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1、中国北方车辆研究所国家中国北方车辆研究所国家863863动力电池测试中心动力电池测试中心 王子冬王子冬.演讲演讲人人 情况说明情况说明王子冬：组长，研究员级高工，1982年毕业于北京理工 大学，至今工作于中国北方车辆研究所，1987年开始， 参加汽车产品检测工作，从事汽车检测方法和手段的研 究和开发；1992年-1993年在日本学习，重点学习企业管 理、产品开发、生产线管理、产品的市场开发。1994年 回国后担任北方汽车质量监督检验鉴定试验所常务副所 长。主持国家级特种车辆大型试验，完成过几百种车型 的鉴定试验工作。并参与国军标编制工作。2002年至今 担任国家863电动车重大专项动力电池测试
2、中心主任。并 承担国家科技部“十五”863计划电动车重大专项动力蓄 电池组性能检测测试基地建设的多个课题任务，其间负 责起草制定汽车行业动力电池强检标准QC/T 742-2006、 QC/T 743-2006、QC/T 744-2006。现在受国家发改委和 科技部的委托，主要负责电动车用各种动力电池的测试 、评价和产品认证工作。 申请专利2项，在国内刊物上 发表论文9篇。题目一一. . 我们面临的压力我们面临的压力二动力电池的发展面临的问题二动力电池的发展面临的问题三三. . 世界动力电池的进步世界动力电池的进步四四. . 动力动力电池产品强制认证工作电池产品强制认证工作说明说明一、我们面临的
3、压力背景：我们面临的压力2009年中国进口1.9亿吨石油,60%用于汽车消耗 。减少 CO2气体排放，哥本哈根协议,东京协议的承诺。人类从未停止开发电动车下列因素推动人们向电动车方向发展下列因素推动人们向电动车方向发展我国电动汽车战略布局混合动力汽车混合动力汽车纯电驱动汽车纯电驱动汽车中国十二五电机产业化发展规划十二五电机产业发展将围绕我国电动汽车发展的三大需求和电 动汽车动力系统平台“一体化”战略，将电机、发动机、变速箱等 车载动力系统集成化，以电驱动系统对整车进行配套。 技术转型技术转型科技跨越科技跨越高密度电机系统高密度电机系统高性价比电机系统高性价比电机系统中高级电动轿车中高级电动轿车
4、新型电机集成系统新型电机集成系统产业升级产业升级混合动力发动机总成混合动力发动机总成车载辅助发电机组车载辅助发电机组混合动力与混合动力与机电耦合机电耦合 动力总成动力总成减速器减速器/变速器变速器深度耦合动力总成深度耦合动力总成先进电力电子总成先进电力电子总成机电混合机电混合 电驱动系统电驱动系统纯电动汽车纯电动汽车 电驱动系统电驱动系统新一代新一代 电驱动系统电驱动系统二.目前电动车的发展面临的 问题电动车的发展面临的问题现代化城现代化城 市对电动市对电动 车的需求车的需求世界上认为电动车推广有三大难题：世界上认为电动车推广有三大难题：速度低Low speed；行驶距离短Short rang
5、e；充电时间长Long charging time如何看待和解决这些问题？问题 1电池推动的车辆速度慢，一直是石油公司攻击电动车的主 要原因。大部分的电动车速度比较慢，这无疑是一个事实 存在的原因。但实际上，由于技术的进步，已经成功使电 动车的速度提高到每小时一百公里以上了，美国硅谷的电 动汽车制造商特斯拉（Tesla） 就将电动车 的时速提高到了209km/h，虽然在高速公路上仍嫌 稍慢，但已经进入驾驶 人可接受的范围。问题 2 续航能力是电动车的另一个大问题。一个装载一定量 电池的电动车，充满电后，目前大约只能跑一百五十 （小车）到三百公里（大车），这仍然无法和加满汽 油可跑五百公里以上的
