《電子技術(shù)應(yīng)用》
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電動客車動力電池:成本第一 還是安全第一?

2015-06-10
關(guān)鍵詞: 新能源汽車 電池 電機 電控

       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??朔щy的過程,即是行業(yè)發(fā)展的過程;面臨挑戰(zhàn)的過程即是突破的過程。中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(yīng)用,積累的豐富的應(yīng)用經(jīng)驗,也積累了豐富的前沿研 發(fā)成果。2015年5月20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,一場頂級專家自由座談會(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(yù)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,失控產(chǎn)生煙火,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。如果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(shè)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(yīng)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(shè)計上更需要考慮傳感器先知,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)短路需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,逃生撤離需 要的時間長;因此,動力電池系統(tǒng)管理應(yīng)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企業(yè)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,是當前動力電池的固有問題,在政府大規(guī)模倡導(dǎo)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(chǔ)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)馁徶贸杀尽⑹褂贸杀镜瓤? 觀狀況,制訂出貼合企業(yè)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(xué)的專家表示,動力電池技術(shù),其實主要 是電化學(xué)與材料科學(xué),動力電池的開發(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(shè)計的磷酸鐵鋰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(fù)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(fù)合材料具有更高的安全性,但三元材料、多元復(fù)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(xué)體 系選擇、電芯材料研發(fā)、電芯設(shè)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(shè)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(shè)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。

   動力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(yīng)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)。主流的鋰離子電池主要按照正極 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)。

   純電動客車在動力電池選擇方面都考慮些什么?事關(guān)公共交通安全,在新能源客車電池選擇方面應(yīng)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,動力電池選擇磷酸鐵鋰體系反復(fù)考量了以下要素, 第一、動力電池安全特性,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(yīng)性,系統(tǒng)溫度適應(yīng)性寬,可適應(yīng)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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