長續(xù)航純電動(dòng)車發(fā)展趨勢及對(duì)動(dòng)力電池系統(tǒng)需求的變化

曾祥兵 朱紅 宋開通 謝堃 李悅

奇瑞新能源汽車技術(shù)有限公司 安徽省蕪湖市 241002

1 引言

我國新能源汽車行業(yè)經(jīng)過不斷發(fā)展，已經(jīng)形成了較為完善的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)體系。2018年國家新能源汽車補(bǔ)貼政策明確了向長續(xù)航、高能量密度的電池系統(tǒng)和整車方向傾斜。續(xù)航300km以下的純電動(dòng)汽車補(bǔ)貼金額出現(xiàn)了不同程度的降低。續(xù)航里程超過了300km的車型補(bǔ)貼金額則有所增加。能量密度小于105Wh/kg將不再拿補(bǔ)貼，能量密度大于160Wh/kg則可以獲1.2倍的補(bǔ)貼。在政策導(dǎo)向和市場需求的雙重驅(qū)動(dòng)下，純電動(dòng)車紛紛向著長續(xù)航、高能量密度方向發(fā)展。電動(dòng)車用戶群體和使用工況也正在經(jīng)歷變化。本文將重點(diǎn)闡述長續(xù)航里程電動(dòng)車的發(fā)展趨勢和長續(xù)航里程電動(dòng)車對(duì)動(dòng)力電池系統(tǒng)需求的變化。

2 長續(xù)航純電動(dòng)車發(fā)展趨勢

隨著技術(shù)的發(fā)展和國家政策導(dǎo)向，純電動(dòng)車的續(xù)航里程不斷增加，電池系統(tǒng)能量密度持續(xù)增長。第303、304批新車公示新能源乘用車中能量密度大于140Wh/kg的電池系統(tǒng)共19款，占比33%，最高已達(dá)到158.07Wh/kg。續(xù)航大于251km的A00級(jí)別車8款，續(xù)航大于300km，能量密度大于140Wh/kg的A00級(jí)純電動(dòng)車有蘭州知豆和奇瑞eQ1。長續(xù)航純電動(dòng)車的里程需求也促使了新一代純電動(dòng)車平臺(tái)的開發(fā)。

表1 2018年純電動(dòng)汽車國家補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)

表2 電池系統(tǒng)能量密度調(diào)整系數(shù)

2.1 長續(xù)航純電動(dòng)乘用車用戶群體的變化趨勢

長續(xù)航純電動(dòng)乘用車的出現(xiàn)和發(fā)展，也促進(jìn)了出行方式和用戶群體的變革。

2017年8月8日，交通運(yùn)輸部、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于促進(jìn)小微型客車租賃健康發(fā)展的指導(dǎo)意見》，意味著國家已認(rèn)可將分時(shí)租賃作為一種緩解城市交通擁堵的途徑。分時(shí)租賃以A00級(jí)純電動(dòng)為主，早期分時(shí)租賃車電池電量只有18~25kWh，續(xù)航150~200km，僅能夠在城市市區(qū)內(nèi)運(yùn)營。當(dāng)A00級(jí)乘用車電量增加到35kWh以上，續(xù)航提升到300km時(shí)，將會(huì)擴(kuò)大分時(shí)租賃運(yùn)營范圍，延長租賃時(shí)間。目前中國租賃市場規(guī)模已從2011年的281億元增長到2016年的496億元，年增長率達(dá)到18%。雖增速較快，但滲透率只有0.4%。根據(jù)中國產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)測，預(yù)計(jì)至2020年，中國汽車租賃行業(yè)市場規(guī)模將達(dá)到800億元，市場規(guī)模年均增速達(dá)20%。

圖1 不同國家汽車租賃行業(yè)滲透率

圖2 中國共享汽車規(guī)模預(yù)測

因受制于重載荷運(yùn)行條件下續(xù)航里程和充電速度的制衡，出租車純電化替換的發(fā)展受到制約。同樣新能源汽車作為網(wǎng)約車也僅處于嘗試階段。隨著新商業(yè)模式的出現(xiàn)和新能源汽車?yán)m(xù)航里程的提升，新能源電動(dòng)車在出租車和網(wǎng)約車市場將迎來機(jī)遇。

截至2017年底，北京市純電動(dòng)汽車保有量達(dá)到17.1萬輛，其中私人汽車超過11萬輛，租賃汽車1.8萬輛。隨著新能源車型的多元化發(fā)展，續(xù)航里程大于400km的純電動(dòng)A級(jí)車和城市SUV的相繼推出，純電動(dòng)車在私人用戶領(lǐng)域占比也將越來越高。

