技術(shù)突破　是解決里程問(wèn)題的核心

簡(jiǎn)介

劉吉順

博士，高級(jí)工程師，華汽智聯(lián)教育創(chuàng)始人。

十余年來(lái)一直從事新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)研發(fā)工作。先后任職于中國(guó)第一汽集團(tuán)技術(shù)中心新能源汽車(chē)整車(chē)控制團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、金龍聯(lián)合工業(yè)（蘇州）有限公司電控首席專(zhuān)家、阿爾特汽車(chē)技術(shù)股份有限公司電子控制部部長(zhǎng)，具有國(guó)內(nèi)一流主機(jī)廠、合資及外資品牌量產(chǎn)新能源車(chē)型開(kāi)發(fā)實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，申請(qǐng)專(zhuān)利近百項(xiàng)。

AF：目前新能源車(chē)?yán)m(xù)航里程的瓶頸在哪里？

劉：主要瓶頸在電池能量密度，目前的電池能量密度相對(duì)于滿(mǎn)足續(xù)駛里程的要求還是偏低。其次瓶頸在電池受使用環(huán)境影響較大，如低溫及駕駛習(xí)慣等，其他瓶頸在整車(chē)系統(tǒng)集成技術(shù)，如車(chē)輛重量控制、核心部件的系統(tǒng)效率提升等。

AF：如何從技術(shù)角度提升電池密度從而增加續(xù)航里程？

劉：在電芯層面，需要從優(yōu)化單體尺寸、電化學(xué)體系和電池材料方面取得突破;

1、增大電池單體的尺寸

電池廠家可以通過(guò)增大原來(lái)電池尺寸來(lái)達(dá)到電量擴(kuò)容的效果。我們最熟悉的例子莫過(guò)于率先使用松下18650電池的知名電動(dòng)車(chē)企特斯拉將換裝新款21700電池。但是電芯“變胖”或者“長(zhǎng)個(gè)”只是治標(biāo)，并不治本。釜底抽薪的辦法，是從構(gòu)成電池單元的正負(fù)極材料以及電解液成分中，找到提高能量密度的關(guān)鍵技術(shù)。

2、化學(xué)體系變革

電池的能量密度受制于電池的正負(fù)極。由于目前負(fù)極材料的能量密度遠(yuǎn)大于正極，所以提高能量密度就要不斷升級(jí)正極材料。另一方面在于系統(tǒng)集成層面，需要從布置、結(jié)構(gòu)、材料、工藝等方面提高電池包的輕量化水平，提升系統(tǒng)能量密度。提升電池包的成組效率，需要以安全性為前提，最大程度地利用每一寸空間。電池包的“瘦身”主要有以下幾種方式。

1從外形尺寸方面優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)部的布置，讓電池包內(nèi)部零部件排布更加緊湊高效。

2可以通過(guò)仿真計(jì)算在確保剛強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)可靠性的前提下實(shí)現(xiàn)減重設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)拓?fù)鋬?yōu)化和形貌優(yōu)化最終幫助實(shí)現(xiàn)電池箱體輕量化。

3可以選擇低密度材料，如電池包上蓋已經(jīng)從傳統(tǒng)的鈑金上蓋逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)合材料上蓋，可以減重約35%。針對(duì)電池包下箱體，已經(jīng)從傳統(tǒng)的鈑金方案逐步轉(zhuǎn)變?yōu)樘厥庑筒牡姆桨?，減重量約40%，輕量化效果明顯。

4整車(chē)一體化設(shè)計(jì)。整車(chē)一體化設(shè)計(jì)與整車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通盤(pán)考慮，盡可能共享、共用結(jié)構(gòu)件，例如防碰撞設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)極致的輕量化。

總之，影響動(dòng)力電池性能的不僅僅是能量密度一個(gè)指標(biāo)，還有比功率密度、安全性、一致性和循環(huán)壽命等多種因素，在眾多指標(biāo)和成本之間找到平衡點(diǎn)才是王道，單一提升莫個(gè)單項(xiàng)并不是發(fā)展之道。

