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半导体

动力锂离子电池技术路线要通盘考虑






  对于电动汽车和混合动力车来说,其核心技术在于电池,与其他类型的电池比较,动力锂离子电池虽然具有价格高、安全性能差的缺点,但其具有比能量大、循环寿命长等重要优点,因此具有更广阔的发展前景。动力锂离子电池的技术发展也日新月异,从容量及结构上都有所改进,有关专家表示,无论电池厂商采用哪种技术路线,都应满足使用安全性高、环境温差范围广、充放电功能性强、倍率放电使用性好等条件。


  电池容量大小涉及技术和成本


锂离子电池按体积大小可分为小电池和大电池两种,小电池通常应用于3C电子产品,相关技术及产业已经发展得十分成熟,总体利润呈降低趋势。目前的锂离子电池产品,85%%以上是小电池。
大电池又俗称动力电池,同样有小型动力电池和大型动力电池两种,前者主要用于电动工具、电动自行车等,后者用于电动汽车和储能领域。目前,纯电动(EV)、可插电式混合动力(PHEV)、混合动力(HEV)3种类型的动力汽车正处在快速发展时期,备受行业关注。作为未来汽车产业的核心,动力锂离子电池产业的发展受到了空前关注,已被各主要国家上升到了战略高度。
深圳市吉阳自动化科技有限公司总裁阳如坤介绍说,小电池无论是在产品利润还是发展规模上都无法与大电池相比,虽然目前动力锂离子电池产业规模还很小,但电动汽车的量产为动力锂离子电池产业带来了重要的发展机会。据行业权威机构的测算,近几年,动力锂离子电池市场将超过全球手机锂离子电池市场的规模,这种改变将引发相关制造设备和厂房新一轮的投资热,同时,新进入动力锂离子电池产业的各大厂商将使相关领域的技术竞争更趋激烈。
目前,究竟采用单体大容量电池技术方案还是采用小容量电池并联技术方案,一直是业内争论的问题,而到底采用哪种技术路线,关键看电池组的结果,要看是否在体积、重量、产品质量、性能、价格、安装的方便性等方面具有竞争力。
阳如坤表示,在PHEV、HEV和EV上使用单体大容量电池与小容量并联电池是有很大区别的,采用单体大容量电池存在装配成本低,但制造直通率低,电池成本高,不利于散热管理等不足;小容量并联的电池组单体直通率高,成本低,安全性能好,但它们之间有太多连接,需要很好地解决集成装配费用问题。所以要发挥蓄电池的最佳性能,需要考虑制造效率、自动化、包装、电、热、安全、监测和控制以及与车辆其他部分的接口等诸多问题,不同情况下使用哪种技术必须根据具体应用权衡分析,至于哪种类型会大行其道还得看今后整个电池材料、电池设计及电池制造技术的发展而定。
  中国电池工业协会副理事长王金良表示,电池组采用大容量单体电池还是小容量电池并联,这不仅涉及技术问题,也涉及成本问题。他认为,采用大容量单体电池串联更合理些,也更具有市场竞争优势。目前有些企业采用上(数)万只“18650”小电池并串联的方法制成动力电池组,主要基于小电池技术较成熟,已在笔记本电脑等产品上获得较长时间的应用考验,电池一致性好,加上还没有成熟的大电池生产经验等方面考虑。从数理概率分析,上(数)万只电池混联,存在产品缺陷和工艺缺陷的几率将大幅度增加,另外小电池要用更多的零配件,如外壳、连接件、单体电池保护(平衡)元器件等,成本会大幅度增加,技术上即使可行,最终也会被市场淘汰。


  电池结构要综合考虑


  除了容量大小外,目前在动力锂离子电池中,采用的结构也不尽相同:高功率型的采用卷绕结构比较多,高能量型的采用叠片结构比较多。“作为动力电池,我还是比较倾向于叠片技术,卷绕的热失控很难控制,并且散热是问题。”阳如坤表示。
他认为,从有利于制造的角度讲目前有3种动力电池的技术路线正在逐步走向成熟,它们有共同的特点,如配件及设备成熟、相对生产量比较大、生产的厂家比较多。这3种路线是:一是卷绕圆柱电池,如动力型的18、26、32及42系列;二是卷绕的方形动力电池,表现为内部多电芯组合,形成大容量(50安时左右);三是叠片电池,相对来讲叠片可以做更大容量的电池。“纵观全球动力锂离子电池的发展,单体能够在100安时以上的大规模生产的不多,我们认为这不是一个单纯的设计和胆量的问题,而是要综合考虑动力电池的化学机理、电池的热学特性、电磁场特性、电池的可制造性、电池的材料及元部件供给、设备的成熟性和可靠性等方面的因素。”阳如坤说。
  同济大学汽车学院副教授魏学哲告诉记者,从电池规格来说主要分方形叠片和圆柱形,针对新能源汽车的应用,上海恒动汽车电池有限公司将坚持方形叠片的技术路线,主要依据是:
从单体而言,方形叠片技术可以更好地把电池内部的热量导出来,有利于温度分布的一致性;从模块而言,有利于将单体散热与模块及电池包的冷却系统相结合,满足新能源汽车长循环寿命和搁置寿命的要求。
方形叠片成组时可以有更好的空间利用率,空间利用率是目前新能源汽车布置上最为棘手的问题之一。
魏学哲表示,毫无疑问,目前小型圆柱形电池生产工艺和设备的成熟度要高于大型方形叠片电池,也就是说,从动力电池产业链来看,做小型圆柱形电池,是把困难留给了电池模块集成、电池包集成和车载应用。而上海恒动汽车电池有限公司不打算回避这个问题,将以方形叠片电池设计和制造为突破口,以模块集成和电池包设计为基本应用边界,结合电池管理技术,以明确干净的接口解决产业链上的基本技术问题。


  (责任编辑:落雪)


 



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