動力電池市場定位的剖析

任何一種產(chǎn)品要想得到市場的認(rèn)可，它必須做到“價廉物美”，或者說它的“性能/價格比”必須盡可能高。這里的“性能”指的是產(chǎn)品可以滿足廣大消費(fèi)者的需要;這里的“價格”應(yīng)當(dāng)包括產(chǎn)品及其輔件的售價和使用維護(hù)費(fèi)用。另一方面，任何電池都有其固有的優(yōu)點(diǎn)和不足之處，使用電池的場合也是千變?nèi)f化的。在選用電池時只有做到揚(yáng)長避短，使所選用的電池具有最佳的“性能/價格比”，這樣才會得到市場的認(rèn)可。目前動力型密封鉛酸蓄電池、MH/Ni電池、鋰離子電池、燃料電池的市場格局就是受到這一規(guī)律制約的。

鉛酸蓄電池稱雄電動助力車市場

目前我國電動自行車已進(jìn)入千家萬戶，年產(chǎn)量超過2000萬輛，有人說其保有量達(dá)到了1.2億輛以上。所用的電池可以說是清一色的閥控密封鉛酸蓄電池。各種游覽車、高爾夫車、叉車和許多短途運(yùn)輸車也都使用鉛酸蓄電池。為什么鉛酸蓄電池能稱雄于電動助力車電池市場呢?

電池性能滿足了用戶市場需求

電動自行車取代的是人力自行車。目前采用閥控密封鉛蓄電池的電動自行車，一次充電可以行駛35~40公里。所行的路程比一個人連續(xù)騎自行車要長得多。完全滿足了人們上下班和上街購物的需要。由于規(guī)定電動自行車的速度不超過20 km/h，這正好避開了鉛蓄電池的重量比能量不高的短處;同時充分發(fā)揮了這種電池安全性好、易維護(hù)、耐過充電和過放電性能好、高低溫性能好、自放電速度小、使用過程對環(huán)境友好等方面的長處。

閥控密封鉛蓄電池的價格低

目前市場上采用閥控密封鉛蓄電池的普通電動自行車，每臺售價1200~1300元，其中包括一組三塊6DZM10電池。三塊新電池的售價約300元，廠家保用壽命是1.5年。三塊舊電池可以賣100元。那么電池實(shí)際使用費(fèi)用是每組200元，平均每年不到170元。加上電費(fèi)，總共每年大約200元。

普通電動自行車消費(fèi)對象是誰呢?老板和高薪階層的人關(guān)心的是各種轎車，他們絕不會光顧電動自行車。只有月收入在1000~2000元附近的人群才會對電動自行車感興趣。這種人群當(dāng)前在我國是為數(shù)很大的人群。他們經(jīng)過半年的省吃儉用，可以花1200~1300元買一輛電動自行車。既方便了出門或上下班，經(jīng)濟(jì)上也不感到很吃緊。

MH-Ni電池和鋰離子電池不占優(yōu)勢

十多年前金屬氫化物/鎳電池(即MH-Ni電池)在小型移動式家用電器中大出風(fēng)頭，接著開始試圖進(jìn)軍電動助力車市場。經(jīng)過5年多的搏斗，由于其“性能/價格比”不具有優(yōu)勢，最后只有收兵。當(dāng)今鋰離子電池已在小型移動式家用電器市場獨(dú)占鰲頭，接著也開始試圖進(jìn)軍電動助力車市場?，F(xiàn)已跟閥控密封鉛蓄電池搏斗了3年，但現(xiàn)在除了在電動車展覽會上看到裝有鋰離子電池的電動助力車外，馬路上卻見不到它的蹤影。

混合型電動汽車市場MH-Ni電池獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷

混合型電動汽車市場動態(tài)

目前已進(jìn)入商品化階段的有日本豐田公司的Prius車和本田公司的Insight混合型電動轎車。到2005年底，豐田公司已銷售各種混合型電動車51.3萬輛，占全世界混合型電動車銷售額的約90%， 1999年本田公司開始在日本銷售家用混合型電動車Insight，到2005年底，本田生產(chǎn)銷售的混合型電動車超過10萬輛。近年來在我國的汽車市場上也開始有普銳斯(Prius)車出現(xiàn)?，F(xiàn)在進(jìn)入市場的Insight HEV和Prius HEV都采用 MH-Ni 電池。

