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張娜:力神2018年電池技術(shù)發(fā)展路徑

發(fā)布時(shí)間:2017年11月24日 21:11 作者:茂盛 來(lái)源:客車網(wǎng)
  2017年11月23-24日,“2017中國(guó)國(guó)際新能源汽車產(chǎn)業(yè)論壇”在京召開,此次論壇由北京璽成管理咨詢有限公司主辦,論壇圍繞新能源汽車整車及市場(chǎng)分析,整車電氣化戰(zhàn)略、電池動(dòng)力技術(shù)、電機(jī)電控技術(shù)、輕量化、汽車安全等方面展開了深入的研討。來(lái)自國(guó)家信息中心、中國(guó)汽車技術(shù)中心、北京理工大學(xué)、東風(fēng)、一汽,比亞迪、中車、揚(yáng)子江客車,以及多家核心零部件企業(yè)如力神、精進(jìn)等公司技術(shù)負(fù)責(zé)人出席論壇并做主題發(fā)言,業(yè)內(nèi)一百多名技術(shù)精英現(xiàn)場(chǎng)聆聽了并參與交流討論??蛙嚲W(wǎng)作為新能源汽車行業(yè)的重要媒體,全程參與并關(guān)注論壇研討內(nèi)容。

  力神動(dòng)力公司副總經(jīng)理張娜博士就力神的產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展規(guī)劃做了主題發(fā)言,經(jīng)客車網(wǎng)獨(dú)家整理,并約請(qǐng)本人審校,特發(fā)布如下:

  首先介紹一下我們力神公司的愿景,力神成立于1997年,20年來(lái)主要致力于鋰離子電池的研發(fā)、生產(chǎn)還有銷售,所以我們的公司整體的愿景就是技術(shù)質(zhì)量國(guó)際一流,綠色能源造福人類,我們的技術(shù)開發(fā)策略一直延續(xù)著,也就是從我們的公司創(chuàng)立之日起,我們都是秉承著高端定位的產(chǎn)品的開發(fā)思路,我們?cè)诋a(chǎn)品的開發(fā)過程中,主要是創(chuàng)新,通過技術(shù)革新來(lái)驅(qū)動(dòng)我們整個(gè)產(chǎn)品的進(jìn)步,另外我們遵循迭代發(fā)展的技術(shù)策略,也就是我們生產(chǎn)一代、儲(chǔ)備一代、研發(fā)一代,通過我們不同代的產(chǎn)品,來(lái)支持公司的持續(xù)發(fā)展。

  接下來(lái)是我們整個(gè)的動(dòng)力電池的產(chǎn)品策略,基于力神這十幾二十年來(lái)鋰電池的開發(fā)經(jīng)驗(yàn),積累了豐富的產(chǎn)品技術(shù)。所以我們的產(chǎn)品,有圓柱形電池,然后有方形硬殼電池,還有軟包的鋁塑膜電池。我們動(dòng)力電池產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛,包括乘用車、商用車,儲(chǔ)能系統(tǒng)和啟停電源。我們主打產(chǎn)品,在乘用車方面,有圓柱形,然后方形和軟包;在商用車,啟停電源和儲(chǔ)能領(lǐng)域,我們主要推薦圓形和方形的產(chǎn)品。

  這是我們另外一條產(chǎn)品的開發(fā)策略,因?yàn)閯?dòng)力電池的市場(chǎng)需求量越來(lái)越大,產(chǎn)品的成本和一致性要求也越來(lái)越高,所以我們的設(shè)計(jì)開發(fā),秉承著型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行,是完全遵循并倡導(dǎo)國(guó)家動(dòng)力電池的規(guī)格尺寸標(biāo)準(zhǔn)。另外通過生產(chǎn)的自動(dòng)化,來(lái)保證產(chǎn)品的一致性水平,另外還通過管理的智能化,來(lái)降低整個(gè)生產(chǎn)過程的管理成本。

