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1、克劳斯克劳斯.勃兰特深度解读大巴用锂电技术（第四届华南锂电（国际）高层技术论坛）勃兰特深度解读大巴用锂电技术（第四届华南锂电（国际）高层技术论坛）【主持人：薛嘉渔】欢迎大家回到会场，现在也是时候要开始下午的论坛。下午我会把主持的麦克风交给毛博士，他是来自于比克，而且也是我们这次论坛的副*。大家欢迎！【主持人：毛焕宇】谢谢！今天下午的会议现在开始，下面有请克劳斯.勃兰特博士。下面开始今天下午的议题，我是来自于比克的，我姓毛，我是今天下午的主持，我叫毛焕宇。我们今天下午的第一位发言人是克劳斯.勃兰特博士。我认识克劳斯大概在 18 年以前，我读完博士以后第一份工作的时候，他当时是 1991 年是加拿
2、大莫里公司的总裁，他是第一个跟我面谈的，所以我认识他比认识所有在座的人时间都长。根据他的阅历我们都已经看到了，他是 1978 年开始锂电生涯，可以说是我们地球上为数不多的几位顶级的锂电专家，时间最长、经验最丰富的，所以下面我们欢迎克劳斯给我们作演讲！【克劳斯.勃兰特】女士们、先生们大家下午好！首先我想告诉大家我很高兴来到这里，我也很喜欢上午听到的内容，我也感谢组委会对我的邀请。我要讲的题目是用于大巴运输技术的锂离子电池的技术要求，我指的是电动汽车还有各种各样的电动汽车还有其他类型的电动车。首先我要介绍一下我工作的单位，在中国可能大家不是很了解它。然后我会介绍一下对于这种混合动力车和电力车对于电
3、池的要求，以及对这种大型的锂离子电池的化学原料的选择，以及电池的设计和电池的尺寸，尤其是这种大电池组。我现在工作的公司有两个公司，一个是美国的锂电公司，另外一个是德国的 GAIA 公司，GAIA 是 LDC 的一个自动化的一个公司，我们在美国总部是我们的市场营销总部，同样地我们在 GAIA 是一个相对来说比较小的一家公司，我们投资的是一种大的系统，但是我们在市场当中并不是最大的竞争者，但是我们的生产力如下，就像这张幻灯片显现的。我们最大的这种圆柱体的电池他是可以达到 500 安时，我们看一下对于这种混合动力车和电动车的要求，如图所示，基本上我们对电池的要求，比如说像电压还有功率以及可用的能量都
4、是取决于我们使用的不同种类的这种汽车种类。我们可以看到小型电池到大型电池在这种表上对于它各种功能的一种参数的要求，我们也看到如果继续在表上往下走，一直到我们这种全 HEV 和全电动汽车的话，你就可以看到这种电池通电的时候电压大过 200V 或者是 400V，当你完全取决于这种充电的时候，这是一种高电压的时候，能够充更长的驾驶行程，并联和串联更多的这种小电池，用并联的方式会有一个越来越大的电池，我们要想去控制这种电池的性能，我们有很多的想法。可以用并联和串联的方式把小电池组成一个大的电池包。 安全实际上是我们最关心的，今天中午的时候圆桌论坛已经谈到了，可靠性也是一个非常重要的问题。可以说对于 H
5、EV 的话，电池没有问题是没有问题如果用 PHEV 或者是 EV 的话如果在路上开车一下子没电了是没有办法启动车的，客户是没有办法接受的，所以客户希望得到很好的可靠的这种电池的供应。另外一个问题，我们要考虑到这种寿命，还有最少电池的寿命和汽车差不多，至少要 10 年以上的历程来讲这是一个合理的基带。从成本上来讲大家也要考虑到这个寿命的问题，。现在我们看一下这个化学成份，大家知道有很多的阳极材料可供我们选择，钴酸锂 LFP 实际上是一个非常好的阳极的材料，大家比较喜欢采取这上面四种材料当中的两种。我的演讲之后大家可以进一步就这个进行探讨。还有MCA 这种材料的应用。我们选择阳极材料的一个考虑是安
