh/kg,发展得比较迅速,相对来说还是符合发展规律的,但是到了2018年的4月份已经达到了137.5Wh/kg。为什么从2017年到2018年会有这么大的变化?由于新补贴政策的出台。


2016年电池系统成组率是63%,2017年是67%,2018年前几个月是74%,这是平均值。具体而言,2017年电池单体能量密度均值在173Wh/kg,系统均值在116Wh/kg,算出来的67%的成组率,这是从单体能量密度到系统能量密度的差异。


问题4:三元体系电池结构分析,方形、软包和圆柱成组效率


圆柱单体能量密度均值187Wh/kg,系统均值在117.6Wh/kg,成组率62.89%;软包单体能量密度均值171Wh/kg,系统均值在114.2Wh/kg,成组率66.78%;方形单体能量密度均值144.17Wh/kg,系统均值在105.5Wh/kg,成组率73.18%。


圆柱像18650的结构缺陷,排布的时候需要增加冷却系统以及其他结构的这种排布使得它的成组率降低;方形成组率是最高的,最容易成组的;软包,它的一个优点是单体可以做得很高,但是成组需加支架、散热措施等,反而它的成组率可能赶不上方形电池,它们在未来的一段时间内还会是三分天下的状态。


问题5:电池系统冷却方式分析,自然冷却、风冷和液冷


我们统计了2017年下半年某时间段的样本,当时96款电池中有86款是自然冷却,就像刚才讲的那样要想提升系统的能量密度有两个办法:一是紧凑化,二是轻量化,紧凑化的一个重要方式就是把能减掉的就减掉。自然冷却是什么?就是什么也没有,能够不考虑风冷、液冷,把空间都留给电池,这也导致使用自然冷却的越来越多。


以前不是这样的状态,在2015、2016年,特别是2016年下半年我们与很多车厂交流,他们的样品设计很多是打算采用液冷的,在乘用车基本上都计划采用液冷方案,但是到2016年底2017年补贴政策出台的时候,这个状态就开始改变了,2017年上半年液冷已经明显减少。


问题6:动力电池一致性,电芯的一致性影响电动汽车续航里程的功率特性、放电能量特性、电池总寿命以及成本等


电池的一致性影响的不单单是它的性能,还有整体的安全性以及成本。电池的一致性好了,整体成本就会下来,会表现在哪几个方面?第一你不用换,第二生产制造的成本摊薄。为什么LG和三星前两年能打价格战,现在他们还能打价格战,这与他们生产制造工艺水平是有关系的。


问题7:动力电池起火原因分析


总结分析一下不完全统计的国内外电动汽车起火事故,看一下起火的原因。


事故的原因主要有充电起火,占到17%;碰撞起火,占到22%;无事故自燃,占到39%,这部分主要是指从电池部位先开始起火的事故;其他原因占到18%,主要包括电气线路故障、电线老化、零部件故障等原因引发的起火,不是电池本身的原因;最后还有浸水起火,占到4%。


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