動(dòng)力電池及其管理系統(tǒng)

1.動(dòng)力電池技術(shù)路線

動(dòng)力電池是為電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)提供能量的蓄電池，主要包括鋰離子電池、鎳氫電池和鉛酸電池等。

(1)不同電池類型技術(shù)路線

a.鉛酸電池由于安全性好，成本低，在微混和城市型純電動(dòng)汽車上具有一定優(yōu)勢。但由于能量密度低，無法在其它類型電動(dòng)汽車上應(yīng)用。

b.鎳氫電池技術(shù)成熟、安全性好，在近幾年內(nèi)占據(jù)混合動(dòng)力的主流地位，尤其是在輕混、中混和重混等車型上。但由于能量密度低，成本高，技術(shù)發(fā)展已接近極限，性能進(jìn)一步提高的余地不大。

c.鋰離子電池性能優(yōu)良，適用范圍廣，具有良好的應(yīng)用前景，將逐步占據(jù)未來市場的主流地位。但由于安全性和成本問題，日前尚處于發(fā)展期。

(2)鋰離子電池技術(shù)路線

鋰離子動(dòng)力電池的正極材料主要包括錳酸鋰、三元材料和磷酸鐵鋰等。

a.錳酸鋰安全性較好，成本低，但高溫性能較差，壽命較低。

b.三元材料能量密度高，性能比較均衡，但成本較高。

c.磷酸鐵鋰安全性最好，循環(huán)壽命長，但低溫特性較差、能量密度較低。

目前國外多數(shù)電池企業(yè)，如松下、三洋、SBL、LG、JCS等，主要選擇錳酸鋰和三元材料；國內(nèi)多數(shù)電池企業(yè)和美國A123，主要選擇磷酸鐵鋰。從近期來看，錳酸鋰和三元材料更為成熟，將首先產(chǎn)業(yè)化。從長期來看，磷酸鐵鋰可能逐步占據(jù)未來市場的主流地位。

2.國外發(fā)展情況

(1)國外主要材料企業(yè)技術(shù)先進(jìn)，擁有相關(guān)發(fā)明專利，生產(chǎn)規(guī)模較大，材料售價(jià)較高。加拿大Phostech擁有磷酸鐵鋰原始專利，產(chǎn)品售價(jià)約為30萬～40萬元／噸。

(2)國外主要電池企業(yè)技術(shù)水平先進(jìn)，尤其是動(dòng)力電池一致性較好，使用壽命長，能滿足整車要求，但成本較高。銷售量已超過200萬輛的豐田prius采用鎳氫電池，在歐洲保用8年，在美國保用10年，電池成本約為15～21元/Wh。

(3)國外汽車巨頭和專業(yè)汽車配件公司紛紛選擇與專業(yè)電池公司合作，利用電池企業(yè)的電芯專業(yè)制造能力，結(jié)合自身整車或配件的電控設(shè)計(jì)和系統(tǒng)集成能力，共同開發(fā)動(dòng)力電池系統(tǒng)。如豐田和松下組建了PEVE公司，博世和三星組建SBL公司，日產(chǎn)和NEC組建AESC公司，JCI和SAFT組建JCS公司等，這一動(dòng)向特別值得我們關(guān)注。

(4)政府重視動(dòng)力電池與相關(guān)材料的研發(fā)，積極投入巨資資助企業(yè)開發(fā)。美國2009年投入24億美元支持電動(dòng)汽車的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，主要涉及動(dòng)力電池、材料及系統(tǒng)等。日本計(jì)劃從2007年起，5年內(nèi)投資245億日元，用于研發(fā)車用動(dòng)力電池。

(5)國外企業(yè)投入巨資擴(kuò)大動(dòng)力電池產(chǎn)能。日本企業(yè)如AESC計(jì)劃投資1000億日元，三洋計(jì)劃投資800億日元；美國企業(yè)如JCS計(jì)劃投資2.2億美元，A123計(jì)劃投資6億美元，以擴(kuò)大鋰離子動(dòng)力電池生產(chǎn)規(guī)模。

