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産品知識動力锂離子電池技術需要綜合考慮

對于電動汽車和混合動力車來說,其核心技術在于電池,與其他類型的電池比較,動力锂離子電池雖然具有價格高、安全性能差的缺點,但其具有比能量大、循環壽命長等重要優點,因此具有更廣闊的發展前景。動力锂離子電池的技術發展也日新月異,從容量及結構上都有所改進,有關專家表示,無論電池廠商采用哪種技術路線,都應滿足使用安全性高、環境溫差範圍廣、充放電功能性強、倍率放電使用性好等條件。

電池容量大小涉及技術和成本
      锂離子電池按體積大小可分為小電池和大電池兩種,小電池通常應用于3C電子産品,相關技術及産業已經發展得十分成熟,總體利潤呈降低趨勢。目前的锂離子電池産品,85%以上是小電池。

      大電池又俗稱動力電池,同樣有小型動力電池和大型動力電池兩種,前者主要用于電動工具、電動自行車等,後者用于電動汽車和儲能領域。目前,純電動(EV)、可插電式混合動力(PHEV)、混合動力(HEV)3種類型的動力汽車正處在快速發展時期,備受行業關注。作為未來汽車産業的核心,動力锂離子電池産業的發展受到了空前關注,已被各主要國家上升到了戰略高度。

      深圳市吉陽自動化科技有限公司總裁陽如坤介紹說,小電池無論是在産品利潤還是發展規模上都無法與大電池相比,雖然目前動力锂離子電池産業規模還很小,但電動汽車的量産為動力锂離子電池産業帶來了重要的發展機會。據行業權威機構的測算,近幾年,動力锂離子電池市場将超過全球手機锂離子電池市場的規模,這種改變将引發相關制造設備和廠房新一輪的投資熱,同時,新進入動力锂離子電池産業的各大廠商将使相關領域的技術競争更趨激烈。

      目前,究竟采用單體大容量電池技術方案還是采用小容量電池并聯技術方案,一直是業内争論的問題,而到底采用哪種技術路線,關鍵看電池組的結果,要看是否在體積、重量、産品質量、性能、價格、安裝的方便性等方面具有競争力。

      陽如坤表示,在PHEV、HEV和EV上使用單體大容量電池與小容量并聯電池是有很大區别的,采用單體大容量電池存在裝配成本低,但制造直通率低,電池成本高,不利于散熱管理等不足;小容量并聯的電池組單體直通率高,成本低,安全性能好,但它們之間有太多連接,需要很好地解決集成裝配費用問題。所以要發揮蓄電池的最佳性能,需要考慮制造效率、自動化、包裝、電、熱、安全、監測和控制以及與車輛其他部分的接口等諸多問題,不同情況下使用哪種技術必須根據具體應用權衡分析,至于哪種類型會大行其道還得看今後整個電池材料、電池設計及電池制造技術的發展而定。

      中國電池工業協會副理事長王金良表示,電池組采用大容量單體電池還是小容量電池并聯,這不僅涉及技術問題,也涉及成本問題。他認為,采用大容量單體電池串聯更合理些,也更具有市場競争優勢。目前有些企業采用上(數)萬隻“18650”小電池并串聯的方法制成動力電池組,主要基于小電池技術較成熟,已在筆記本電腦等産品上獲得較長時間的應用考驗,電池一緻性好,加上還沒有成熟的大電池生産經驗等方面考慮。從數理概率分析,上(數)萬隻電池混聯,存在産品缺陷和工藝缺陷的幾率将大幅度增加,另外小電池要用更多的零配件,如外殼、連接件、單體電池保護(平衡)元器件等,成本會大幅度增加,技術上即使可行,最終也會被市場淘汰。

電池結構要綜合考慮
       除了容量大小外,目前在動力锂離子電池中,采用的結構也不盡相同:高功率型的采用卷繞結構比較多,高能量型的采用疊片結構比較多。“作為動力電池,我還是比較傾向于疊片技術,卷繞的熱失控很難控制,并且散熱是問題。”陽如坤表示。

       他認為,從有利于制造的角度講目前有3種動力電池的技術路線正在逐步走向成熟,它們有共同的特點,如配件及設備成熟、相對生産量比較大、生産的廠家比較多。這3種路線是:一是卷繞圓柱電池,如動力型的18、26、32及42系列;二是卷繞的方形動力電池,表現為内部多電芯組合,形成大容量(50安時左右);三是疊片電池,相對來講疊片可以做更大容量的電池。“縱觀全球動力锂離子電池的發展,單體能夠在100安時以上的大規模生産的不多,我們認為這不是一個單純的設計和膽量的問題,而是要綜合考慮動力電池的化學機理、電池的熱學特性、電磁場特性、電池的可制造性、電池的材料及元部件供給、設備的成熟性和可靠性等方面的因素。”陽如坤說。

       同濟大學汽車學院副教授魏學哲告訴記者,從電池規格來說主要分方形疊片和圓柱形,針對新能源汽車的應用,上海恒動汽車電池有限公司将堅持方形疊片的技術路線,主要依據是:

       從單體而言,方形疊片技術可以更好地把電池内部的熱量導出來,有利于溫度分布的一緻性;從模塊而言,有利于将單體散熱與模塊及電池包的冷卻系統相結合,滿足新能源汽車長循環壽命和擱置壽命的要求。

方形疊片成組時可以有更好的空間利用率,空間利用率是目前新能源汽車布置上最為棘手的問題之一。
       魏學哲表示,毫無疑問,目前小型圓柱形電池生産工藝和設備的成熟度要高于大型方形疊片電池,也就是說,從動力電池産業鍊來看,做小型圓柱形電池,是把困難留給了電池模塊集成、電池包集成和車載應用。而上海恒動汽車電池有限公司不打算回避這個問題,将以方形疊片電池設計和制造為突破口,以模塊集成和電池包設計為基本應用邊界,結合電池管理技術,以明确幹淨的接口解決産業鍊上的基本技術問題。
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