6、全性，在完全充电当中如果温度提高的话，大部分的阳极材料在电解液当中会有一种强的放电的反应，会造成电池的热失控，大家可以看到这个例子。大家可以看到这个地方的温度 MCA 这种尖晶石锰酸锂可能会更好一些，在有限的温度下可能不会跟电解液进行反应，选择这种材料实际上可以用于大的系统，选择 LFP，因为你可以避免一个重要的问题，就是安全问题，可以避免他跟电解液的反应。 看一下寿命，寿命也是我们考虑的主要问题。这方面我们做出了这方面的进步，我们看到很多人为此做出努来改善材料的质量，而且在设计方面也是如此，来控制制造流程、工艺等等。这里面我给大家举一些例子，红色的曲线是 NCA，大家可以看一下这些寿命能够超
7、过 1 千次，就是 100%的深度放电的情况下，这个是很好的。NCA 有很多的优势，它有更高的容量，而且 PCC 也有更好的容量，但是如果你要看一下使用这种材料的话，尤其在电动汽车当中这种寿命我们需要来考虑到其他方面的加上锂，这样可以把寿命提高 20%。如果要实现跟 LFP 同样的寿命的话，NCA 必须要降级 20%，这样的话能够提高容量。再看一下 NCA 如果是 80%的 DOD 的话，这个蓝色的曲线所体现的，这个 LFP 是绿色所体现的。因为 NCA 可以说他有很好的寿命，这样的话就可以补充这里面的能源密度的差异。让我们再看一下电芯的设计，还有跟电芯的大小，刚才我也提到了我们的公司有这样的
8、一个哲学理念，我们不能控制 5 千6 千的电芯不能同时控制这么大的电芯，我们尽可能地用并联来进行。好处就是大的这种电芯你可以降低互相的链接点，可以提高这种可靠性。但是你还要非常小心地考虑到电芯内部的控制也很重要，你要确保这种大的电芯当中的热梯度你要控制不要太大了，如果这个电芯太大的话，这样的话会降低寿命。还有一点成本的权衡趋势也是很关键的，你可能会做一些小的电芯，很便宜，但是你要做更多的努力，然后来考虑整个的组装方面可能会更费劲，所以你要考虑到大电芯、小电芯你要看成本的选择。另外一个问题是圆柱电芯和这种方形电芯的比较，大家可以看一下从这个空间的利用来讲，我们发现圆柱的电芯实际上要比这种方形的电
9、芯要好得多。我们再看一下高电流的这种电极柱，美国、欧洲正在积极推动这种倍率的要求是比较高的，所以你必须要降低这个电芯电的损失，所以你要有很大的电芯，然后你还要达到很高的倍率要求。比如说对这种 PHEV 的话，你需要来进行增成等等，需要大量的努力来关注这一方面，来降低电的损耗。电芯层面的安全对于大的电池来讲还有额外的一些安全的要求，这是从整体上来介绍一下这种大的电芯，主要有两种化学的材料，有两种不同的设计。LTC 代表的是大的电容量的设计。KG 可以看到这种高的功率的输出来讲他实际上是很好的。给大家举一个例子，这种高功率电芯的设计对于小的电芯的设计，这种电芯材料电芯设计可以允许高倍率地、持续地放
10、电，可以降低电容的损耗，另外高倍率的这种 LFP 的电芯也显示出非常高的倍率，你可以看到 1C 到 20C，在我们这种情况来讲储电能力要比其他的更低一些，从 1C 到 20C 来看，我们通过这种 CAC 是比较有好处的。我们再看一下电芯的设计，我们有两种不同的设计，一个是高功率，一个是高能量。你看到两种设计之间还是有一些考虑和权衡取舍的，要看你的应用，竖轴是比能量，红轴是比功率，要考虑这两方面进行设计。可以说能量的密度也在图表当中反应出来了，就跟前面的图表一样，这种 LFP 实际上是一个非常好的可以运用于混合动力电力车当中，可以实现非常好的电容。再看一下电池的系统，你不能控制锂电池的时候只控制
11、一个单体的电池，你要控制整个系统，然后你要确保这里面任何一个单体的电池都要能够安全，否则的话你没有办法确保整个系统的安全。因为有一个电芯如果出现问题就会造成整个系统的安全受到损害。有了这种电池系统管理之后你就要能够确保控制这个温度，尽可能在整个电池系统当中统一。最后你也要注意，在功能来讲也要确保它能够处在一个健康态，尤其是在电芯当中，而且要考虑到它内部的电阻。电池管理系统可以控制充电器来确保充电是在基于好的条件下进行的，从而能够降低不安全的因素。电池的冷却，如果你要建这种大电池的话，你对这种高功率的电池来讲，你们在表面上的体积变得非常快，所以你不能够用那种简单的冷却方法，我们在大部分的情况下都
