低温18650 3500
无磁低温18650 2200
过针刺低温18650 2200
低温磷酸3.2V 20Ah
21年专注锂电池定制

2018年动力电池与电池管理系统关键技术发展方向及趋势

钜大LARGE  |  点击量:2807次  |  2018年05月09日  

  中国储能网讯:目前是2017年年底了,大家都在分析2018年中国新能源汽车技术发展趋势。而科技部《新能源汽车2018年重点专项申报指南》已经发布,对企业而言很有指导意义。下面是笔者学习《申报指南》后,对2018度年动力电池与电池管理系统关键技术发展趋势的分析。


  一、中国新能源汽车关键技术主攻方向


  《申报指南》列出2018年中国新能源汽车技术的主攻方向是:


  动力电池与电池管理系统;电机驱动与电力;电子、电动汽车智能化;燃料电池动力系统;插电/增程式混合动力系统;纯电动力系统。


  一共6个方向下,再细分24个研究任务。《新能源汽车2018年重点专项申报指南》就是顶层设计的具体体现。


  ①企业与政府规划要保持一致,企业经营活动(含技术攻关)要在政府的顶层设计下开展。


  ②企业2018年具体的新能源汽车研究(开发)项目必须在6个方向下、24个研究任务之中;


  ③企业具体技术研究和开发项目,理应与中央政府年度计划技术攻关项目对应起来。


  二、2018年动力电池与电池管理系统研究任务分为5个:


  1.高安全高比能乘用车动力电池系统技术(重大共性关键技术类)


  ①研究内容:


  针对乘用车高集成度要求,开展基于整车一体化的电池系统的机-电-热设计;开发先进可靠的电池管理系统和紧凑、高效的热管理系统;开展模块、系统的电气构型与参数匹配、耐久性和可靠性的设计与验证;基于热仿真模型、热失控和热扩散致灾、分析模型,研究电池系统火灾蔓延及消防安全措施,开展电池系统的安全设计与防护系统的开发与验证;开展电池系统的轻量化、紧凑化技术以及制造工艺与装配技术研究,开发高安全、高比能乘用车动力电池系统;开展电池系统性能测试评价技术研究。


  ②考核指标:


  电池系统的比能量≥210Wh/kg,循环寿命≥1200次(80%放电深度(DOD),模拟全年气温分布),全寿命周期、宽工作温度范围内荷电状态(SOC)、功率状态(SOP)和健康状态(SOH)的估计误差绝对值≤3%,单体电池之间的最大温差≤2℃,快速充电至80%以上SOC状态所需时间≤1小时,满足安全性等国标要求和宽温度使用范围要求,并符合ISO26262ASIL-C功能安全要求及行业标准要求,成本≤1.2元/Wh,年生产能力≥1万套,产品至少为2家整车企业配套,装车应用不低于3000套;提交热失控和热扩散事故致灾分析和危害评测报告;建立基于整车一体化的电池系统的设计、制造与测试规范。


  ③笔者解读:


  乘用车动力电池系统技术主攻方向是:


  i)是整车一体化的电池系统,而不是目前一些厂家积极倡导的换电模式技术;


  ii)电池系统的比能量≥210Wh/kg,循环寿命≥1200次(80%放电深度(DOD),这个比能量≥210Wh/kg这个指标,说明这个电池一定指三元电池磷酸铁锂电池在乘用车推广几乎没有可能。


  iii)电池系统的成本≤1.2元/Wh,说明目前电池系统的成本基本上高于它,是后续的补贴的门槛。


  2.高安全长寿命客车动力电池系统技术


  ①研究内容:


  针对客车超高安全等级和超长质保里程的实际应用需求,开展基于模块式、分散式布局的动力电池系统总体构型、功能和机-电-热一体化设计技术研究;开发先进可靠的电池管理系统和高效热管理系统;开展动力电池系统的电气构型与参数匹配,以及耐久性和可靠性的设计与验证;基于热仿真模型、热失控和热扩散致灾分析模型,研究电池系统火灾蔓延及消防安全措施,开展电池系统的安全设计以及防护系统、监控系统的开发与验证;突破电池系统的轻量化、紧凑化技术,建立电池系统的智能化制造工艺,开发高安全、长寿命客车动力电池系统;开展电池系统性能测试评价技术的研究。


  ②考核指标:


  电池系统的比能量≥170Wh/kg,循环寿命≥3000次(80%DOD,模拟全年气温分布),全寿命周期、宽工作温度范围内SOC、SOP和SOH估计误差绝对值≤3%,单体电池之间的最大温差≤2℃,快速充电至80%以上SOC状态所需时间≤15分钟,满足安全性等国标要求和宽温度使用范围要求,并符合ISO26262ASIL-C功能安全要求及行业标准要求,确保单体热失控后30分钟内系统无起火爆炸,成本≤1.2元/Wh,年生产能力≥3000套,产品至少为3家整车企业配套,装车应用不低于1000套;提交热失控和热扩散事故致灾分析和危害评测报告;建立电池系统设计、制造与测试的技术规范。


  ③笔者解读:


  客车动力电池系统技术主攻方向是:


  i)基于模块式、分散式布局的动力电池系统的研究,这个说明,客车动力电池系统不同于乘用车要求,一个是一体化,一个是模块式、分散式。


  ii)电池系统的比能量≥170Wh/kg,循环寿命≥3000次(80%DOD,这个说明,对客车而言磷酸铁锂依然是主推对象,寿命是主要指标;


  iii)单体热失控后30分钟内系统无起火爆炸,这个指标说明,安全时间不低于30分钟,是后续的主观方向。


  iv)客车动力电池系统成本≤1.2元/Wh,这个指标说明,整车企业关心是系统成本,而不电池单体价格。


  3.高比能锂/硫电池技术


  ①研究内容:


  探索硫电极反应新机制,开发高比容量、长寿命的硫电极材料及适配电解液体系;研究锂枝晶的生长机制及抑制措施,开发兼具高循环库伦效率和良好循环稳定性的锂负极;开展高强度、高安全性功能隔膜的研究;掌握高负载硫电极以及锂/硫电池的设计与制备技术;开展锂/硫电池安全性改善技术的研究,开发高安全、长寿命的锂/硫动力电池,实现装车考核。


  ②考核指标:


  单体电池比能量≥400Wh/kg,循环寿命≥500次(100%DOD),安全性达到国标要求。


  ③笔者解读:


  i)锂/硫电池是新型电池,是要准备实现装车要求,目前上车条件不成熟。


  ii)单体电池比能量≥400Wh/kg,循环寿命≥500次(100%DOD),这个指标对乘用车和客车而言,不符合其寿命要求。


  4.高比能固态锂电池技术


  ①研究内容:


  开展固态聚合物电解质、无机固体电解质的设计及制备技术的研究,开发宽电化学窗口、高室温离子电导率的固态电解质体系;研究活性颗粒与电解质、电极与电解质层的固/固界面构筑技术和稳定化技术,开发固态电极和固态电池的制备技术;开展固态电池的生产工艺及专用装备的研究,开发高安全、长寿命的固态锂电池,实现装车示范。


  ②考核指标:


  室温下,单体电池比能量≥300Wh/kg,循环寿命≥2000次(0.3C以上倍率充放电,100%DOD),安全性达到国标要求,实现装车考核。


  ③笔者解读:


  i)锂/硫电池技术、固态锂电池技术,是下一代的要实现装车要求的电池。


  ii)目前市场流行说法的新型电池,离实现装车要求会更远。


  iii)其他实现过装车的老电池,无论如何改进,没有可能再推荐上车了。


  5.动力电池测试与评价技术


  ①研究内容:


  研究动力电池关键材料和单体的性能评测方法,构建“材料-电池-性能”闭环联动评价机制;研究电池在全生命周期内电性能、安全性能的演化规律,建立仿真分析技术;开展管理系统的功能评价和性能表征方法的研究,开发软硬件测试设备或装置;研究电池系统的性能评测方法及面向实际工况的可靠性、热安全和功能安全等评价方法,开展电池热失控和热扩散的致灾分析,研究动力电池安全等级分类标准;开展国内外动力电池系统的对标分析,建立动力电池权威测试评价平台和数据库。


  ②考核指标:


  建立动力电池的全面评价体系,包括从材料到系统的电性能测试方法,单体电池在全生命周期的安全性表征方法,管理系统的功能与性能评测方法,动力电池系统面向实际工况的可靠性、热安全与功能安全等评估方法;建立具有国际先进水平的动力电池测试评价平台;在测试评价和动力电池安全等级分类方面形成10项以上标准提案;建立产品数据库,其中电池系统样本数不少于200个。


  ③笔者解读:


  i)研究动力电池关键材料和单体的性能评测方法意义重大,这是电池厂家必须要解决参与的;


  ii)整车厂家对这些动力电池关键材料和单体的性能评测方法,主要是了解而已。


  三、电池系统技术关键技术发展趋势总结


  ①乘用车动力电池系统技术关键技术主攻方向,具体是指一体化设计为重心的高安全高比能,关键指标指标为:电池系统的比能量≥210Wh/kg,循环寿命≥1200次(80%放电深度(DOD)。


  ②客车动力电池系统技术关键技术主攻方向,具体是指分布式化设计为重心的高安全长寿命,关键指标指标为:电池系统的比能量≥170Wh/kg,循环寿命≥3000次(80%DOD)。


  ③乘用车动力电池系统、客车动力电池系统成本指标是成本≤1.2元/Wh。这个结论是补贴政策再退坡的重要依据。


  ④乘用车用三元电池,客车主推铁锂电池,是基本态势,客车要求快充,快充时间为:15分钟以下。


  ⑤高比能锂/硫电池、高比能固态锂电池是下一代电池,目前还没有强调其寿命要求,2018年上规模装车,可能性不大。


  ⑥电动客车安全是关键指标是:单体热失控后30分钟内系统无起火爆炸。


  总结:


  ①关键技术发展趋势是由有时间节点指标来体现的。一些形容词,可以多次用,但是指标值才是理解和掌握关键技术的核心。


  ②科技部《新能源汽车2018年重点专项申报指南》是国家级的,其指标值最具有权威性,其他专家(学者)的信息,不代表顶层设计。


钜大锂电,22年专注锂电池定制

钜大核心技术能力