《電子技術(shù)應(yīng)用》
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電池的發(fā)展 決定汽車電氣化的未來

2016-11-22

        Anderman博士提出,,“如今,,嚴(yán)苛的二氧化碳限排規(guī)定逼得所有人都不得不開始行動(dòng),,但問題是汽車廠商到底愿意拿出多少資金,,投資一項(xiàng)可能沒有收益,,或收益很低的項(xiàng)目呢”,?

電池的發(fā)展 決定<a class=汽車電氣化的未來" width="390" height="213" src="http://images.ofweek.com/Upload/News/2016-11/GGGGGGGGGGGGGG/21/6.jpeg"/>

  汽車電氣化的未來完全取決于電池的發(fā)展,。如今,,鋰離子電池的成本正在不斷下降,,而且電池的能量密度、耐久性和可靠性均有所提升,。電池行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展讓一位電池行業(yè)專家非常吃驚,,這位專家也立刻承認(rèn)了自己在6年前的論斷是錯(cuò)誤的。

  電池行業(yè)獨(dú)立咨詢師Menahem Anderman博士是著名系列會(huì)議先進(jìn)汽車電池大會(huì)(Advanced Automotive Battery Conference,,AABC)的創(chuàng)辦人,,也是SAE International混合動(dòng)力/電動(dòng)車技術(shù)研討會(huì)的常客,。Anderman博士表示,,“電池成本的下降速度完全超過了我的預(yù)期。不僅對(duì)我個(gè)人是這樣,,很多日本大型電池生產(chǎn)商都是我的長期客戶,,他們也沒有想到電池的成本會(huì)下降的這么快?!?/p>

  2010年,,Anderman博士在采訪了多家世界頂級(jí)電池/電池材料供應(yīng)商及汽車廠商后,完成了一份具有里程碑意義的電池成本分析報(bào)告,。他在與的采訪中表示,,“很多人曾認(rèn)為,整個(gè)行業(yè)需要10年時(shí)間才能將電池的成本控制在$300/kW,?h之內(nèi),,看看吧,現(xiàn)在這已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)了?!?/p>

電池的發(fā)展 決定汽車電氣化的未來

  2016年AABC大會(huì)期間,,國際清潔交通委員會(huì)(ICCT)的John German展示了針對(duì)電池成本對(duì)比的預(yù)估。

  Anderman博士表示,,只有將電池成本控制在$150-$100/kW,?h之間,電動(dòng)車才能真正在成本方面與傳統(tǒng)汽車抗衡,,進(jìn)而推動(dòng)電動(dòng)移動(dòng)性的廣泛發(fā)展,。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn),我們?nèi)杂泻芏嘀匾ぷ饕?。Anderman博士解釋道,,盡管能量密度有所提高,“但安全問題仍是電池性能提升中的最大阻礙,?!彼⒁獾剑?年前的插電式混合動(dòng)力車簡直是一個(gè)悲劇,,大眾,、奧迪、BMW和梅賽德斯的混動(dòng)車需要“背負(fù)”兩套動(dòng)力系統(tǒng)和一大塊電池的成本,,但難以想象的是柴油卻仍是這些車型的首選動(dòng)力來源,。如今,由于混合動(dòng)力系統(tǒng)的續(xù)航里程更高,,一些德國廠商很愿意為各個(gè)車型推出混動(dòng)版,。

  Anderman博士表示,“這些廠商明白,,與純電動(dòng)車不同,只要他們將混動(dòng)車的定價(jià)控制在同等或略高于傳統(tǒng)汽車的水平,,并在性能功能上增加一些內(nèi)容,,這些混合動(dòng)力車實(shí)際非常好賣?!?/p>

  大約一年前,,Anderman博士曾根據(jù)大多數(shù)廠商的信息做出預(yù)測,插電式混合動(dòng)力車的規(guī)模將高于純電動(dòng)車,。今年,,Anderman的觀點(diǎn)并沒有改變。與續(xù)航里程在200英里左右的電動(dòng)車相比,,插電式混合動(dòng)力車的功能性更高,,那對(duì)于消費(fèi)者而言,這就是更加實(shí)用的選擇了嗎?

  “如今,,嚴(yán)苛的二氧化碳限排規(guī)定逼得所有人都不得不開始行動(dòng),,但問題是汽車廠商到底愿意拿出多少資金,投資一項(xiàng)可能沒有收益,,或收益很低的項(xiàng)目呢,?”Anderman問道,“插電式混動(dòng)車的成本比常規(guī)車型高3000美元,,那公司在行動(dòng)前就會(huì)考慮這類車型為公司帶來的政策積分是否值3000美元,。而目前,電動(dòng)車的情況還尚不清晰,?!?/p>

電池的發(fā)展 決定汽車電氣化的未來

在內(nèi)燃和電動(dòng)車的推進(jìn)系統(tǒng)之戰(zhàn)中,一方是采用了大量先進(jìn)技術(shù)的高級(jí)內(nèi)燃機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī),,比如日產(chǎn)2017款VC-T(上左)采用的可變壓縮比技術(shù),,和經(jīng)過升級(jí)的尾氣處理系統(tǒng);另一方是精密液冷高壓電池組,,比如2017款雪佛蘭Bolt采用的電池系統(tǒng),。另外隨著產(chǎn)量的不斷提升,電池組的成本有望繼續(xù)下降,。上左為日產(chǎn)VC-T的截面圖