  這是我們公司動(dòng)力電池化學(xué)體系規(guī)劃的情況,因?yàn)閯?dòng)力電池的技術(shù)進(jìn)步,主要依賴于化學(xué)體系的進(jìn)步。我們?cè)谏逃密嚪矫嬷饕恢眻?jiān)持高安全的磷酸鐵鋰技術(shù)路線。在乘用車方面,我們也是堅(jiān)持高比能三元的技術(shù)路線。

  目前三元有一個(gè)廣義三元的定義,因?yàn)樗墟嚒⑩?、錳三種元素,還有不同的比例,比如我們應(yīng)用比較多的523,622,還有正在開發(fā)高鎳的811或者是NCA體系,我們統(tǒng)稱為廣義的三元材料,我們主要用在乘用車。其中523和622,我們用在我們的啟停電源上面。我們?cè)?023年盡快會(huì)推出我們?nèi)虘B(tài)的動(dòng)力電池的產(chǎn)品。在2025年左右計(jì)劃推出新型的鈉離子電池和燃料電池。剛才楊總說中車已經(jīng)在用上這個(gè)燃料電池了。因?yàn)槲覀兊穆肪€中基于考慮到產(chǎn)品可持續(xù)發(fā)展,所以把燃料電池放得稍微靠后一些。

  下面我來(lái)講一下,在這幾個(gè)領(lǐng)域方面,我們的技術(shù)和發(fā)展路徑的規(guī)劃,這一頁(yè)展示了我們?cè)诔擞密嚰夹g(shù)領(lǐng)域的發(fā)展路徑。乘用車電池的話,主要是在容量、充電時(shí)間還有它的溫度適用性,以及安全性幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行規(guī)劃。比如現(xiàn)在這個(gè)紅框里面是我們目前的產(chǎn)品,電池的能量可以達(dá)到240瓦時(shí)每公斤。如果是大概四十千瓦時(shí)的系統(tǒng)的話,可以驅(qū)動(dòng)一輛車行使300公里。目前電池的快充能力是45分鐘可以充到80%,工作溫度范圍是在零下20度到60度。

  我們到2022年會(huì)把單體的能量提升到350瓦時(shí)每公斤。如果電池包的重量不變的情況下,整車的續(xù)航里程就會(huì)達(dá)到440公里,同時(shí)它的快充技術(shù)也有了明顯的發(fā)展,可以達(dá)到16分鐘充到80%,另外在工作范圍方面,也是可以實(shí)現(xiàn)零下40到60度,一個(gè)比較寬廣的溫度范圍內(nèi)工作。

  在安全性方面,動(dòng)力電池產(chǎn)品最主要的就是安全,我們的安全不僅要滿足我們的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),還要滿足我們整體的客戶要求,我們?cè)谠O(shè)計(jì)過程中,首先是滿足這些要求,然后逐步去提高要求。

  這一頁(yè)展示了我們?cè)谏逃密嚪矫娴募夹g(shù)路徑的發(fā)展情況,因?yàn)樯逃密囍饕紤]到乘客人數(shù)比較多,所以它的開發(fā)主要放在第一位的是安全性,我們?cè)隗w系選擇上面,選擇的是相對(duì)比較安全的化學(xué)體系。 2017年的年底單體電池是在165瓦時(shí)每公斤。因?yàn)樯逃密囈残枰焖俪潆?,而且它每天充電的次?shù)可能會(huì)比較多。所以它的循環(huán)壽命要求也相對(duì)長(zhǎng)一些,現(xiàn)有的這個(gè)技術(shù)狀態(tài)水平是在3000次的循環(huán)次數(shù)。然后它的工作溫度范圍也是零下20度到60度。因?yàn)樵谏逃密嚿弦灿刑嵘m(xù)航里程的需求,這樣就可以把整個(gè)商務(wù)車從城市公交,推廣到城際間的使用。所以我們也在追求不斷的提升比能量。

