【導讀】在過去的幾年里，隨著新能源汽車產(chǎn)銷的快速增長，我國的動力電池產(chǎn)業(yè)有了長足的發(fā)展。新能源汽車的核心部件當屬汽車動力電池，也就是新能源汽車的能量來源，直接決定了汽車的續(xù)航里程。
新能源汽車電池
在過去的幾年里，隨著新能源汽車產(chǎn)銷的快速增長，我國的動力電池產(chǎn)業(yè)有了長足的發(fā)展。新能源汽車的核心部件當屬汽車動力電池，也就是新能源汽車的能量來源，直接決定了汽車的續(xù)航里程。
中國動力電池市場以本土企業(yè)占主導，企業(yè)格局分層明顯，按照技術水平和市場表現(xiàn)主要分為四個梯隊，第一梯隊企業(yè)比亞迪和寧德時代技術領先，規(guī)模效應導致成本下降明顯，在競爭中占據(jù)絕對優(yōu)勢。
三元電池和磷酸鐵鋰電池在乘用車和商用車領域都是主導應用，目前乘用車電池以三元為主，商用車電池以磷酸鐵鋰電池為主。
新能源電池的分類
一、鉛酸電池
鉛酸電池作為比較成熟的技術，因其成本較低，而且能夠高倍率放電，依然是唯一可供大批量生產(chǎn)的電動車用電池。北京奧運會時，有20輛使用鉛酸電池的電動汽車，為奧運會提供交通服務。
但是鉛酸電池的比能量、比功率和能量密度都很低，以此為動力源的電動車不可能擁有良好的車速及續(xù)航里程。
二、鎳鎘電池和鎳氫電池
雖然性能好于鉛酸電池，但含有重金屬，使用遺棄后對環(huán)境會造成污染。
鎳氫動力電池剛剛進入成熟期，是目前混合動力汽車所用電池體系中唯一被實際驗證并被商業(yè)化、規(guī)模化的電池體系，現(xiàn)有混合動力電池99%的市場份額為 鎳氫動力電池，商業(yè)化的代表是豐田的普銳斯。目前全球主要的汽車動力電池廠商主要有日本的PEVE和 Sanyo，PEVE占據(jù)全球Hybrid動力車用鎳氫電池85%的市場份額，目前主要的商業(yè)化的混合動力汽車如豐田的Prius、Alphard和 EsTIma，以及本田的Civic，Insight等均采用PEVE的鎳氫動力電池組。在我國，長安杰勛、奇瑞A5、一汽奔騰、通用君悅等品牌轎車已經(jīng) 在示范運行，他們采用的也都是鎳氫電池，不過電池主要向國外采購，國內(nèi)鎳氫電池在汽車上的運用仍處于研發(fā)匹配階段。
三、鋰電池
傳統(tǒng)的鉛酸電池、鎳鎘電池和鎳氫電池本身技術比較成熟，但它們用在汽車上作為動力電池則存在較大的問題。目前，越來越多的汽車廠家選擇采用鋰電池作為新能源汽車的動力電池。
因為鋰離子動力電池有以下優(yōu)點：工作電壓高（是鎳鎘電池氫-鎳電池的3倍）；比能量大（可達165WH/kg，是氫鎳電池的3倍）；體積小；質(zhì)量輕；循環(huán)壽命長；自放電率低；無記憶效應；無污染等。
當前許多知名的汽車制造商都致力于開發(fā)動力鋰電池汽車，如美國福特、克萊斯勒，日本豐田、三菱、日產(chǎn)、韓國現(xiàn)代、法國Courreges、Ventury等。而國內(nèi)汽車制造商比亞迪、吉利、奇瑞、力帆、中興等車企也紛紛在自己的混合動力和純電動汽車中搭載動力鋰電池。
目前阻礙動力鋰離子電池發(fā)展的瓶頸是：安全性能和汽車動力電池的管理系統(tǒng)。安全性能方面，由于鋰離子動力電池具有能量密度大、工作溫度高、工作環(huán)境 惡劣等方面的原因，加上以人為本的安全理念，因此，用戶對電池的安全性提出了非常高的要求。汽車動力電池的管理系統(tǒng)方面，由于汽車動力電池的工作電壓是 12V或24V，而單個動力鋰離子電池的工作電壓是3.7V，因此必須由多個電池串聯(lián)而提高電壓，但由于電池難以做到完全均一的充放電，因此導致串聯(lián)的多 個電池組內(nèi)的單個電池會出現(xiàn)充放電不平衡的狀況，電池會出現(xiàn)充電不足和過放電現(xiàn)象，而這種狀況會導致電池性能的急劇惡化，最終導致整組電池無法正常工作， 甚至報廢，從而大大影響電池的使用壽命和可靠性能。
四、磷酸鐵鋰電池
磷酸鐵鋰電池也是一種鋰電池，其比能量不到鈷酸鋰電池的一半，但是其安全性高，循環(huán)次數(shù)能達到2000次，放電穩(wěn)定，價格便宜，成為車用動力新的選擇。
比亞迪提出的“鐵電池”，業(yè)界人士認為其為磷酸鐵鋰電池的可能性較大。
五、燃料電池
簡單地說，燃料電池（Fuel Cell）是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進燃料電池，電就被奇妙地生產(chǎn)出來。它從外表上看有正負極和電解質(zhì)等，像一個蓄電池，但實質(zhì)上它不能“儲電”而是一個“發(fā)電廠”。