目前使用鋰離子電池的混合型電動汽車HEV還沒有正式進(jìn)入市場，只有個別樣車在使用。德國戴姆勒公司2008年2月29日宣布，在2008年將推出使用鋰離子電池的混合型電動汽車，型號為S400 BLUE HYBRID奔馳車。功率300馬力，6缸，加速到100Km/h只要7.3s，每100Km耗油量7.9L，CO2排放量是190g，明顯優(yōu)于S系列奔馳車，但車價未定。

混合型電動車用MH-Ni電池的性能要求

不同的車型，其工作模式不同，所用電池的容量也就差別很大，其能量規(guī)格在0.9～5kwh之間。所用電池最小為6.5Ah D型MH-Ni電池，最大為60Ah的MH-Ni電池。例如，本田公司的Insight HEV采用的MH-Ni電池組為900wh，電壓為144v，由6.5Ah D型電池組成;豐田公司的Prius HEV采用的電池組為1.8kwh，電壓288v，同樣由6.5Ah D型電池組成;美國通用公司的Precept HEV采用總能量為4.2kwh的MH-Ni電池組，它由28個12V的電池模塊組成，單電池容量為12Ah。

在HEV中使用的電池組應(yīng)當(dāng)滿足:體積比功率>1000w/L;質(zhì)量比功率>500w/kg;質(zhì)量比能量>50wh/kg;再生制動充電比功率>500w/kg;充放電循環(huán)效率>85%;壽命長，成本低。

混合型電動車用MH/Ni電池的實(shí)際水平

表1列出了有代表性的由Ovcnic公司制造的HEV用MH-Ni電池模塊性能。

由表1可以看出， MH-Ni電池組的性能參數(shù)完全滿足了混合型電動車的需求，但閥控密封鉛酸蓄電池的比能量和比功率卻差得很多，在混合型電動汽車市場無力跟MH-Ni電池競爭。此外，MH-Ni電池組在高電壓條件下使用時的安全性、對環(huán)境友好、長使用壽命和適中的價格，這些因素決定了當(dāng)前上市的混合型電動車上MH-Ni電池名列前茅。

國內(nèi)MH-Ni單電池技術(shù)指標(biāo)跟國外差距不大，但一致性和循環(huán)壽命比國外有段差距，特別是集成后各項(xiàng)指標(biāo)相差更大。其主要原因就是動力型MH-Ni電池尚沒有形成產(chǎn)業(yè)化，生產(chǎn)工藝大部分還是手工作業(yè)。近來國內(nèi)多家汽車廠家打算聯(lián)手開發(fā)混合型電動汽車，加上我國具有豐富的稀土元素資源(這是MH-Ni電池的主要原料)，可望我國動力型MH-Ni電池水平會有大幅度提高。

純電動汽車盼望鋰離子電池

目前使用鋰離子電池的電動汽車EV和混合型電動汽車HEV，雖然在國內(nèi)外電動汽車展覽會上和各種新聞媒體上有各式各樣的樣品出現(xiàn)，但還沒有正式進(jìn)入市場。

我國生產(chǎn)并進(jìn)入市場的鋰離子電池大部分是手機(jī)和小型家用電器用電池，動力型鋰離子電池也有少量產(chǎn)品展出，沒有達(dá)到批量生產(chǎn)，有的還處于試制階段。展出電池的性能也較國外的同類產(chǎn)品要低。有的廠家生產(chǎn)的使用鋰離子電池的電動汽車目前也沒有被市場所接受。其根本原因就在于電池組性能不能滿足要求，加之價格太貴。一組小車使用的鋰離子電池成本要8萬元，真正的使用壽命有多長呢?