6、汽车相比。但是在城市里已经 能够满足大部分人的使用要求。电动车的特点使其适合主要的日常使用场合问题 3最重要的技术障碍，却在充电时间。试想从华盛 顿开车到纽约，行程大约需要四个小时，却需要 在中途费时两个小时为电车的电池充电，确实是 最让驾驶人头痛和无法接受的问题。目前的解决 方案，主要有换电池法。道路上设立充电站，为 电动车辆更换已经充满电的电池，可把充电时间 缩短到数分钟之内。另外，随着电池材料的技术发展，将电池组充满 电的时间缩短到10分钟之内目标，已经有实现了。问题 4这三个问题从表面看都和电池有关，所以电池技术成 为电动车的主要技术障碍。 人们认为电动机和车辆传动系统技术都已经非常发
7、达 了，没有太大的提高余地了。但是，人们忽略了电动 机的节能作用，实际上电动机的节能作用还有比较大 的潜力。 人们总说电动机的效率是90%以上，有的甚至达到97%。 但是真正的综合效率只有60-70%。另外不仅是技术问题 显然，电动车普及甚至替代汽油车，不仅是技术上 的障碍问题，也有电池标准化、城市充电站建设、电动 机轻量化的问题，甚至在城市规划和道路设计方面，几 方面都需要加以配合，才可能推动第一波的电动车辆实 用化浪潮。 因此，这种车辆换代仅仅靠企业推动难以进行，即 使是丰田或者通用汽车这样的巨型企业都仍然力所不及， 必须有政府大力支持甚至大力投资，以及社会其他行业 的配合。在这方面，中国
8、再一次走在前列。电动汽车的关键与瓶颈:动力电池 从技术性能指标上看，锂电池的特性虽然比较突出 ，但是仍然不能满足电动车发展的要求电网低谷电应用，世界可为3000万辆电动车提供电力。电动车要求电池组的能量密度目标动力电池的未来发展方向探讨研发人员希望先 以改变正极、负 极与其他材料达 成能量密度200 300Wh/kg的锂离 子充电电池。以 2030年前达成 500Wh/kg能量密 度为目标的全新 充电电池开发工 作，日本也正积 极进行中。电池开发过程中存在的问题：材料的稳定性需要提高电池单体和电池组在结构上有待改进， 电池大批量电池动力电池使用条件不明确，电池设计的针对性不够产品标准化、系列化
9、体系需要建立电池的连接方式有待改进质量控制方法有待提高生产方式需要向自动化方向转变电池组的使用寿命，用户希望达到2000次（80%DOD）以上在保证安全的情况下，希望比能量达到200Wh/kg电池组价格在保证质量的前提下，希望达到2元/Wh。目前我国动力电池产业化过程中的瓶颈：各种关键材料的开发、生产、性能、成本、以及稳定性方各种关键材料的开发、生产、性能、成本、以及稳定性方 面需要改进和提高；面需要改进和提高；电池单体和电池组的设计理念需要改进，由于缺少电池模电池单体和电池组的设计理念需要改进，由于缺少电池模 块及电池组的指标体系和测试评价体系，整车企业的使用块及电池组的指标体系和测试评价体
10、系，整车企业的使用 要求不够明确，动力电池设计的针对性不强；要求不够明确，动力电池设计的针对性不强；对动力对动力电池电池存在的存在的安全性安全性问题的问题的机理机理认识不深，在保证动认识不深，在保证动 力电池安全性方面的材料、工艺和结构设计方面有欠缺；力电池安全性方面的材料、工艺和结构设计方面有欠缺；电池模块热、电、结构仿真设计及验证技术电池模块热、电、结构仿真设计及验证技术比较落后，使比较落后，使 得我国动力电池单体性能与电池组的性能差异比较大，特得我国动力电池单体性能与电池组的性能差异比较大，特 别是电池组的使用寿命比较低；别是电池组的使用寿命比较低；动力电池模块的标准化、系列化体系没有建
11、立，使得动力动力电池模块的标准化、系列化体系没有建立，使得动力 电池的规格、品种杂乱无章，生产的规模和质量徘徊不前；电池的规格、品种杂乱无章，生产的规模和质量徘徊不前；缺少动力电池大批量生产和使用的经验和装备，动力电池缺少动力电池大批量生产和使用的经验和装备，动力电池 生产和使用过程中的一致性控制能力比较低。生产和使用过程中的一致性控制能力比较低。目前几种主要材料体系的特点分析 1，磷酸铁锂正极材料的稳定性和一致性工艺研究，存 在美国人专利保护问题，材料安全性好，寿命长； 2，长寿命锰酸锂材料研究，通过搀杂和生产工艺改进， 提高高温稳定性能，目前工艺技术和设备掌握在日本人 手里，材料价格低，比