(6)國外相關(guān)機(jī)構(gòu)和企業(yè)已啟動(dòng)下一代新型動(dòng)力電池開發(fā)項(xiàng)目。日本于2007年啟動(dòng)“發(fā)展新一代汽車和燃料計(jì)劃”，目標(biāo)是2030年后，將動(dòng)力電池的質(zhì)量能密度提高到日前的7倍，成本降低到目前的1/40。

3.我國發(fā)展現(xiàn)狀

(1)動(dòng)力電池材料

a.我國動(dòng)力電池主要原材料資源豐富，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展有保障。

動(dòng)力電池主要原材料資源包括鋰、石墨、稀土、鉛等，這些資源在我國都有豐富的礦藏，都位居世界前三位，為動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)化提供了有效保障。

b.鋰離子電池負(fù)極材料已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，產(chǎn)品性能處于國際先進(jìn)水平。

我國負(fù)極材料主要包括天然石墨、人造石墨和MCMB中間相碳微球等，產(chǎn)品基本覆蓋國內(nèi)市場，部分產(chǎn)品銷量已進(jìn)入全球前三位。

c.磷酸鐵鋰材料生產(chǎn)企業(yè)眾多，能滿足動(dòng)力電池使用的較少。

國內(nèi)有一百多家企業(yè)能制造磷酸鐵鋰材料，但只有少數(shù)廠家的產(chǎn)品能基本滿足車用動(dòng)力電池要求，且尚未完全解決產(chǎn)品穩(wěn)定性問題。

d.鋰離子動(dòng)力電池隔膜材料已研發(fā)出樣品，性能有待改進(jìn)。

國內(nèi)隔膜產(chǎn)品在傳統(tǒng)鋰離子電池市場已經(jīng)部分替代進(jìn)口產(chǎn)品，但動(dòng)力電池隔膜全部采用進(jìn)口，國產(chǎn)動(dòng)力電池隔膜尚在樣品開發(fā)階段。

(2)動(dòng)力電池

a.鋰離子動(dòng)力電池已形成產(chǎn)品系列，主要為1～50Ah產(chǎn)品，部分廠家已開發(fā)50Ah以上產(chǎn)品，能支持樣車和示范車型配套，但尚未形成產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)能力。鎳氫動(dòng)力電池也已形成產(chǎn)品系列，主要為6～100Ah產(chǎn)品，部分產(chǎn)品可與量產(chǎn)車型配套。

b.國內(nèi)鋰離子電池企業(yè)技術(shù)水平己取得一定進(jìn)步，尤其是安全性指標(biāo)進(jìn)步明顯。但企業(yè)技術(shù)水平參差不齊，產(chǎn)品一致性較差，總體與國際先進(jìn)水平存在一定差距，且存在差距繼續(xù)擴(kuò)大的趨勢。

在售后服務(wù)方面，國內(nèi)多數(shù)鋰離子電池廠家只提供1年質(zhì)量保證期，個(gè)別廠家能提供3年質(zhì)量保證期，而國外部分鋰離子電池廠家能提供10年質(zhì)量保證期。在產(chǎn)品價(jià)格方面，國內(nèi)產(chǎn)品具有優(yōu)勢，鎳氫電池成本約為10元/Wh左右，鋰離子電池成本約為2.5～5元/Wh。

c.國內(nèi)動(dòng)力電池成組技術(shù)較落后，離產(chǎn)業(yè)化尚有較大差距。

個(gè)別廠家在電池成組技術(shù)方面已有一定基礎(chǔ)，初步得到整車企業(yè)的認(rèn)可。但與國際先進(jìn)水平相比，在熱管理、均衡、空間利用率等方面還存在較大差距。

d.國內(nèi)企業(yè)規(guī)劃擴(kuò)大投資，積極進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化準(zhǔn)備。