  到2020年,我們單體電池的比能量可以達(dá)到200瓦時(shí)每公斤。大家都清楚我們2018年國(guó)家有一個(gè)重點(diǎn)專項(xiàng),要求就是商用車的電池系統(tǒng)的能量達(dá)到170瓦時(shí)每公斤,我們用這個(gè)技術(shù)就可以達(dá)到專項(xiàng)指標(biāo)的要求。

  同時(shí)在快充性能方面,也是電池可以達(dá)到4倍充電,也就是12分鐘可以充到整體電量的80%,滿足客戶的快速的使用,另外循環(huán)壽命提升到6000次,用戶到2022年整體的指標(biāo)還是要在往上提升,比如循環(huán)壽命到8400,然后這個(gè)電池的能量要達(dá)到240瓦時(shí)每公斤。

  然后這一頁(yè)顯示的是我們?cè)趩⑼k姵丶夹g(shù)開發(fā)上面的開發(fā)路徑。因?yàn)榇蠹叶贾乐袊?guó)、美國(guó)還有歐洲到2020年乘用車百公里油耗有要小于5升的規(guī)劃要求,所以在電動(dòng)化發(fā)展的道路上,48伏的啟停系統(tǒng)應(yīng)該是一個(gè)不可或缺的補(bǔ)充方式。所以各大車廠也在48伏方面做了比較早的布局。我們的電池產(chǎn)品也是一直在持續(xù)的開發(fā)和改進(jìn)。

  目前啟停電池對(duì)比能量的要求不是太高,我們的產(chǎn)品是100瓦時(shí)每公斤,但是它要求充放電的功率,即倍率特性很高,比如說我們可以做到20C連續(xù)充電,30C脈沖充電,然后放電方面我們可以達(dá)到40C的放電能力。壽命方面也是有很高的要求,目前這個(gè)使用壽命可以達(dá)到8年,從30%到70%的SOC范圍內(nèi)的循環(huán)壽命,可以達(dá)到12000次,同時(shí)工作溫度范圍也是零下20到60,這是目前的一個(gè)水平。

  我們隨著一些新的化學(xué)體系和技術(shù)的應(yīng)用,到2022年的話,我們?cè)诜烹娦阅芊矫妫瑫?huì)到50C的水平,然后壽命也有顯著的提升,比如使用壽命可以達(dá)到10年,循環(huán)次數(shù)可以達(dá)到7萬(wàn)次。同時(shí)在充放電溫度范圍方面也是可以達(dá)到零下40度充電,到高溫70度正常使用的溫度范圍。

  這一頁(yè)顯示的是我們?cè)趦?chǔ)能技術(shù)方面一個(gè)發(fā)展路徑。儲(chǔ)能,是動(dòng)力電池另一個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域,儲(chǔ)能對(duì)比能量的敏感度沒有車載那么高,但是它對(duì)成本和循環(huán)壽命要求比較高,所以目前我們的技術(shù)水平是140瓦時(shí)每公斤的能量密度,可以達(dá)到80%SOC使用范圍1萬(wàn)次的循環(huán)次數(shù)。同時(shí)的話,為了降低成本,提升技術(shù)是一個(gè)有效的方法,所以在2022年,我們也是要把電池的比能量進(jìn)一步提升,提升到180瓦時(shí)每公斤,循環(huán)壽命提升到15000次。同樣,因?yàn)槲覀兓谕瑯拥幕瘜W(xué)體系平臺(tái),我們的電池可以達(dá)到零下40度充電,一直到70度高溫的使用。以上講的是我們的技術(shù)發(fā)展路徑。