2.2 新一代長續(xù)航純電動(dòng)乘用車發(fā)展趨勢

目前僅通過提升電池能量密度來提高整車?yán)m(xù)航里程已很難滿足下一代純電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程的需求。電動(dòng)車平臺(tái)化設(shè)計(jì)可以基于電池布置來設(shè)計(jì)整車底盤，使得新平臺(tái)可以兼容不同類型的電池系統(tǒng)。電池組通過不同配組和設(shè)計(jì)，在保持相同的邊界的前提下能夠靈活實(shí)現(xiàn)不同容量、數(shù)量和種類的電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)，且不影響到整車系統(tǒng)集成層面。如大眾規(guī)劃的MEB平臺(tái)根據(jù)車型配置不同種類電池系統(tǒng)。未來在MEB平臺(tái)上誕生的車型，綜合續(xù)航里程可以達(dá)到400-600km，同時(shí)支持15-30分鐘內(nèi)充滿80%電量的高性能快充。

圖3 大眾MEB純電動(dòng)平臺(tái)

表3 不同類型電芯和系統(tǒng)能量密度對(duì)比

3 動(dòng)力電池系統(tǒng)需求變化

隨著長續(xù)航里程電動(dòng)乘用車的發(fā)展，電動(dòng)車用戶群體和使用工況均發(fā)生了較大的變化。整車對(duì)電池系統(tǒng)的要求也發(fā)生了相應(yīng)的變化。

3.1 能量密度和電芯類型需求變化

當(dāng)前電池系統(tǒng)能量密度140Wh/kg與國家規(guī)劃的210Wh/kg仍然有著較大的差距。圓柱、方形和軟包三種電芯相比較而言，軟包三元系統(tǒng)的能量密度更具有優(yōu)勢。目前各主要電芯供應(yīng)商未來技術(shù)規(guī)劃的能量密度為300Wh/kg單體均為軟包電芯。隨著長續(xù)航、高能量密度的動(dòng)力電池系統(tǒng)發(fā)展，軟包類型電芯占比也將越來越高。

3.2 充電功率和循環(huán)壽命需求

隨著長續(xù)航里程電動(dòng)車電量的增加，傳統(tǒng)的3.3kW和6.6kW車載充電機(jī)已無法滿足充電需求?？斐涔β侍嵘?0kW，60kW的充電模塊業(yè)已開始推廣應(yīng)用。

針對(duì)出租車運(yùn)營領(lǐng)域，參照傳統(tǒng)車平均續(xù)航300km/日的運(yùn)營需求，電池系統(tǒng)需滿足8年或60萬公里質(zhì)保，2000次充放電循環(huán)的要求。而私人用車對(duì)續(xù)航里程的需求更多的是城際用車需求，市區(qū)內(nèi)代步屬于低頻充電高頻使用場景。按實(shí)際續(xù)航300km計(jì)算，12萬公里對(duì)于的電池系統(tǒng)循環(huán)壽命僅400次。故私人用車對(duì)電池系統(tǒng)循環(huán)壽命的要求降低了很多。

3.3 新一代電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求

隨著純電動(dòng)乘用車?yán)m(xù)航里程的提升和用戶接受度的擴(kuò)大，基于電池布置的底盤設(shè)計(jì)和根據(jù)車型配置不同容量的電池等特點(diǎn)的新一代電動(dòng)車專用平臺(tái)成為發(fā)展趨勢。這要求電池工程師在整車開發(fā)初期能夠深度參與新平臺(tái)的前期開發(fā)，充分考慮電池系統(tǒng)的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)需求，最大程度的集成電池系統(tǒng)。電池容量配置的可變性，則要求電池系統(tǒng)具備柔性設(shè)計(jì)，以較小的改動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)電量的變化。新一代平臺(tái)化的純電動(dòng)車對(duì)電池系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和裝配的便捷性也提出了更高的要求。當(dāng)電動(dòng)車生產(chǎn)效率達(dá)到傳統(tǒng)車流水化生產(chǎn)效率（1min/輛）的時(shí)候，電池系統(tǒng)的生產(chǎn)效率應(yīng)能夠與其相匹配。

4 結(jié)語

隨著新能源電動(dòng)車技術(shù)的發(fā)展和動(dòng)力電池系統(tǒng)能量密度的提升，電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程得到較大的提升。續(xù)航里程的提升一定程度上緩解了用戶里程的焦慮，使用戶受眾群體擴(kuò)大。針對(duì)新應(yīng)用場景和新工況對(duì)電池性能影響的研究，需要整車廠和動(dòng)力電池供應(yīng)方更緊密的合作，開發(fā)針對(duì)不同使用場景不同類型的動(dòng)力電池。針對(duì)不同配置車型輸入，動(dòng)力電池系統(tǒng)開發(fā)需要具有較大的自由度，并且電池系統(tǒng)工藝可制造性需要匹配整車生產(chǎn)效率。