動力電池性能被過度夸張

在能量方面，有商家稱鋰離子動力電池的比能量達(dá)到140wh/kg以上。對于采用LiCoO2為正極材料的鋰離子電池芯并且充電電壓達(dá)到4.2V而言，這一指標(biāo)是可能的;但對于采用其他材料為正極材料的鋰離子電池組而言，這一指標(biāo)是夸張了。例如電動助力車用的密封鉛酸蓄電池和一些相應(yīng)的鋰離子動力電池性能對比如表2所示:

從表2可以看出，實(shí)際上鋰離子動力電池組的重量比能量只有70 ~ 80wh/kg，比密封鉛酸蓄電池大1.0~1.33倍;兩種電池的體積比能量可以認(rèn)為相近，鋰離子動力電池組不占優(yōu)勢。

在循環(huán)壽命方面，市場上有商家說鋰離子動力電池組的循環(huán)壽命可以達(dá)到1000次，有的甚至說達(dá)到2000次?，F(xiàn)以7Ah的INCP160/61/78鋰離子電池為例。

可以看出，鋰離子動力電池組的循環(huán)壽命遠(yuǎn)小于1000次。電池組的電壓越高，串聯(lián)的單電池數(shù)就越多，使用壽命越短。鋰離子動力電池組的實(shí)際使用壽命，尚未見到可靠的數(shù)據(jù)報道。

電池內(nèi)阻被過分夸大

許多文獻(xiàn)資料把鋰離子電池說成可以用10C、20C甚至30C大電流放電。這是把高功率輸出電池和正常使用的動力電池有意或無意地混為一談。由于電池的內(nèi)阻是制約電池輸出功率的決定性因素，這是因?yàn)殡姵卮箅娏髌饎臃烹姇r的電壓降主要是由電池的歐姆內(nèi)阻引起的。要想使電池可以高功率輸出，就必須千方百計降低電池內(nèi)阻。為此，就要減薄電池極板厚度，增加極板片數(shù)。這樣雖然滿足了電池高功率輸出的要求，但電池壽命卻大幅度縮短。各種蓄電池的使用和試驗(yàn)結(jié)果都表明，高功率輸出電池和正常使用的動力電池其壽命會相差數(shù)倍甚至于十?dāng)?shù)倍。高功率輸出電池是不能用作動力電池的。

鋰離子電池使用的是有機(jī)電解質(zhì)，導(dǎo)電性能很差;閥控密封鉛酸蓄電池使用的是硫酸水溶液，MH-Ni電池使用的是KOH水溶液，它們的導(dǎo)電性能很好。許多廠家測試結(jié)果表明，同容量的單格鋰離子電池的內(nèi)阻是閥控密封鉛酸蓄電池的4~5倍。這就在本質(zhì)上決定了鋰離子電池在高功率輸出時，其比能量會大幅度下降，電池溫升很高，壽命縮短。今年7月在北京的電動汽車展覽會上展出的電動汽車樣品中，鋰離子電池組既要有冷卻裝置又要有保溫裝置(因?yàn)殇囯x子電池的低溫性能很差)，同時還要加裝一塊鉛酸蓄電池幫助鋰離子電池組一同起動車子。

燃料電池汽車離市場要求有較大差距

從國內(nèi)外燃料電池汽車的研發(fā)過程可以看出，雖然H2/O2質(zhì)子交換膜燃料電池已經(jīng)在各種電動車上和其它領(lǐng)域內(nèi)做過了許多演示性試驗(yàn)，并且取得了很大進(jìn)步，但是除了德國潛艇AIP系統(tǒng)中使用的燃料電池系統(tǒng)取得了市場認(rèn)可以外，其他試驗(yàn)汽車均沒有正式進(jìn)入市場。其主要原因是燃料電池汽車的實(shí)際性價比跟市場的要求相差太遠(yuǎn)。