  下面講一下我們?cè)诰唧w的先進(jìn)的技術(shù)方面的突破和應(yīng)用的情況。大家都知道我們力神是國(guó)家十三五的一個(gè)重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目,《高性能鋰離子動(dòng)力電池的開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化技術(shù)攻關(guān)》的承擔(dān)單位,這是我們目前這個(gè)項(xiàng)目的一些進(jìn)展情況。我們這個(gè)項(xiàng)目,也就是大家簡(jiǎn)稱的300瓦時(shí)每公斤的電池的項(xiàng)目,我們通過近兩年的研究和開發(fā),主要在高能量密度技術(shù)方面進(jìn)行了突破,比如說高鎳正極和硅負(fù)極的使用,使我們的電池能量密度可以達(dá)到300瓦時(shí)每公斤。另外比如說像三維多向復(fù)合快沖技術(shù)的應(yīng)用,使得我們的電池,可以達(dá)到20分鐘充電80%的測(cè)試的結(jié)果。另外比如我們?cè)陂_發(fā)的可控自適應(yīng)斷電流技術(shù),來(lái)有效保證高能量密度化學(xué)體系的電池的安全。另外通過綜合的界面穩(wěn)定技術(shù),來(lái)有效提升電池的循環(huán)壽命。

  這兩幅圖分別展示了我們?cè)谧?80瓦時(shí)每公斤電池的樣品,它循環(huán)壽命現(xiàn)在是1C,100%DOD循環(huán),可以達(dá)到1000次80%的剩余容量。而且目前這個(gè)研發(fā)的產(chǎn)品,也給國(guó)際一個(gè)高端的車廠進(jìn)行了送樣。另外在300瓦時(shí)體系探索的方面,我們現(xiàn)在的樣品是達(dá)到了130次的循環(huán),容量保持率是在96.6%,通過預(yù)測(cè)的話,可以達(dá)到750次80%。因?yàn)橥ㄟ^我們后續(xù)一些穩(wěn)定技術(shù)的應(yīng)用,我們有信心,單體300瓦電池循環(huán)壽命達(dá)到1200次。

  下面我給大家介紹一下,我們?cè)谶@幾個(gè)不同的應(yīng)用領(lǐng)域,我們主要產(chǎn)品的情況。首先是乘用車的方形產(chǎn)品。我們目前方形的產(chǎn)品,主要是有兩個(gè)規(guī)格的尺寸,一個(gè)是VDA的2714897的產(chǎn)品,綠色的代表我們目前正在量產(chǎn)的一個(gè)產(chǎn)品,電池的容量51安時(shí),重量比能量可以達(dá)到200瓦時(shí)每公斤。我們這一款電池具有高能量密度,而且具有低溫充電的功能,另外還有快沖的特性。我們?cè)谀=M方面,可以做到170瓦時(shí)每公斤,模組方面,主要采用了先進(jìn)的焊接技術(shù),保證產(chǎn)品的質(zhì)量。另外值得一提的就是我們?cè)谀=M設(shè)計(jì)中,選擇了隔熱阻熱技術(shù)的應(yīng)用,來(lái)有效防止電池的熱失控。所以我們量產(chǎn)的系統(tǒng),即乘用車方形可以達(dá)到140瓦時(shí)每公斤,而且我們整體的系統(tǒng)的設(shè)計(jì),追求滿足ISO26262功能安全的要求。我們?cè)?018年年初,推出53安時(shí)的產(chǎn)品,它的單體比能量是210瓦時(shí)每公斤,這樣整個(gè)系統(tǒng)的話,就可以達(dá)到145瓦時(shí)每公斤。

  在未來(lái)2019年到2020年,我們的能量要提升到240瓦時(shí)每公斤,另外我們還推出一個(gè)新型的電池尺寸,來(lái)滿足不同客戶的要求。

  這一頁(yè)展示的是我們?cè)谏逃密囉玫姆叫蔚牡湫彤a(chǎn)品的情況。因?yàn)楝F(xiàn)在商用車的產(chǎn)品,也是因?yàn)閲?guó)家補(bǔ)貼的影響,它的更新?lián)Q代比較快,這也考驗(yàn)我們整個(gè)研發(fā)技術(shù)的積累能力和市場(chǎng)變化的應(yīng)對(duì)能力,所以今年年底,我們就會(huì)推出我們的前面兩個(gè)產(chǎn)品,比如說200安時(shí)的電池,它的單體比能量是165瓦時(shí)每公斤,這樣的話,我們商用車的系統(tǒng),就可以達(dá)到140瓦時(shí)每公斤的能量密度指標(biāo)。我們整體商用車電池技術(shù)的特點(diǎn)就是,電池能量密度高,但是也可以高倍率充放電,比如說1C的連續(xù)充放電的循環(huán)壽命,我們測(cè)試的數(shù)據(jù)可以達(dá)到4000次。因?yàn)槲覀冞@個(gè)電池具有高能量密度,然后高安全性,另外我們電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有獨(dú)特的散熱技術(shù),也是同樣通過技術(shù)指標(biāo)的提升,來(lái)降低成本,滿足客戶的要求。