最有望用于汽車的是質(zhì)子交換膜燃料電池。它的工作原理是：將氫氣送到負極，經(jīng)過催化劑（鉑）的作用，氫原子中兩個電子被分離出來，這兩個電子在正極 的吸引下，經(jīng)外部電路產(chǎn)生電流，失去電子的氫離子（質(zhì)子）可穿過質(zhì)子交換膜（即固體電解質(zhì)），在正極與氧原子和電子重新結合為水。由于氧可以從空氣中獲 得，只要不斷給負極供應氫，并及時把水（蒸汽）帶走，燃料電池就可以不斷地提供電能。
因為燃料電池直接將燃料的化學能轉(zhuǎn)化為電能，中間不經(jīng)過燃燒過程，因而不受卡諾循環(huán)的限制。目前燃料電池系統(tǒng)的燃料—電能轉(zhuǎn)換效率在45%～60%，而火力發(fā)電和核電的效率大約在30%～40%。
新能源汽車電池突破（動力電池）
“在過去一年里，電動汽車產(chǎn)業(yè)正在向高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)型，形勢很喜人。” 1月7日，在中國電動汽車百人會召開釣魚臺論壇前夕，中國電動汽車百人會理事長陳清泰在接受21世紀經(jīng)濟報道記者采訪時表示。
高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)變的主要表現(xiàn)為：正向開發(fā)幾乎完全取代了逆向開發(fā)、創(chuàng)新能力持續(xù)提高、整體技術水平上了一個很大的臺階；電動汽車在用戶和市場上的接受程度迅速提高；主要產(chǎn)品從中低檔轉(zhuǎn)向了中高檔，部分已經(jīng)提出要瞄準高檔車、豪華品牌。
同時，當全球主要汽車企業(yè)爭先恐后地公布向電動車轉(zhuǎn)型時，我國電動汽車的產(chǎn)業(yè)體系在逐漸完善，主要零部件特別是動力電池方面，始終保持國際一流的水平，主要零部件水平、配套能力提升很快。
性價比將超燃油車
2017年，1-11月份我國新能源車累計銷售60.9萬輛，同比增長51.4%，距離完成70萬輛的年度目標僅一步之遙。有專家預測，12月的銷售數(shù)據(jù)還沒有出來，不過2017年新能源汽車總銷量可能超過80萬輛。
“電動汽車再往前發(fā)展要跨越一個臨界點，就是電動車的性價比達到和超過燃油車，如果跨過了這個坎，電動車就可以依托市場力量自主發(fā)展了，現(xiàn)在還得靠政策、靠政府補貼。”陳清泰告訴記者，當財政補貼完全取消之后，雙積分政策作為替代政策，新能源汽車積分比例將在2020年12%的基礎上，繼續(xù)上調(diào)。
這個臨界會出現(xiàn)在什么時候？陳清泰的判斷是，大約在2025年前后。
對此，陳清泰建議車企要在以下幾個方面做好準備：首先是在財政補貼退坡之后，做好可持續(xù)發(fā)展的保障工作，另外電動車自身要通過輕量化、節(jié)能化提高性價比；其次，產(chǎn)品技術要雙線作戰(zhàn)，其中一條戰(zhàn)線是完善汽車的行駛功能，另一條戰(zhàn)線則是將智能網(wǎng)聯(lián)和共享化應用到新能源汽車上；第三，自動駕駛是爭奪未來的一個制高點；第四，在有限的時間要抓緊做品牌建設。
同時，隨著汽車產(chǎn)業(yè)與電動化、智能化、信息化等新技術的深度融合，我國涌現(xiàn)出了一大批新勢力造車公司，從跟隨到影響全球，中國汽車產(chǎn)業(yè)正在走出了一條由汽車大國邁向汽車強國的道路。
“要在電動汽車上真正在全球站住腳，或者干出我們的特色，要是完全依賴電動化也是沒戲的，很難比傳統(tǒng)汽車做得更好。但是如果在網(wǎng)聯(lián)化、智能化、共享出行等方面能夠發(fā)力的話，完全有可能戰(zhàn)勝，因為這是我們的強項。我非常希望互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)要大跨度進入電動車行業(yè)，要分享這塊蛋糕，改變傳統(tǒng)汽車的基因。”陳清泰說。
不過，中國電動汽車百人會執(zhí)行副理事長歐陽明高強調(diào)，雖然電動汽車的核心技術通常來說是電池、電機、電控，然而對整車廠來說，它們更多地是做品牌、技術、營銷服務的集成。
相比傳統(tǒng)汽車，這一點在電動車上體現(xiàn)尤為明顯，而我國車企與國外車企差距更多的是表現(xiàn)在綜合電耗上。“日產(chǎn)的新一代聆風，在歐洲工況下40度電跑300多公里，在日本工況下甚至可以跑到400公里，我們國家車企和他們的差距還是比較大的。”歐陽明高告訴記者。
動力電池比能量突破很大