  Anderman博士認(rèn)為,,除了一些早期采用者以外,只有當(dāng)電動(dòng)車價(jià)格低于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車型時(shí),,才真正有可能賣出銷量,。舉個(gè)例子,如果特斯拉最終不得不賠本出售Model 3,,“那他們能堅(jiān)持賠多久,?特斯拉心里的算盤可能是借助Model 3累計(jì)大量電動(dòng)車政策積分,然后再出售這些積分賺錢,?!盇nderman提出,“但這是一個(gè)危險(xiǎn)的選擇,,而且不是長久之計(jì),。”

  Anderman博士表示,,移動(dòng)設(shè)備和電動(dòng)車市場根本沒有可比性,,因?yàn)椤癷Phone的火爆銷售是受到客戶需求的推動(dòng)?!?/p>

  優(yōu)化鋰離子“系統(tǒng)”

  對(duì)于各種電池創(chuàng)業(yè)公司在開發(fā)鋰離子電池" style="padding: 0px; margin: 0px; color: rgb(146, 3, 70);">鋰離子電池時(shí)面對(duì)的困難和失敗,,Anderman博士并不感到驚訝,。他向工程師和相關(guān)投資者表示,現(xiàn)在我們真正的考驗(yàn)不是研發(fā),,而是制造,。

  “我不在乎你最新款的電池陽極是什么樣子,陰極又是什么顏色,。汽車電池行業(yè)的生存之道在于提高銷量,、加快速度、降低缺陷率,,以及降低成本,。這就是松下及大多數(shù)日本廠商成功的原因?!盇nderman博士表示,,“有人告訴我,他們已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中將電池密度提升了10%,,但這根本沒有用?,F(xiàn)在重要的是電池壽命、安全,,以及在規(guī)模生產(chǎn)中降低成本的潛力,。”

  未來將出現(xiàn)新的“電池技術(shù)突破”嗎,,正如1991年鋰離子化學(xué)電池的出現(xiàn),,或是更早時(shí)期鎳氫電池的誕生一樣?

  Anderman博士解釋道,,“鋰離子電池的優(yōu)化速度比鎳氫電池要快,。鋰離子電池的偉大之處在于它本身是一個(gè)系統(tǒng),是一個(gè)融合了多種技術(shù)的集合,。你可以隨便改陰極,、陽極、電解質(zhì)以及電池的形狀,,但鋰離子電池仍是鋰離子電池,。”

  “我是一個(gè)務(wù)實(shí)的人,。我分析了擺在面前的所有障礙,以及如果解決了這些障礙可以得到的收獲,,然后我認(rèn)為固態(tài)電解質(zhì)在汽車電池領(lǐng)域并沒有太大潛力,。如果一切順利,你頂多可以將性能優(yōu)化不到50%,,而且你還得面對(duì)制造和安全方面的挑戰(zhàn),?!?/p>

  另外,考慮到規(guī)模和循環(huán)壽命的問題,,目前Anderman博士也并不非??春娩嚵螂姵卦谄囆袠I(yè)中的應(yīng)用。他認(rèn)為,,鋰空氣電池盡管經(jīng)常受到媒體關(guān)注,,但事實(shí)更像是“一種復(fù)雜的想象,而不是真正的燃料電池,。只要你真正去了解這種技術(shù),,你就會(huì)發(fā)現(xiàn)鋰空氣電池的工作環(huán)境恰恰都是鋰離子電池應(yīng)該避免的?!?/p>

  鋰金屬電池的情況也一樣,,“如果你把這種電池和鋰離子放在一起,問題就出現(xiàn)了,,你也就失敗了,。”

  一些“超級(jí)電池工廠”可以大幅降低電池的生產(chǎn)成本嗎,?比如特斯拉與松下位于內(nèi)華達(dá)州Reno市附近的超級(jí)工廠,。“你必須將總產(chǎn)量和一座工廠的當(dāng)?shù)禺a(chǎn)量區(qū)分開來,,”Anderman博士解釋道,,“目前,汽車電池行業(yè)的總產(chǎn)量為10-15 gW,?h,,而當(dāng)總產(chǎn)量達(dá)到75到100 gW?h時(shí),,電池成本就會(huì)下降,。里諾工廠擁有50條并行生產(chǎn)線,可以生產(chǎn)18650或2700系列電池,,但相較于中國5到7座正在建設(shè)中的分散電池工廠,,Reno超級(jí)工廠的影響力如何?我認(rèn)為可能不是很大,?!?/p>

  前途光明的汽車電池研發(fā)

  Anderman博士對(duì)硅/硅合成物的開發(fā)非常感興趣,比如特斯拉承認(rèn)公司正在與松下合作開發(fā)一種新型電池,。

  如果將鋰離子電池標(biāo)準(zhǔn)石墨電極中硅的比例提高一個(gè)百分點(diǎn),,我們就有可能提高電池容量,從而降低電池的單位容量成本,。然而,,截至目前的相關(guān)研究均以電池包“發(fā)脹”和失敗告終,。

  特斯拉和松下的工程師開始將量產(chǎn)電池電極中硅的比例從5%提高至10%,采用硅/石墨電極的電池,,已經(jīng)成為電動(dòng)車時(shí)代的“熱門選擇”,。如今,特斯拉旗下專為2017款車型設(shè)計(jì)的P100D電池組售價(jià)1萬美元,,據(jù)稱每次滿沖后的電量為100kW,?h,高于目前Model S和ModelX采用的P90D(每次滿充后90kW,?h),。

  正如Anderman博士的行業(yè)分析結(jié)果所示,電動(dòng)車的未來真的完全是取決于電池的發(fā)展,。


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