AF：電池重量的增加與續(xù)駛里程之間如何平衡？

劉：續(xù)駛里程的合理性評(píng)價(jià)與很多因素有關(guān)，無(wú)法一概而論，例如作為通勤車(chē)輛，300km的續(xù)駛里程基本滿(mǎn)足上下班代步需要;如果是SUV，500km以上應(yīng)該是基本指標(biāo)。當(dāng)然還要考慮成本和售價(jià)以及對(duì)應(yīng)的用戶(hù)人群消費(fèi)能力等因素。目前影響續(xù)航里程的主要因素有：車(chē)速、空調(diào)、暖風(fēng)、路面情況等。車(chē)輛搭載的電池容量，整車(chē)重量，車(chē)輛使用環(huán)境（溫度及工況），電子電器部件功耗及效率，車(chē)輛傳動(dòng)系統(tǒng)效率等。以某款電動(dòng)車(chē)車(chē)重變化對(duì)續(xù)駛里程變化的影響為例（仿真數(shù)據(jù)），每增加100kg重量，續(xù)航降低5-6公里左右（參加下圖表所示）。

AF：如何在電池管理方面提升續(xù)航里程？

劉：電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力輸出依靠電池，而電池管理系統(tǒng)BMS（BatteryManagementSystem）則是其中的核心，是對(duì)電池進(jìn)行監(jiān)控和管理的系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)電壓、電流、溫度以及SOC等參數(shù)采集、計(jì)算，進(jìn)而控制電池的充放電過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的保護(hù)，提升電池綜合性能的管理系統(tǒng)，是連接車(chē)載動(dòng)力電池和電動(dòng)汽車(chē)的重要紐帶。針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)關(guān)心的續(xù)駛里程方面BMS也會(huì)有一些影響，尤其電池SOC計(jì)算精度就會(huì)對(duì)續(xù)航里程有很大影響，當(dāng)前電池SOC精度范圍一般在3%-5%，隨著使用情況還會(huì)略有變化，由于車(chē)輛控制過(guò)程中會(huì)時(shí)刻參考電池的電量狀態(tài)，會(huì)存在一個(gè)限制輸出的SOC狀態(tài)，如果誤差過(guò)大，就會(huì)存在提前或延后限制輸出，導(dǎo)致續(xù)駛里程變短或拋錨。

AF：除了磷酸鐵鋰和鋰電池之外，還有什么固態(tài)電池具有更好的能量密度？

劉：與鋰離子電池相比，固態(tài)電池有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：一是安全性比液態(tài)鋰電池要高得多，可以直接使用金屬鋰來(lái)做負(fù)極，更為輕便，體積比鋰電池縮小很多;二是固態(tài)電池能量密度顯著提高，有可能達(dá)到目前鋰離子電池的兩倍以上;三是固態(tài)電池可以制成輕薄的柔性電池，可達(dá)到數(shù)千次彎曲而不影響性能，從而極大拓展了其應(yīng)用空間。從目前的情況看，固態(tài)電池的研發(fā)費(fèi)用及生產(chǎn)成本還居高不下。如果技術(shù)成熟再加上生產(chǎn)成本下降，那就會(huì)形成巨大的市場(chǎng)。

AF：續(xù)航里程會(huì)隨著電池壽命的衰減而減少，如何盡可能改善或延長(zhǎng)電池壽命？

劉：一方面提高電池系統(tǒng)集成水平，為電池提供更適合的工作條件;另一方面做好電池的維修保養(yǎng)制度，提供維護(hù)水平。車(chē)輛正常使用每月至少做一次滿(mǎn)充電，電池管理系統(tǒng)會(huì)對(duì)SOC及時(shí)修正，避免因長(zhǎng)期不滿(mǎn)充電導(dǎo)致的能量不回饋或SOC跳變現(xiàn)象;車(chē)輛放置長(zhǎng)時(shí)間不用時(shí)要注意，放置時(shí)SOC要在30%～70%之間，斷開(kāi)低電壓電池負(fù)極;每三個(gè)月內(nèi)要進(jìn)行一次滿(mǎn)放、慢充;環(huán)境溫度≤-20°C車(chē)輛要放在暖庫(kù)存放。

AF：您認(rèn)為我國(guó)的固態(tài)電池水平和日韓及歐美相比是否存在差距，未來(lái)電池的發(fā)展方向是什么？

劉：存在較大差距，未來(lái)的發(fā)展方向尚不明朗，相對(duì)來(lái)說(shuō)固態(tài)電池是一個(gè)可能性比較高的方向。