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1、2015/5/281电动车用动力电池发展及面临的挑战电动车用动力电池发展及面临的挑战课题课题承担承担单位单位：中国北方车辆研究所：中国北方车辆研究所 课题负责人：王子冬课题负责人：王子冬时间：时间：2015年年6月月4日日国家高技术研究发展计划国家高技术研究发展计划( (863计划计划) )项目研究报告项目研究报告.演讲演讲人人 介绍介绍 王子冬王子冬：研究员，国家863电动车重大专 项动力电池测试中心主任，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。中国北方车辆研究所国家863电动车动力电池 测试中心220022002年年至今承担至今承担国家科技部“十五”国家科技部“十五
2、”863863计划电动车重大专项动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力蓄电池组性能检测测试基地建设的多个的多个课题任务，其间负责课题任务，其间负责 起草制定汽车行业动力电池强检标准起草制定汽车行业动力电池强检标准QC/T 742QC/T 742- -20062006、QC/T QC/T 743743- -20062006、QC/T 744QC/T 744- -20062006。现任现任科技部“十二五”电动车重点专项责任专家，财政部、科科技部“十二五”电动车重点专项责任专家，财政部、科 技部、发改委、工信部四部委新能源汽车项目督查组专家。技部、发改委、工信部四部委新能源汽车项目
3、督查组专家。现现 在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。电池的测试、评价和产品认证工作。联系电话：联系电话： 13611093981 ， Email：2015/5/282挑战：中国北方车辆研究所国家863电动车动力电池测试中心3 动力电池已成为我国电动汽车战略性新型产业 发展的瓶颈技术。目前我国电池研究和生产企 业众多，但总体实力不强，产业链条不完整， 还面临着国外企业进入中国给我们造成的压力 ，在这样一个状态下，我们如何应对？ 我们需要对前进中的深层次问题进行深入研究 和系统思考，重点突破
4、、稳步推进。 社会各方科研力量需共同努力，以支撑我国动 力电池产业的可持续发展！创造机遇！ 胜出者往往不是因为能力，而是观念！题目 一、一、电动车发展遇到的电动车发展遇到的挑战挑战 二、国内外动力电池对标测试二、国内外动力电池对标测试 三、锂电池发展趋势三、锂电池发展趋势 四、电动车用电池组设计难点分析四、电动车用电池组设计难点分析中国北方车辆研究所国家863电动车动力电池测试中心 42015/5/283新能源新能源汽车发展战略汽车发展战略 （一）新能源汽车示范要解决三个问题（一）新能源汽车示范要解决三个问题 实现国家的新能源汽车发展的战略目标，解决三个问题： 车从哪里来？电从哪里来？钱从哪里
5、来？车从哪里来？电从哪里来？钱从哪里来？ 1 1）车从哪里来？）车从哪里来？ 要解决为谁造电动车、以及造什么样电动车的问题，要研 究用车的人，要研究社会需求。包括：节能减排，方便快 捷的低碳出行生活理念；城市智能交通体系建设思路；提 高国家抗能源风险的能力；打造和谐社会的价值观；实现 汽车工业的产业升级。 通过商业模式，解决电动车相关产业的开发、生产、使用 、回收再利用的可持续发展经济模式。投入必要的资金控 制核心技术和关键部件，调动社会资源打通产业链。 结合IT技术、车联网技术、电子识别技术、自动驾驶技术 、无线充电等技术，开发出吸引人们眼球的、颠覆性的移 动办公交通娱乐工具。丰富人们的出行