車用燃料電池系統(tǒng)壽命短

巴拉德公司在試驗(yàn)室內(nèi)用純氫做電池壽命試驗(yàn)，經(jīng)過9000h的考驗(yàn)，電池電壓下降速度只有4mv/1000h，因而預(yù)測電池壽命可以達(dá)到20000h，但實(shí)際上的電池使用壽命也只有2200h，將近1/10。荷蘭設(shè)計的PEMFC可以連續(xù)工作40000h，但在汽車上試用， 使用壽命只有3000h，不到電池堆運(yùn)行時間的1/10。我國燃料電池使用壽命只有1500h，我國某公司開發(fā)的城市大巴發(fā)動機(jī)中用的燃料電池堆模塊已經(jīng)通過2000h的穩(wěn)定可靠性試驗(yàn)，性能下降不超過10%，但實(shí)際運(yùn)行卻只有200h。

造成燃料電池系統(tǒng)使用壽命有近10倍的差距，根本原因就在于試驗(yàn)室壽命試驗(yàn)是在嚴(yán)格的條件下進(jìn)行的:電池的輸出是恒定的;電池本體的溫度、濕度、排熱、排水是穩(wěn)定的;氫源和氧源是純凈的、穩(wěn)定的;它們之間的相互配合是最佳的。但在電動汽車運(yùn)行過程中，這些條件就得不到保證了。例如，電池的輸出瞬間多變;燃料電池排水會受到汽車震動頻率和方向的影響;燃料電池的輸出能力會受到進(jìn)氣純度和壓力的影響。在日本曾經(jīng)出現(xiàn)過燃料電池汽車經(jīng)過溫泉附近，電池性能出現(xiàn)突然下降，其原因是火山附近空氣中的硫化氫氣體引起電池催化劑中毒所致。這就要求燃料電池系統(tǒng)提高對濕度、溫度和雜質(zhì)氣體的適應(yīng)能力。

能效和比功率有待提高

電池的輸出功率和能量轉(zhuǎn)換效率存在著密切的關(guān)系。有文獻(xiàn)報道了40Kw質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)的燃料轉(zhuǎn)化效率跟電池輸出功率之間的關(guān)系。當(dāng)電池在額定輸出功率40Kw條件下工作時，其燃料轉(zhuǎn)換效率只有35% ~ 40%。不僅如此，如果考慮到燃料電池系統(tǒng)中的輔機(jī)消耗的能量，以及配套系統(tǒng)的重量和體積，則整個系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率和比能量、比功率會進(jìn)一步下降。這就部分抵消了燃料電池具有能量轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)點(diǎn)。例如，雖然燃料電池堆的功率密度可以做到1kw/L，但整個燃料電池發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的比功率只有75-100W/L。

可靠性有待深入研究

燃料電池動力系統(tǒng)是由燃料電池堆(或稱燃料電池本體)、氫源系統(tǒng)、氧源系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成的。每一個系統(tǒng)又包括數(shù)個子系統(tǒng)。例如氫源系統(tǒng)就包含燃料儲存、輸送;氫氣制造、凈化、壓力調(diào)解和控制;氫氣輸送、安全防護(hù)等子系統(tǒng)。燃料電池堆也包含電池排熱、排水、保溫、保濕、冷卻等子系統(tǒng)。因此燃料電池動力系統(tǒng)的研制和運(yùn)行過程是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程。在燃料電池系統(tǒng)中，任何一個子系統(tǒng)、組件、元件出了故障或失效，都會給整個燃料電池系統(tǒng)帶來影響，甚至引起電池失效。

燃料電池汽車價格太高

一輛裝有燃料電池的自行車樣車要賣幾萬元，國外也有人估計目前每臺燃料電池轎車需要100萬～200萬美元，但普通轎車只要1.8～2萬美元，相差50～100倍。這么大的差距市場是不會認(rèn)可的。那么燃料電池貴在哪里呢?

