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電動車電池是關(guān)鍵 日韓中技術(shù)暫時領(lǐng)跑世界
來源:生意社 日期:2009-12-25 作者:全球電池網(wǎng) 點擊:

電動車的熱潮方興未艾,而且看來一點都沒有因為底特律車展的結(jié)束而有所冷卻!其中電動車上所用的充電電池又是電動車發(fā)展的技術(shù)關(guān)鍵。為此,日本一些汽車商紛紛與傳統(tǒng)的電池技術(shù)強勢廠商或合作或參股,例如豐田與老搭檔松下,日產(chǎn)與NEC等進(jìn)行戰(zhàn)略合作開發(fā)車用充電電池或稱二次電池。那么,在世界各大汽車廠商都把發(fā)展電動車作為公司未來發(fā)展戰(zhàn)略的當(dāng)前,全球車用電池技術(shù)的格局又是如何呢?它將怎樣影響到全球汽車產(chǎn)業(yè)未來的版圖變遷?其中我們最為關(guān)心的比亞迪鐵電池技術(shù)又處于一個怎樣的位置呢?讓我們一起看看資深電動汽車產(chǎn)業(yè)分析師HUNTETHSU的精到深入的分析和介紹。

電子化乃汽車潮流電動車前景廣闊

美國通用集團(tuán)在2008年藉百年廠慶的時刻,正式推出量產(chǎn)版本的雪佛蘭Volt以開啟全新的電動車紀(jì)元。隨著消費者的環(huán)保意識日益加深,同屬通用集團(tuán)旗下的德國品牌歐寶也宣布在2009年日內(nèi)瓦車展上,推出名為“Ampera”的全新電動車款。采用五門四座設(shè)定的Ampera,事實上與雪佛蘭Volt有相當(dāng)?shù)南嗨瞥潭龋撼霜M長后掠的頭燈線條雷同外,Ampera采用了窄幅的水箱護(hù)罩,同時頭燈下緣也加入類似同廠Flextreme概念車的進(jìn)氣柵設(shè)計,呈現(xiàn)動感前衛(wèi)的設(shè)計風(fēng)格。動力方面,Ampera搭載通用集團(tuán)的Voltec動力系統(tǒng),車主可藉由230V交流電源進(jìn)行充電,在鋰電池模組滿電的情況下,Ampera可提供60公里的續(xù)航距離;而欲駕駛更遠(yuǎn)的路途,Ampera所搭載的小型內(nèi)燃機引擎,也能持續(xù)產(chǎn)生電力,以提供更長途的續(xù)航能力。

身為資本市場上最早一批關(guān)注電動汽車產(chǎn)業(yè)的研究人員之一,我已利用上次的機會對電動車的技術(shù)瓶頸做了初步的剖析。這次我將介紹電動車的關(guān)鍵核心零組件:車用充電(二次)電池!由于車用電子應(yīng)用的高速發(fā)展,汽車已不再是傳統(tǒng)機械制品,而是集所有智慧型現(xiàn)代科技于一身,融合光電、半導(dǎo)體、電子、通信等技術(shù)的整合式平臺。2004年每輛新車在電子產(chǎn)品的支出為1518美元,更有人預(yù)估隨著機電整合技術(shù)的不斷進(jìn)步,電子產(chǎn)品的成本未來有望達(dá)到車輛成本的40%。

由于車用電子應(yīng)用的高速發(fā)展,汽車已不再是傳統(tǒng)機械制品,而是集所有智慧型現(xiàn)代科技于一身,融合光電、半導(dǎo)體、電子、通信等技術(shù)的整合式平臺

對應(yīng)車輛高度電子化的趨勢,汽車產(chǎn)業(yè)推動42V或42V/14V電力系統(tǒng)的力度也逐漸加快。汽車電子系統(tǒng)對電力的需求從現(xiàn)在到2030年將保持每年5~8%的速度增長,在過渡階段42V/14V電力系統(tǒng)有望成為新世代車輛電力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。目前國外高級轎車電子產(chǎn)品需要的線束超過2000條、各種控制器件的連接點超過4000個、線束總長度超過4000米、重量大于40公斤。未來改用42V電力系統(tǒng)之后,現(xiàn)有主流導(dǎo)線截面積由0.5~1.5mm降低為0.35mm。提高車內(nèi)電壓所帶來的好處表現(xiàn)在:(1)相同功率下,導(dǎo)線流過的電流要小,降低每歐姆導(dǎo)線的損耗,油耗可因此降低10~20%;(2)導(dǎo)線節(jié)省出來的空間可以添加新的電子系統(tǒng)功能;(3)采用鋁線代替銅線,尺寸得以更加縮。唬4)符合混合動力車輛發(fā)展的需要。隨著車輛進(jìn)入42V電力系統(tǒng)時代,對電能儲存媒介/電池的需求也將進(jìn)一步提升。

