2020年电池系统比能量能实现260Wh/kg吗?

129Lab

四部委印发的《促进汽车动力电池产业发展行动方案》提到:“到2020年,新型锂离子动力电池单体比能量超过300瓦时/公斤;系统比能量力争达到260Wh/kg”。之前讨论了关于300Wh/kg单体电池目标如何实现的问题,这里继续讨论一下260Wh/kg的系统比能量目标。

首先还是看一下目前锂离子电池系统比能量的情况,数据来源于2017年《新能源汽车推广应用推荐车型目录》已经发布了两批目录中的乘用车的情况,主要看一下公开的纯电动乘用车电池系统数据(目录中的乘用车数量相对很少,电动大巴数量远超乘用车,还有些乘用车对应的电池数据在目录参数中没有标注),见图1:黑色圆点是第一批目录中的数据,红色圆点是第二批目录中的数据,数据包括了采用镍钴锰酸锂(NCM)、锰酸锂(LMO)和磷酸亚铁锂(LFP)正极材料的电池,其中,LFP的数据用蓝色圆圈标示出来了。

2020年电池系统比能量能实现260Wh/kg吗?

图1 纯电动汽车电池包的比能量

从图1可以看到这两批目录中纯电动乘用车电池系统比能量的数据特征为:

·最小值92.4Wh/kg,最大值143.36Wh/kg,平均值103.9Wh/kg。对比一下2014-2016年《免征车辆购置税的新能源汽车车型目录》中BEV电池系统比能量数据可以看到【参见:从免购置税目录关键参数,看中国电池包比能量真实技术水平】,最小值 92.4Wh/kg的数值要高于免购置税中前三年的最小值:其中,2014年最小值只有50Wh/kg左右,平均值也小于90Wh/kg;2015年最小值在75Wh/kg左右,平均值100Wh/kg左右;2016年最小值也在75Wh/kg左右,平均值103Wh/kg左右。从平均值来看,2015、2016、2017年前两批目录的纯电动汽车电池系统比能量大致在一个水平(100-103Wh/kg)。从2014年到2016年,平均值提高了14%左右,其中2015年到2016年仅提高了2.9%左右。如果考虑整体水平,从最小值看,目录中电池系统的比能量水平有了较大的提升。

· LFP电池系统的比能量也高于90Wh/kg,跟很多NCM电池系统的比能量水平相当,其中某款LFP电池系统比能量达到了125.6Wh/kg,比有些NCM电池系统的比能量还要高。

· NCM电池系统的比能量最高出现在第一批目录中,为143.36Wh/kg。在第七批免购置税目录中,曾出现过电池系统比能量高达199.4Wh/kg(67kWh,336kg)的纯电动乘用车。当然,目前这些都属于极个别现象。

以2017年前两批推荐车型目录的平均值数据103.9Wh/kg来看,这与2020年力争达到的目标260Wh/kg相比,两者差距在2.5倍左右。另外,考虑到《新能源汽车推广补贴方案及产品技术要求》对乘用车的基本要求是:“纯电动乘用车电池系统比能量不低于90Wh/kg,对高于120Wh/kg的按1.1倍给予补贴”。无论是追逐补贴的利益驱动、还是自身技术提升需求的驱动,从健康的角度来看,补贴对于技术提升的刺激作用也是积极的,相信更多的企业会朝着≥120Wh/kg努力,以抓住获取补贴这个更贴近实际需求的机会。即使整体电池系统行业水平能在2017年达到120Wh/kg,那跟260Wh/kg的目标有2.1倍左右的差距存在。

2020年锂离子电池单体300Wh/kg,电池系统力争260Wh/kg,可以粗略估算:从单体到系统,比能量大概下降13%左右。从目前较好的行业水平来看(方形硬壳电池),从单体到模块的级别,比能量下降大约在10%左右(当然,有些企业的模块采用工程塑料、柔性PCB数据采集单元等,可以进一步减轻重量,但是模块在机械结构的强度上有所欠缺,后续还是要在系统级别上去弥补机械强度的)。一般地,从单体到模块,主要增加用于连接/固定的机械结构、用于采集单体电池数据的采集单元、低压线束等。扩展到电池系统级别,一般系统包括冷却组件(冷却液管道、冷却翅片或风扇、风道等)、电池箱体结构、模块机械连接结构、高压线束/接插件、低压线束/接插件、维修开关、高压分配单元等。因此,从单体到系统增加的重量会比从单体到模块增加的重量更大一些。

相关数据报道显示,目前从单体到系统比能量大概会有30-40%的下降(有些集成度比较低的电池包另当别论)。因此, 260Wh/kg的目标要实现还是具有一定挑战性的。这一目标的实现,特别是对于集成度要求比较高的电池系统,不仅仅是电池材料体系的选择就能解决的,更多的是考验电池系统集成技术(特别是材料轻量化技术),而系统集成技术也正是目前我国电池行业需要不断学习、进步的。

作者:129Lab

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