歐陽明高同時表示，2017年我國動力電池技術已經(jīng)取得了實質(zhì)性進展，動力電池系統(tǒng)能量密度已達到150瓦時/公斤甚至以上，鋰離子動力電池單體比能量有望于2020年前實現(xiàn)300瓦時/公斤目標。
2017年3月1日，工信部、發(fā)改委、科技部、財政部四部委印發(fā)的《促進汽車動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案》（以下簡稱“行動方案”）中提出了動力電池發(fā)展的主要目標，到2020年，新型鋰離子動力電池單體比能量超過300瓦時/公斤；系統(tǒng)比能量力爭達到260瓦時/公斤、成本降至1元/瓦時以下，使用環(huán)境達-30℃到55℃，可具備3C充電能力。到2025年，新體系動力電池技術取得突破性進展，單體比能量達500瓦時/公斤。
“目前國內(nèi)外技術研發(fā)基本處于同一水平，不過鋰離子電池的核心是安全性。”歐陽明高表示，在新能源汽車專項研究方面，寧德時代新能源、天津力神、合肥國軒已經(jīng)取得了較大的技術突破。
據(jù)了解，寧德時代動力電池單體能量密度已經(jīng)達到304瓦時/公斤，循環(huán)壽命基本上在1000次左右，安全性檢測全部通過；另外力神和國軒團隊循環(huán)壽命和能量密度與目標要求相差無幾。
但我國動力電池技術發(fā)展并不均衡。歐陽明高告訴記者，當前我國動力電池研究具體可總結為四個方面：一是2020年300瓦時/公斤的單體比能量可實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，但安全性要加強；二是作為實現(xiàn)遠期目標的兩類新體系，鋰硫、鋰空氣電池方面，目前國內(nèi)外進展相對緩慢，2017年沒有看到突破性的進展；三是固態(tài)電池的研發(fā)產(chǎn)業(yè)化持續(xù)升溫，但受到固/固界面穩(wěn)定性和金屬鋰負極可充性兩大問題的制約，真正的全固態(tài)鋰金屬負極電池還沒有成熟，但是以無機硫化物作為固態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池出現(xiàn)突破；四是中國在高容量富鋰正極材料方面，2017年取得了一些突破，基于高容量富鋰正極和高容量硅碳負極的革新型鋰離子電池比鋰硫和鋰空電池更具可行性。
據(jù)此判斷，2020年，我國動力電池單體能量密度將實現(xiàn)300瓦時/公斤、比功率達1000瓦時/公斤，循環(huán)1000次以上，成本0.8元/瓦時以內(nèi)；2020-2025年，動力電池單體能量密度從300瓦時/公斤可以提升至400瓦時/公斤，每瓦時成本從0.8元降到0.6元以內(nèi)。
“2025年，具備一般性價比的純電動轎車合理的里程是300-400公里。但2030年，最大的技術突破將體現(xiàn)在電解質(zhì)上，固態(tài)電池會規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，電池單體比能量有望沖擊500瓦時/公斤。2030年，常規(guī)的性價比車型，續(xù)航里程應該可以達到500公里以上。”歐陽明高稱。
汽車電池技術最新突破
前不久美國菲斯科汽車發(fā)布的一則專利消息引起了全世界的矚目，它所研發(fā)一種固態(tài)電池，能僅用1分鐘的充電時間，將電動汽車的續(xù)航能力提升到804公里，并且能在2020年通過材料和制造技術的進展將成本降到常規(guī)鋰電池的三分之一。
固態(tài)電池也由此進入大多數(shù)人的視野，其實從原理上說和目前的液態(tài)鋰電池是一樣的，最大的區(qū)別就是電解液變成了固態(tài)，憑借密度、結構優(yōu)勢將更多帶電離子聚集在一端，可以傳導更大的電流，電池容量因此大幅度提升。
固態(tài)電池最顯著的特點有兩個，一是能量密度大，很多實驗室已經(jīng)做到了300-400Wh/kg，這是傳統(tǒng)鋰電池的2.5-3倍，另外就是更安全，更大程度杜絕了電池破裂或高溫等意外帶來的燃燒隱患。
當然固態(tài)電池也有缺點，就是電導率總體偏低、內(nèi)阻較大、充電速度慢，至于美國菲斯科汽車如何做到充電1分鐘，續(xù)航800公里，那是它的核心機密了，
總的來看，如果固態(tài)電池能真正低成本產(chǎn)業(yè)化面向市場，將徹底解決當前電動汽車普及的核心難題，新能源汽車將真正做到殺死汽油車。
推薦閱讀：
如何正確選擇電動汽車中霍爾電流傳感器？
是時候?qū)ふ业统杀綝RAM替代方案了
嵌入式MCU如何滿足物聯(lián)網(wǎng)的需求？（二）
分享智能手機環(huán)境光近傳感器設計技巧