電動車技術(shù)誰主沉浮日韓中暫時領(lǐng)跑世界

2006年全球電池市場(未含低階鋅錳干電池)為540億美元,未來4年將以每年6.9%的復(fù)合成長率穩(wěn)定增加。

電池的使用范圍已由過去的手電筒、收音機、汽車和摩托車的啟動電源發(fā)展到現(xiàn)在的40-50種用途,可說是人類社會必不可少的電能來源。車用電池的需求占電池市場總需求的三分之一以上(34.2%,如圖一所示),年成長幅度更將由目前的2.1%(2007年)上升至9.2%(2010年)。被視為混合動力車輛關(guān)鍵零組件的次世代鋰離子電池(成長81%)及超級電容(成長120%)有望在未來5年實現(xiàn)高速成長。
    自從1800年AlessandroVolta發(fā)明世界上第一個電池,1859年GastonPlante發(fā)明可充電的鉛酸電池后,工程師就沒有停止過尋找更好儲能方式的努力;瘜W(xué)電池依據(jù)電池可充電與否的特性,又分為“一次電池”與“二次電池”兩大類。一次電池包括市面上常見的堿性電池、水銀電池,以及錳干電池、氧化銀電池、鋰電池與空氣電池等,二次電池則為目前可攜式電子產(chǎn)品的應(yīng)用大宗,包括鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池與鋰離子電池、鋰高分子電池及超級電容等。1990年鋰離子電池問世、并于1991年完成商用化,采用凝膠聚合物電解質(zhì)為隔膜和電解質(zhì)聚合物的鋰離子電池則于1995年推出并于1999年商用化。不過鋰離子電池的封裝始終存有安全性顧慮。

被視為混合動力車輛關(guān)鍵零組件的次世代鋰離子電池(成長81%)及超級電容(成長120%)有望在未來5年實現(xiàn)高速成長

要探討車用電池未來趨勢,可從兩方向出發(fā):擁有充電與放電功能的二次電池與提供動力的電化學(xué)電池,前者過去的主流為鉛酸電池,但由于混合動力車型對二次電池的性能要求大幅提高。Ni-MH(鎳氫電池)由于較優(yōu)秀的性價比與安全性(相對于鋰離子電池)而且具有能量密度高、功率密度高、可快速充放電、回圈壽命長以及無記憶效應(yīng)、無污染、可免維護(hù)、使用完全等特點,被稱為“綠色電池”。Ni-MH電池的能量密度是鎳鎘電池的1.5~2倍,充放電時無記憶效應(yīng)、低溫特性好、綜合性能優(yōu)于鎳鎘電池,又無鎳鎘電池的廢電池處理問題。目前市面上多數(shù)混合動力車型皆選擇鎳氫電池作為儲存回收能量的媒介。未來倘若鋰電池成本及安全性能符合車用要求,逐漸取代鎳氫電池的趨勢幾可確定。

許多行業(yè)內(nèi)人士迫不及待希望能夠拆解BYDF3DM進(jìn)行研究

目前全球鋰離子/鋰高分子電池市場的廠商主要集中在亞洲地區(qū),日、韓、中國大陸與中國臺灣地區(qū)廠商分食市場大餅,其中掌握技術(shù)優(yōu)勢的日本廠商占據(jù)80-90%的市場份額,霸主地位屹立不搖。日本廠商發(fā)展鋰離子/鋰高分子的歷史最悠久、技術(shù)與品質(zhì)的穩(wěn)定性在業(yè)界均處于領(lǐng)先地位,技術(shù)復(fù)制自日本的韓國廠商則因為背后有三星、LG等大廠支持,亦有不錯的成績。鋰離子電池內(nèi)部主要由正極、負(fù)極、電解質(zhì)及隔膜組成,因正、負(fù)極及電解質(zhì)材料不同而冠以不同名稱。目前市場上的鋰離子電池正極材料主要是氧化鈷鋰(LiCoO2),另外還有少數(shù)采用氧化錳鋰(LiMn2O4)及氧化鎳鋰(LiNiO2)作正極材料的鋰離子電池,這兩種都已在手持式電子產(chǎn)品中相當(dāng)普及。

截至目前為止,鐵鋰電池仍未能大規(guī)模商用化

鋰離子電池正極材料的價格與原料金屬的價格行情一致,其中以鈷(Co)最為稀缺,鎳(Ni)、錳(Mn)較為便宜,但其價格也大幅制約電動車降低成本以達(dá)到普及化的可能性。

目前最被看好的則是以磷酸鐵鋰(LiFePO4)材料作電池正極的鋰離子電池,原因在于鐵砂的價格大大低于其他稀有金屬。磷酸鐵鋰電池壽命是普通鋰電池的4-5倍,還有高于鋰電池8-10倍的高放電功率(可瞬間產(chǎn)生大電流),加上同樣能量密度下的整體重量較鋰電池減少30-50%等特性,讓它被視為最合適需要大扭力的電動車輛所使用的二次電池技術(shù)。據(jù)傳這也是世界股神沃倫·巴菲特(WarrenBuffett)看上比亞迪車廠并入股的重要原因,不過關(guān)于比亞迪技術(shù)團(tuán)隊所擁有的“鐵電池”技術(shù)內(nèi)容,目前仍在產(chǎn)業(yè)界及投資圈內(nèi)引起巨大的爭議,其謎底恐怕要等到F3DM正式量產(chǎn)面向消費者時才能略知一二,日后我也會將這背后錯綜復(fù)雜的專利糾紛專門撰文說明。

鐵鋰電池背后有著背后錯綜復(fù)雜的專利糾紛

難道除了鋰離子電池,就沒有其他電池技術(shù)能夠滿足電動車市場的需求?這個問題的答案也是否定的,包括本田車廠傾注大量研發(fā)資源的燃料電池領(lǐng)域,以及寶馬車廠曾試驗過的“超級電容”技術(shù)都是可行方案,后者更與FIA正在F1賽道內(nèi)大力推動的動能回收系統(tǒng)(KineticEnergyRecoverySystems,簡稱KERS)息息相關(guān)。

(編輯:全球電池網(wǎng))

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