6、内涵，改变堵车就 烦恼的现象，方便快捷地完成出行活动。 领域包括：城市公交车、区域公交车、微公交、城市物流 车、环卫车、出租车、公务车、专用车、私人用车、长途 客车、特种车、水上船舶、码头吊装设备、空中运输工具 等。 2 2）电从哪里来？）电从哪里来？ 要解决能源补充的商业模式，调动社会的积极性，利用商 业杠杆的力量，解决电动车在使用中的能量补充责任主体 和盈利模式，保障电动车使用的方便性；2015/5/284 3 3）钱从哪里来？）钱从哪里来？ 通过应用层面的商业模式创新，解决电动车相 关产业的开发、生产、使用、回收再利用的可 持续发展经济模式； 通过商业模式吸引和调动社会金融力量，参与 新
7、能源汽车的产业发展，解决新能源汽车产业 发展的资金问题； 投入必要的资金控制核心技术和关键部件，调 动社会资源打通产业链； 完善碳排放交易市场，逐步降低对国家补贴政 策支持的依赖性；2014 国际新能源汽车市场国际新能源汽车市场2015/5/285 2014年前10个月，据insideEV不完全统计，全球新能源 乘用车共销售23.6万辆，其中美国独占41%，欧洲占 33%左右，中国和日本各占12%左右，四个地区合计占 据全球新能源汽车市场的98%左右。从各国新能源汽 车占新车销量的占比来看，欧洲国家始终走在世界的 前列。一些本国基本上没有自己的汽车工业的国家， 在新能源汽车推广方面却走在了世界
8、的前列。例如， 欧洲的荷兰和挪威2013年新能源车占新车销售的比重 都在5%以上，而传统汽车消费大国占比都不高，如美 国今年前10个月新能源车销量仅占本国新车销量的 1.5%，而日本和德国仅占0.6%和0.4%左右。中国在 2014年“史无前例”的政策刺激下，前10个月新能源 销量仅占整个新车销量的大约0.2%左右。国内新能源公交发展的经验与借鉴 针对未来空气污染和石油与天然气的价格高涨新能源公交车 的几个其他技术方案与路线在短期内都是难以投入实际大规 模应用。问题： 1）慢充电，纯电公交车无法提供全时段、快捷的服务，依 靠增加电池能量延长行驶里程，增加运营能耗和成本，运力 下降 2）快充电和
9、换电，在充电设施不完善的现在，公交车运行 线路受到限制，无法实现公共交通系统的智能调控，且需要 特殊电池 3）混合动力任然使用化石能源，污染问题难以解决 4）LNG/CNG 公交车相对于燃油车排放有较大改进，但同样 存在一定的气体排放问题中国北方车辆研究所国家863电动车动力电池测试中心 102015/5/286总结前一阶段示范运行的情况： 电动公交车的运行是否能够成功，前期基础设施 建设、运营成本控制和电池组的性能提高，至关 重要。 需要研究新型商业模式，引领动力电池产业化发 展方向，明确动力电池的具体要求。 电池组与整车的生产，都需要有一定的工业基础 和经验，不是简单凑数。 在没有动力电池
10、生产经验的新电池厂参与，加上 地方保护的补贴政策，透支了对所有人对于新能 源汽车的推广热情。 中国北方车辆研究所国家863电动车动力电池测试中心 16挑战挑战1、电动汽车电动汽车遭遇充电难遭遇充电难 北京市电力系统规定：安装充电桩需要有停车位证明，否 则会损害到其他汽车消费者的利益；北京市绝大部分小区 都不具备用户专用停车位。 小区物业管理部门无权为电动车用户拉电力线，小区物业 如何为电动车用户提供服务？ 申请办理有关充电桩的程序，一般电动车用户不清楚，不 知道该找谁？ 有的老旧小区涉及电力改造，该由哪个部门负责？ 充电难、安装充电桩难等问题，让很多拥有或者想去拥有 电动汽车的市民止步不前。中
11、国北方车辆研究所国家863电动车动力电池测试中心122015/5/287决定电动车前途的不是成本，是决定电动车前途的不是成本，是效率效率！ 制约纯电动车普及的最主要瓶颈，其实不是续航里程， 因为多装电池，续航里程就高了，像特斯拉那样；也不 是成本，随着普及程度的提高，成本终究有办法降下来 ，像亨利福特的流水线之于汽车那样；决定一项新技 术最终能否得到普及的，是效率。 这里指的不仅是能量转化效率，这方面纯电动是很高的 ，比传统内燃机高多了。是使用效率，目前纯电动车的 比较好的充电水平，也只能做到20分钟充电80%（续航 大约100-120公里）；假设平均车速是60km/h，也就是 说，每开2小时