  另外還有一款272安時(shí)的電池,也是165瓦時(shí)每公斤,它來(lái)滿足不同配電量的要求。右邊藍(lán)色的310安時(shí)的電池,是我們明年下半年即將推出的產(chǎn)品,以應(yīng)對(duì)能量的進(jìn)一步提升,也就是我們系統(tǒng)比能量可以達(dá)到150瓦時(shí)每公斤。同樣的話,再遠(yuǎn)期一些,就在2019年,2020年左右,我們會(huì)推出200瓦時(shí)每公斤的商用車典型產(chǎn)品,355安時(shí)。

  這一頁(yè)展示了我們另外一款圓形的電池產(chǎn)品,因?yàn)槲覀兘衲暝谔K州,我們的圓形工廠建成,而且目前已經(jīng)投入生產(chǎn),具有非常先進(jìn)的全自動(dòng)的生產(chǎn)線。典型的產(chǎn)品就是綠色的4.0安時(shí)電池,它的模組的比能量是190瓦時(shí)每公斤,系統(tǒng)可以達(dá)到145到150瓦時(shí)每公斤。整個(gè)我們圓形的電池的技術(shù)特點(diǎn)是同時(shí)具備高安全、長(zhǎng)壽命,另外還有低溫充電的功能,在我們模組和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面,也和我們的合作伙伴有一些獨(dú)特的技術(shù),比如插拔式軟連接,可以達(dá)到應(yīng)用的釋放,達(dá)到更可靠的連接,另外還有自熔斷鎳網(wǎng)的安全保護(hù)。在整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面,有加熱,智能一體化的設(shè)計(jì),使我們的電池可以達(dá)到1C連續(xù)充放電使用,另外還有多種熱管比的選項(xiàng)也可以選配。

  所以通過這些技術(shù)的話,我們2018年可以推出我們5.0的產(chǎn)品,它的單體比能量是260瓦時(shí)每公斤,整個(gè)系統(tǒng)可以達(dá)到178到185瓦時(shí)每公斤。在2020年左右,我們會(huì)推出圓形300瓦時(shí)每公斤的產(chǎn)品來(lái)滿足進(jìn)一步客戶的需求。

  第四款是我今天想給大家介紹的,是在乘用車軟包電池方面的一個(gè)開發(fā)進(jìn)展。因?yàn)楦叩谋饶芰?,甚至以后更新的化學(xué)體系,我們覺得軟包電池有它先天的優(yōu)勢(shì),所以我們也沒有放棄這條研發(fā)路線。我們現(xiàn)在儲(chǔ)備的產(chǎn)品是75安時(shí),就是剛才展示的這個(gè)280瓦時(shí)每公斤的產(chǎn)品,它可以進(jìn)行2C連續(xù)充放電,而且模組也選擇了一種簡(jiǎn)潔的框架式的設(shè)計(jì),來(lái)提高模組的比能量,模組是230瓦時(shí)每公斤。同時(shí)在2019年,又推出300瓦時(shí)每公斤的產(chǎn)品,單體容量是80安時(shí)。

  綜合以上,我們2018年會(huì)向客戶推出我們技術(shù)質(zhì)量和成本最具優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)品,包括圓形、方形、軟包,可以應(yīng)用到商用車、乘運(yùn)車、物流車,全系列的整車產(chǎn)品方面。系統(tǒng)的比能量都大于140瓦時(shí)每公斤。

鏈接:http://m.cpehywm.cn/tech/2017/1124/article_81434.html
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