目前雙極板約占整個質(zhì)子交換膜燃料電池總重量的70%-80%，成本約占整個質(zhì)子交換膜燃料電池總成本的40%~50%。要降低質(zhì)子交換膜燃料電池總成本，那么尋求和設(shè)計價廉物美的雙極板，就成為至關(guān)重要的事了。

再者，燃料電池電極中使用的貴金屬催化劑，也是引起電池價格高揚(yáng)的重要因素。到目前為止，還沒有找到一個價廉物美的非貴金屬催化劑。

車載氫源也是難題

已經(jīng)試驗(yàn)過的車載氫源有:高壓氣態(tài)氫、金屬氫化物儲存氫、甲醇重整造氫、氫硼化鈉制氫等，但都沒有得到令人滿意的結(jié)果。有的因?yàn)閮r格太高，有的因應(yīng)答性滿足不了汽車使用要求。

燃料電池汽車展望

任何一種產(chǎn)品要想占領(lǐng)市場，它必須在“性能/價格比”或“費(fèi)/效比”指標(biāo)上能夠被廣大消費(fèi)者所接受。燃料電池汽車也必然遵循這一市場規(guī)律。燃料電池汽車要取代的是普通汽車，但它的“性能/價格比”指標(biāo)跟市場的要求相差太遠(yuǎn)，這才使開發(fā)燃料電池電動汽車的人們認(rèn)識到:燃料電池汽車要得到市場的認(rèn)可，還有一段說不清楚的漫長的路要走。

對發(fā)展電動汽車的看法和建議

注重實(shí)用性

節(jié)能減排是開發(fā)新能源汽車的目的。HEV可以起到節(jié)能減排的效果，但純電動汽車不論使用哪一種電池，都沒有起到節(jié)能的效果。國內(nèi)外開發(fā)電動汽車目的就在于減小城市污染。既然如此，就應(yīng)當(dāng)按照城市內(nèi)汽車使用的情況來開發(fā)電動汽車，不要跟現(xiàn)有的燃油汽車相攀比。要想使電動汽車的性能全面達(dá)到燃油汽車，現(xiàn)有的各種動力電池都是做不到的。

城市內(nèi)汽車的平均速度不高，有人說在中國是20km/h，在美國是40km/h?？磥黼妱悠嚨乃俣冗_(dá)到60km/h 是完全可以滿足城市使用要求的。再看，如果不跑長途，汽車在城市內(nèi)每天的行程不會超過150km。如果按照這一目標(biāo)去開發(fā)電動汽車，那么現(xiàn)有的動力電池基本上都可以滿足這一要求，完全解決了汽車對城市大氣的污染問題。

加大電池開發(fā)力度

既然動力電池是制約電動汽車發(fā)展的瓶頸因素，那么就應(yīng)當(dāng)加大對動力電池的開發(fā)力度。要知道，每一種新型電池的誕生到完全滿足市場要求，不是三天兩天可以做到的。如果完全從經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)，汽車廠家為搶占市場而對動力電池提出越來越高的要求，那么電池廠家就免不了在電池于試驗(yàn)室考核還沒有過關(guān)的情況下，匆忙上市。最后組裝成的電動汽車，只能參加展覽會而不能被市場認(rèn)可。

切忌一擁而上

任何一個產(chǎn)品上市都要經(jīng)過三個階段:實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段，技術(shù)人員要親自動手，要使產(chǎn)品在實(shí)驗(yàn)室的考核結(jié)果達(dá)到使用指標(biāo)要求，在這一階段只有投入沒有產(chǎn)出;試生產(chǎn)階段，產(chǎn)品量不要多，要由工人去生產(chǎn)，投放市場試銷，然后根據(jù)市場的反應(yīng)改進(jìn)產(chǎn)品;市場認(rèn)可階段，即大批量生產(chǎn)階段。在當(dāng)前動力電池性能還沒有完全滿足要求的情況下，最好不要一擁而上大批量生產(chǎn)，免得造成巨大浪費(fèi)。

確保電池最佳性價比

任何電池都有其固有的優(yōu)點(diǎn)和不足之處，使用電池的場合也是千變?nèi)f化的。我們在選擇電池時，應(yīng)當(dāng)盡可能做到揚(yáng)長避短，使所選用的電池具有最佳的“性能/價格比”，這樣才會得到市場的認(rèn)可。科學(xué)是不斷發(fā)展的，動力電池的市場格局也可能會隨之而變，但應(yīng)使所選用的電池具有最佳的“性能/價格比”這一規(guī)律是不會因人因事而改變的。