研究周报 | 低速电动车造百亿锂电市场,如何抢食?

冰封之城

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【特约研究员 冰封之城】在今年电动汽车百人会动力的电池论坛上,大家都在热烈地讨论如何达到那些宏伟的车用动力锂电池目标:比如车的配电量要在80千瓦时甚至100千瓦时,续航里程为500公里,比如15分钟充电行驶400公里,比如PACK每度电不超过800元,电芯做到600元等等。

一方面各锂电厂家追随主机厂,在高能量密度、快充、高安全性的道路上蒙眼狂奔。在补贴政策对能量密度和里程的刺激下,各种纯电动汽车的续航从150公里、260公里、380公里,一路追高。另一方面,与此同时,在以低速电动车为代表的经济性短途代步市场上,当他们在产品升级和标准的双重压力下开始升级动力系统的时候,却发现找到合适的锂电系统并不是一件容易的事情。

长续驶里程、快充是电动汽车的发展方向,但一定是500公里、600公里、700公里这样往前走吗?在低速行驶的城市工况下,如果每天上下班30公里,车上却装着一个300公里的电池包,这样的配置使得系统能量效率低下,也并不经济。

针对这个问题,CATL的创始人曾毓群提出动力电池市场化的途径,即:针对细分市场的不同需求,推出不同的平台产品——

特别路权型市场:比如北京、上海限行限购下的BEV市场,用户期待能完全替代燃油车,要求长续航、需要快充等。

经济性市场:满足日常短途代步,要求低价和基础安全性能。

运营型市场:高度可靠性的电池、高循环寿命,高性价比,不需要快充。

性能型市场:骚包型,追求极致产品,比如特斯拉,EP9超跑等。

在国家相关技术标准的要求下,低速电动车的锂电化进程突然加速。这是一个目前产销量超过新能源汽车,且有很大潜力待发掘的市场,那么目前的锂电厂家应该怎样更好地和低速电动车的产品特性结合起来,切入这一块市场呢?

本文将以一款行业典型的330车型产品为例子,进行分析。

某330车型,整备质量849kg,装备6块12v100AH免维护铅酸电池,电机功率5kw。采用免维护铅酸电池,比能量约34wh/kg,成本约580元/度。

1.能量密度选择

铅酸版:电池重量约210kg,占整车重量比例为25%。

根据2017年补贴政策中电池能量密度的具体要求:纯电动乘用车动力电池系统的质量能量密度不低于90Wh/kg,对高于120Wh/kg的按1.1倍给予补贴。

在磷酸铁锂方面,目前市场上大部分的电池系统能量密度水平在70wh/kg-80wh/kg左右,90wh/kg企业容易达标,120wh/kg要努力。在三元锂电池方面,90wh/kg已经超过,做到120wh/kg的企业不多。

能量密度高一级,电池的安全性保证难度也随之提高。低速车既没有补贴,又不追求过高里程,标准对车型的重量规定800kg也比较容易达到, 80-90wh/kg的能量密度足够。成本>能量密度。

锂电版:电池系统重量约80kg,占整车重量比例为11%。

2.充电特性

低速电动车当前主要客户群体的充电特性:

一、普遍接受慢充,铅酸电池的充电时间约8-10小时;

二、没有充电桩,采用家用220v系统充电;

三、大部分客户白天使用,夜晚充电。

高速车要求的快充,需要提升功率性能,在电池整体的各个环节中都需要下功夫,包括正极、负极、电解液、隔膜和结构设计等。大电流充电会导致焦耳发热效应加剧(Q=I2Rt),并带来电池内的材料副反应分解、产气等一系列问题,危险系数骤然增加。

对于低速电动车的锂电系统,基本不考虑快充,0.5C充电,3-5小时,足够满足客户需求。成本>能量密度。

3.电压选择

根据《GB-T18384.3-2001电动汽车安全要求 第3部分:人员触电防护》规定:工作电压低于60V,属于A级电压的电路,不要求提供触电防护。

现有低速电动车产品工作电压主要有48V、60V、72V几种,将电压控制在60v以下,相对于高速车,可以节省高压系统的成本。

4.放电性能

该330车型,瞬间最大电流300A,正常行驶过程中,电流约60-90A。选取一种市场常见的18650电芯,规格型号如下:

标称电压

3.7V

标称容量

2000mAh0.5C5A

充电最高电压

4.2V

标准持续放电电流

0.5C5A

放电截止电压

2.75V

最大持续放电电流

1 C5A

内阻

20mΩ

最大瞬间放电电流

5 C5A

将动力系统设置为60v 120AH,即电芯先并联60个,再串联16组。可以看出持续放电电流和最大瞬间放电电流都满足要求。根据低速电动车的参数特性,可优先考虑成本,选择普通电芯性能。

5.温度管理

低速电动车的市场具有明显的地域特性,山东河南约占60%左右的销量。

低速电动车百亿锂电市场急需细分定义

山东全省年平均气温在13℃左右。1月全省气温最低的区域,一般在-3℃左右;其它地区多数都在-2.0~-1.0℃。河南全省多年平均气温12.8~15.5 ℃,全省冬季寒冷,最冷月(1月)平均气温在0℃左右。对电池低温性能要求相对较低。

低速电动车来讲:

成本>低温性能提升

成本>系统发热管理

6.循环寿命

循环寿命越长越好吗?需要根据产品特性,综合设定,满足所需为最佳:

低速电动车消费者,除开一部分出租车拉客、送货的,占最大比例的是日常出行代步。根据第一电动网发布信息,消费者一个月的行驶里程,小于1000公里的占90.8%。通过这张图可以看到月行驶里程在300公里左右的人会比较多。在1000公里以上的非常少,2000公里以上的几乎没有。而市场主流产品的续航里程在80-120km之间,也印证了这一统计。

低速电动车百亿锂电市场急需细分定义

根据上图数据,每月1000km,每天35km,每年12000km。充电一次续航100km,平均每2天充一次电,即一年180次循环。汽车市场上,国人的平均换车周期为5年,按照5年的周期,即行驶总里程约6万公里。

如果要保证电池系统使用5年,则需要的循环次数是900次。铅酸电池300-500次的循环,最少要更换一次。目前市场上,普通锂电系统理论循环次数为1500,成组后实际的循环次数在500-700次之间,那么要保证全生命周期的经济性,就需要踮脚跳一下,达到900次的设定。

7.成本设定

该330产品,铅酸电池价格约4200元,占整车成本比重约19%。如果按照5年周期换两组核算,则锂电系统的价格为8400元左右,即1200元/度,则可以均衡。

目前的电动汽车动力系统价格信息:LG化学动力电池事业部首席执行官Prabhakar Patil透露,“大多数电动汽车的电池成本约在400美元/kWh,特斯拉是240美元/ KWh)”,按照ASEC和松下给出的公开信息,大多数都在350-400美元/ KWh,即2380元/度。

各国预计的成本下降趋势:

国际能源署(IEA)、美国能源部等也预测2020年左右,电池成本将会在200美元/KWh以下。工信部2016发布的2025制造计划,将电池成本定位在0.8元/Wh。如果按照这个标准核算,则一组典型的低速锂电系统约5760元,低于两组同容量铅酸价格,就具备了绝对的经济性优势。

8.综述

传统高速纯电动乘用车,对能量密度、快充要求高,又是高温+高电压的系统,危险系数高。因此电池系统都会包括:电池+冷却/加热组件+高压组件+低压组件+结构件+电池管理系统等。

低速电动车,如果采用60v以下系统,就可以大大简化为电池+低压组件+结构件+电池管理系统。而且只有16组串联模块,电池管理系统也可以有针对性的做简化。

低速电动车的锂电系统设计考虑因素,按照权重排列如下:

循环次数不小于900>成本低于1.2元/wh>基础安全性>低温性能>能量密度>充电时间。

低速电动车纯粹是市场化路径的产品,没有补贴,怎么和市场结合、保证经济性和竞争力,是想要进入这个市场的锂电厂家必须要研究的。低速电动车目前年产量约60万台,如果明年按照正常的速度增长,预计达到100万台,按照每台平均7度电来计算,合计700万kwh,约合100亿左右的电池市场。如果能把上述因素做最好的平衡,一定能做好一个很大潜力的市场,同时对低速电动车产业的提升也有促进作用。

目前为高速车配套的电池厂家,一方面由于思维的惯性和重视程度不够,另一方面因为和主力产品的要求不一样,在电池的材料、设备、工艺、技术路线、设计方法等方面,可能并不适合去做低速锂电的配套。那么这个崭新的市场,到底会由3C类厂家升级进来、还是由高速动力电池企业重新定义降维,最终还看谁能更快的去适应市场,谁能更准确的和低速车的特性紧密贴合。

作者:冰封之城

来源:第一电动网

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