近年來，電池企業(yè)對產(chǎn)業(yè)化的投入急劇增加，如ATL、力神、比克、萬向都計(jì)劃超過10億元的投資，以擴(kuò)大鋰離子電池產(chǎn)能。湖南神舟、湖南科霸、中炬森萊也都計(jì)劃超過5億元的投資，以擴(kuò)大鎳氫電池產(chǎn)能。但多數(shù)廠家在投入初期仍重點(diǎn)發(fā)展傳統(tǒng)電池產(chǎn)品。

(3)電池管理系統(tǒng)

a.經(jīng)過“十五”和“十一五”的研究，我國在電池管理系統(tǒng)方面已取得一定進(jìn)展，產(chǎn)品功能較為完備，能支持示范車型配套，但尚未達(dá)到產(chǎn)業(yè)化程度。

b.電池和整車行業(yè)對電池管理系統(tǒng)都缺乏設(shè)計(jì)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，雙方缺乏緊密合作。國內(nèi)電池企業(yè)一般委托專業(yè)電子公司或高校開發(fā)相關(guān)系統(tǒng)，但對電池內(nèi)部規(guī)律研究不夠深入，缺乏數(shù)據(jù)積累，無法與設(shè)計(jì)公司進(jìn)行深入溝通，影響產(chǎn)品性能。

c.目前產(chǎn)品功能較簡單，雖具有基本的檢測監(jiān)控功能，但在數(shù)據(jù)采集的可靠性、SOC的估算精度、熱管理、均衡、安全管理等方面與國外存在很大差距。

d.電子元器件多為非車用級，而且由于批量較小，多采用手工焊接的方式制造，產(chǎn)品電磁兼容性差，穩(wěn)定性和可靠性低。

(4)動(dòng)力電池回收與處理現(xiàn)狀

a.動(dòng)力電池中所含的鉛、強(qiáng)腐蝕溶液會(huì)對環(huán)境有嚴(yán)重的污染作用，廢電池必須同收。而且動(dòng)力電池中的鉛、鎳、稀土、鋰等金屬及其它材料具有回收價(jià)值，廢電池回收有利于資源循環(huán)利用。

b.美、歐、日等發(fā)達(dá)國家已形成完整的回收體系。不僅制定了專門的法規(guī)制度，而且建立了專業(yè)性、規(guī)模性的電池回收再利用公司。國內(nèi)尚未建立完善的回收制度與體系，部分回收公司不注意環(huán)保，造成二次污染。

c.由于車用動(dòng)力電池的要求較高，部分動(dòng)力電池雖然無法為車輛提供動(dòng)力，但剩余容量還能滿足一些儲(chǔ)能裝置的要求，所以采用梯級利用模式，能擴(kuò)大部分動(dòng)力電池的使用范圍，降低使用成本。

4.我國動(dòng)力電池及其管理系統(tǒng)存在的主要問題

(1)磷酸鐵鋰材料由于工藝控制困難，批次穩(wěn)定性差，使電池制造工藝控制困難，造成電芯成品率低，導(dǎo)致電芯的制造成本高。且材料原始專利涉及核心問題，無法回避，面臨較大風(fēng)險(xiǎn)。

(2)同前動(dòng)力電池隔膜均采用進(jìn)口，國內(nèi)動(dòng)力電池隔膜尚處于樣品階段，很難在短期內(nèi)取代進(jìn)口產(chǎn)品。

(3)隔膜和磷酸鐵鋰電池的關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備依賴進(jìn)口。

(4)動(dòng)力電池單體樣品的循環(huán)壽命可以達(dá)到較高水平，但由于產(chǎn)品一致性較差，電芯成組后，系統(tǒng)的循環(huán)壽命降低很多。

(5)在電池管理系統(tǒng)方面，缺乏熟悉電池和電池管理系統(tǒng)的復(fù)合型專業(yè)人員；產(chǎn)品系統(tǒng)功能簡單，性能與國外存在很大差距；產(chǎn)品工程化設(shè)計(jì)能力較弱，產(chǎn)品可靠性差。