12、是一种内空气的循环冷却，一般来讲倍率比较低，这样的话我们就可以通过这种空气的类却对于一些高功率的电池可以进行冷却，确保液态的冷却，比如说 HEV 就要用液态的冷却来确保整个温度的一致性。 我们再看一下成本，今天在欧洲和美国对于大的锂电池的市场还不是那么乐观，对于我们的销售市场在美国在欧洲还是很小份额的，我们现在的成本来讲实际上是每 KWH 是 350美元，这样的话就比每一个单位能量的成本高 3 倍。我们认为对大的锂电池是 KWH 是 1千美元，一般来讲是 350 美元，这意味着大的锂电池是 3 倍，所以从长期来讲你要降低每单元能源的消耗量，从而降低这种成本，使它接近这种小的锂电池的成本。所以你
13、未来用于民用的这种 EV 的成本要看你能不能降低这个成本。这是美国做的一个研究，两年之前做的。我们可以看到在加利福尼亚做的一个实验，他们选择了来自于三个生产商的观点，看到研究这种大型锂离子电池的成本预测，我们可以看到那种大电池的成本有望下降，比小电池的成本下降得可能更快，如果生产能力更快的话，我们可以看到在这张图表上，如果说是按照这个每年兆瓦小时来算，这是纵轴，横轴是他的成本。我们刚才说过了，我们要谈到这种大型锂离子电池来满足我们消费者的需求，我们已经向市场供应这种大型的锂离子电池，在欧美都有生产厂商使用我们这种产品 3 年之久了，给大家看几个例子，我们看一下这就是我们的电动车系统的电池。它是
14、一个 7 吨载重的汽车，在欧洲的城市使用，他们一共能量内容达到 43KWH，尺寸页显示出来了，这个汽车优良个不同的就是的这样一个电池系统，独自地来工作。这下面我们看到的名义电压是 360V，最大的电压可以得到 420V，从这上面你可以看到最大的充电电流是 120A，并不是最大的非常强有力的电池，它持续的时间也不是很长。我们的电量仅仅是为于加速，这里边的成本在这个屏幕上的电池你可以看到电子监视器也可以提供一些汽车的信息，这些信息是为我们提供关于空气冷却系统的。另外一个例子，我们这里边指的是为了汽车生产的，这种汽车是为了运送货物的货车，是由一个荷兰公司生产的。这是一个磷酸铁锂的电池，我们看到这是圆
15、形电池，它可以把一系列的小电池进行并联，一共有 180 个小电池或者是电池单片。一共充电时间可以 18小时，他的能量要求是 150WH。对于欧洲城市来说这种要求或者是这种行程也已经组织机构，他的性能加速就是 7 秒钟从 050 公里，20 秒钟是 0100 公里，这对于这种欧洲城市来讲也足够了。我们希望这一种汽车会在荷兰生产而且明年也能够销售。对于这种车的用户基本上我们期望是欧洲的*机构来购买他们。我总结一下我刚才的内容，这种汽车的应用对于电池系统的应用，他是和我们这种商用电池的差别主要是重点放在安全和可靠性，而且要很高的能量。可靠性也很重要，对于这种全程的 EV 来说，重要的是要有一个很长的
16、行程，而且你的这种功率以及它的功率密度、它的很长的使用寿命和比较低的成本都是很重要的，不仅我们要减少这种生产成本，而且要延长它的使用寿命，使它成为消费者能够接受的汽车。对于汽车的设计和化学品的选择，从便携式产品、移动产品一直到电动汽车，我们都要选择适当的材料。比如说像磷酸铁锂很适合这种消费者产品的使用，它有两个主要的特点，刚才我们总结了它有很好的循环寿命，而且有非常安全的系统。在很大的电池包当中，这种小电池的串联虽然磷酸铁锂有比较低的能量比例，但是却可以通过系统来满足。谢谢！【主持人：毛焕宇】大家今天都谈到了 HEV 和 EV 的问题，从您的观点来看，在欧洲的需求是怎么样的呢？对于直插式混合动力车和电动车，他们的需求有什么区别呢？我主要是指欧洲。【克劳斯.勃兰特】在欧洲，很多时候很多人都会需要这种中程或者是混合动力车，如果你跟社区或者是政客说他们会寻求电动汽车，比如说是短程电动车。他们把 HV 认为它非常昂贵，成本太高。【主持人：毛焕宇】在中国也是如此的，非常相近。【现场提问】首先感谢您，我想问一个问题，现在您做了这么大的一个电池组，温度在正常使用的时候应该是不会有问题