12、能量高； 3，钛酸锂材料作负极的研究，提高比能量和降低成本， 解决大批量生产的工艺问题，同样存在美国人专利保护 问题，材料安全性好，寿命长，充放电比功率高。最近 有报道说：中国的一个企业控股了这家美国公司； 4，混合电容-电池的结构和工艺研究，目前中、日、韩 都在研究，中国已经有产品问世，不存在国外专利保护 问题，材料寿命长，充放电比功率高，价格低，安全性 较好； 5，其它在安全性、寿命、充放电比功率、价格方面表 现突出的材料，且没有国外专利保护问题。分析：根据这些年电池测试情况来看：目前国内发展的特点是：以磷酸铁锂和锰酸锂正极材 料为主，其它新材料发展比较快，高功率电池和高能 量电池都有。一
13、部分企业以大容量电池为主，另外一 部分企业以小电池并联成高容量电池模块为主。国外以三元和锰酸锂正极材料为主，高功率电池和高 能量电池也都有。以小电池并联成高容量电池模块为 主。结构：大容量高能量电池以叠片为主；高功率电池以 卷绕为主。目前最主要的问题是“怎么把电池做好?”目前在动力电池方面投入的多，有收益的少，问题有： 材料存在不稳定问题； 对动力电池的理解不深，电池单体和电池组的结构 设计不合理，电池的连接方式不可靠、不方便，BMS 系统可靠性低； 没有建立动力电池产品的标准化、系列化，电池系 统的安全标准、电压体制、机械接口、通讯协议、 充电设备不统一，企业疲于应付电动车开发单位的 需求，
14、形成多品种、小批量生产，企业达不到规模 效益； 由于电池生产过程中多采用手工和半自动生产方式， 产品质量难以控制，产品的一致性难以提高； 电池组使用寿命低，达不到1500次以上； 投入的力度不够，生产设备不配套。车用动力电池系统需研究的内容模块和系统 电性能 安全性 保护电路 电磁兼容 热管理、结构 产业化技术及 装备测试 电化学性能 使用安全性 寿命、可靠性 环境适应性模型研究 电池模型 热模型 安全性模型 寿命预测模型 模块和系统工 作模型电化学体系 正极 负极 电解质 界面 生产工艺电池单体 电性能 温度特性 安全性 结构 循环寿命 搁置寿命1开发2评价3提高三、国内外动力电池的进步日本
15、丰田公司日本丰田公司HEVHEV用镍氢电池的发展用镍氢电池的发展美国通用公司混合动力车镍氢电池组江森给奔驰和国内开发的 锂电池和镍氢电池组Jonson control-saftBenz S400美国A123公司锂电池模块A123磷酸铁锂电池模块深圳煜城鑫铝外壳的300Ah电池铝外壳的100Ah电池常州猛克由26650并联的70Ah电池模 块的外形和内部东莞新能源钢外壳25Ah电 池串联电池模块苏州星恒钢外壳8Ah高功 率电池串联电池模块东莞新能源5Ah串联软包装 电池模块东莞新能源20Ah高功率电池模块苏州星恒40Ah高功率电池模块河南锂动10Ah并联成100Ah的 串联电池模块河南锂动钢外壳
16、10Ah电池并联的100Ah电池模块塑料 外壳 100Ah 电池 模块江苏力天8.5Ah电池模块重庆永 通信息 20Ah软 包装电 池模块四川英 志100Ah 电池模 块山东潍 坊威能 100Ah电 池模块洛阳锂 电180Ah 电池模 块万向 100Ah电 池东莞新能源200Ah电池北京盟固利90Ah电池模块湖南科霸6Ah高功率电池湖南科霸35Ah高功率电池四四.关于开展关于开展动力动力电池产品强制认电池产品强制认 证工作相关情况说明证工作相关情况说明一) 电动道路车辆用蓄电池产品的使用现状在影响现代汽车技术发展的众多因素中，能源和 环境问题最受关注。更节能、更环保的汽车产品 是世界各国研究和发展的重点方向，各大汽车制 造商为抢占未来全球汽车市场的优势地位，普遍 重金投入、各显其能。日本丰田公司投入大量资 金、历时30年开发的混合动力车已经获得了成功， 截至2010年底已生