12、车就要停下来充20分钟电！实际上，即 使到处都是充电桩，你也不大可能随到随充，难免要排 个队，假设前面有2辆车，那么你就要等1个小时！这样 的效率，是无法作为日常交通工具使用的！ 所以，如果不能解决电动车能量快速补充问题，即 使充电桩普及了，纯电动车也无法完全替代传统汽车， 它也只能作为一种补充，适用于短距离移动。挑战挑战2、电动车电动车动力电池动力电池遭遇遭遇低温低温充电充电难难 目前的电动车，特别是电动公交车、电动出租车、私人电 动车等大部分使用的是锂电池。北京、青岛、长春、唐山 、包头的新能源汽车示范运行工作，都不同程度遇到了冬 季充电困难的问题，使得冬季电动公交车的运力下降，很 难保证
13、正常运行。 问题分为两个层面： 一是低温环境下电池性能下降，好一点的下降10-15%，差 一点的下降35%，这与材料状态、电池结构、生产工艺、 外壳结构、热管理系统功能有关； 二是低温充电容易产生析锂现象，发生不可逆反应，使得 电池容量和能量大幅度下降。严重的锂枝晶会刺穿隔膜， 使电池短路，发生安全事故。 中国北方车辆研究所国家863电动车动力电池测试中心142015/5/2883 3、成本：、成本：动力电池组的成本构成比例图动力电池组的成本构成比例图中国北方车辆研究所国家863电动车动力电池测试中心15为什么是这个比例？一、电芯成本 就目前的电池生产技术来说进行电芯成本分析： 1、100Ah
14、磷酸铁锂电池材料成本： 正极材料0.8kg-100元、负极材料0.4kg-25元、隔膜5m2- 40元、电解液0.5kg-40元、外壳40元/套、加工费55元， 合计300元，相当于：0.938元/Wh； 2、100Ah三元材料锂电池的材料成本： 正极材料0.7kg-100元、负极材料0.4kg-25元、隔膜5m2- 40元、电解液0.5kg-40元、外壳40元/套、加工费55元， 合计300元，相当于：0.834元/Wh ； 3、100Ah锰酸锂材料电池的材料成本： 正极材料0.95kg-88元、负极材料0.4kg-25元、隔膜5m2- 40元、电解液0.5kg-40元、外壳40元/套、加工
15、费55元， 合计288元，相当于：0.78元/Wh 。2015/5/289电芯其它成本内涵： 设计费、测试费、模具费、开发费； 材料利用率、原材料采购成本、产品合 格率； 设备折旧费、财务费用、销售费用、管 理费、人员培训费； 税费、职工福利、保险费、企业利润。 目前由于批量小，各种费用摊销后电芯 成本就变成2元/Wh以上了电池组的成本： 技术开发费用： 电池组有冬季充电加温系统，有夏天工作时要散 热的系统，有使用中抗振动结构，有下雨天防水 结构，有事故中防冲击结构，有连接的可靠性设 计，有BMS可靠性设计； 系统增加的部件费用； 电池组有安装方便性考虑，有维修检查的方便性 结构； 性能测试费
16、、可靠性考核费； 设备折旧费、人员培训费、产品的运输费； 财务费用、销售费用、管理费、税费、福利费、 保险费、企业利润。 企业的隐形成本。 加起来电池组的成本就变成3元/Wh以上了。2015/5/2810挑战挑战4、安全性、安全性 动力电池的安全对于电动汽车产业的发展至关重要 。近年来，随着各种节能与新能源汽车试点和实际 运营数量的增多，安全事故时有发生，事故的分布 从纵向看： 在加工、制造、化成搁置、运输、测试、使用、充 电维护、回收各个环节上，都出现过问题。 从横向看：国内外在手机、电脑、电动自行车、电 动摩托车、电动轿车、电动公交车、混合动力车等 领域应用过程中，也都出现过问题。 目前动力电池出现问题多数是在充电时发生，低温 充电增加了出现问题的概率。 如何提高动力电池
