車展不僅是各款新車爭奇斗艷的舞臺,同時也是新技術(shù)趨勢的風(fēng)向標。根據(jù)展會主辦方統(tǒng)計,今年亮相北京車展的新能源汽車有174臺,陣容相比2017年上海車展(159臺)和2016年北京車展(147臺)有所擴大。發(fā)展新能源已成為車企的主旋律,背后的核心動力尤其不能忽視,我們就來看看新能源汽車動力電池的技術(shù)應(yīng)用趨勢。
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1、量產(chǎn)新車的電池系統(tǒng)密度大多在140Wh/kg以上,續(xù)航基本300km起步。
2、電池成本不斷下降,300~400km續(xù)航的車型價格大多鎖定在十來萬的價格區(qū)間。
3、外國車企燃料電池技術(shù)應(yīng)用進程加速,國內(nèi)技術(shù)水平有待提升。
4、本土電池供應(yīng)商獲國際主流車企認可,配套占多數(shù)。
●三元鋰電池占主場
本屆北京車展上首發(fā)/上市的純電動車型中,基本清一色采用三元鋰電池。早幾年前的車展上,磷酸鐵鋰還能和三元鋰平分秋色,現(xiàn)在已經(jīng)逐漸退出新能源乘用車市場。有兩個明顯的轉(zhuǎn)變代表是,原來磷酸鐵鋰陣營的堅守者比亞迪,展出的新車都是采用三元鋰電池。聆風(fēng)在國內(nèi)的換標產(chǎn)品啟辰晨風(fēng)原采用錳酸鋰電池,而另外一款與聆風(fēng)同平臺的最新車型軒逸·純電則換成了三元鋰電池。
對于乘用車來說,續(xù)航里程、空間、充電效率等體驗都非常重要,因此,相比磷酸鐵鋰、錳酸鋰等,三元鋰電池憑借更高的能量密度、更好的低溫放電性能以及更高的充電效率等優(yōu)勢,在乘用車應(yīng)用領(lǐng)域一騎絕塵。
從已公開續(xù)航里程信息的33款車型來看,90%產(chǎn)品的綜合續(xù)航都在300km以上,這主要得益于動力電池能量密度的提升,以及整車進一步輕量化、低阻化。400~500km續(xù)航的車型也有不少,其中一半是概念車,400~500km有望成為市場上主流的續(xù)航區(qū)間。
注:表格根據(jù)公開信息整理,部分車型的續(xù)航里程未公布路況條件
2017年工信部發(fā)布《中國汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》提出,2020年電池能量密度要達到300Wh/kg,系統(tǒng)比能量力爭達到260Wh/kg,鼓勵動力電池向高能量密度技術(shù)方向發(fā)展。從中汽中心發(fā)布的信息來看,2018年至目前的裝車數(shù)據(jù)中,電池系統(tǒng)能量密度較2017年有明顯提升,純電動乘用車能量密度從107.6Wh/kg升高到118.8Wh/kg。
車展上的新品,通常最能反映出新的動力電池技術(shù)應(yīng)用趨勢。已有公告信息的車型中,絕大多數(shù)產(chǎn)品的電池系統(tǒng)能量密度在140Wh/kg以上,這也符合補貼政策的引導(dǎo),140~160wh/kg的車型能獲1.1倍的補貼。海馬新推出福美來E7的電池系統(tǒng)能量密度相較最高,官方信息顯示為180Wh/kg。但電池的能量密度和安全性是一對矛盾體,能量密度越高,企業(yè)在安全性方面就越要注意。整體來看,量產(chǎn)新車應(yīng)用的電池水平離260Wh/kg的目標值還有一定差距,行業(yè)內(nèi)多位電池專家評估技術(shù)趨勢后,認為達到能量密度的單一目標是有可能的,但均衡安全性、電池壽命及成本等綜合指標則有較大難度。
從2013到2017年,動力電池系統(tǒng)成本下降了約三分之二,三元電池組的價格為1.4~1.5元/Wh。反映到產(chǎn)品性價比上也有明顯變化,三四百公里續(xù)航的車型,價格大多數(shù)鎖定在10來萬的區(qū)間。例如北汽新能源最新上市的EU5純電動車型,工況續(xù)航415km的R500版本補貼后從12.99萬元起售。隨著電芯能量密度提升和系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)化,動力電池制造成本還將不斷下降,2020年純電動汽車電池系統(tǒng)單價有望降至1元/Wh,屆時10萬元以內(nèi)買到續(xù)航四五百公里續(xù)航的車型將不是難事。
●燃料電池應(yīng)用進程加速
除了相對成熟的鋰電池,燃料電池技術(shù)應(yīng)用也開始落地,北京車展首次亮相的三款氫燃料電池車型包括愛馳RG、寶馬X7概念車、現(xiàn)代Nexo。再算上往年展出過燃料電池車的豐田、本田、上汽等,參與的企業(yè)和車型都在增多,起碼從產(chǎn)品層面來看,燃料電池車離消費者又近了一步。
在RG正式亮相之前,愛馳汽車官方就公布過這款車的續(xù)航里程高達1200km,但這是60km/h等速條件下的續(xù)航里程,120km/h等速條件下,RG續(xù)航也能達到600公里以上。RG是通過燃料電池技術(shù)來實現(xiàn)如此長的續(xù)航里程,和通常氫燃料電池堆不同的是,RG燃料電池系統(tǒng)是重組式甲醇燃料電池,即加注甲醇后重組轉(zhuǎn)換成氫,氫燃料電池堆系統(tǒng)則是直接加氫。根據(jù)RG燃料電池供應(yīng)商SerEnergy官方網(wǎng)站的消息,其系統(tǒng)效率為40-50%,燃料加注時間只需3分鐘。在RG應(yīng)用之前,SerEnergy曾為Fiat 500 提供了一個燃料電池増程器,使得其里程達到800公里。
作為一家新造車勢力,愛馳汽車在RG這個平臺上走了一條與眾不同的技術(shù)路線,但目前公開的信息有限,具體技術(shù)水平有待觀察考驗。官方表示現(xiàn)在就可以接受預(yù)定,采用定制化限量生產(chǎn),車身純手工打造,最快今年年底前可以交付。
寶馬X7概念車采用了氫燃料電池系統(tǒng),未來這套動力系統(tǒng)有望應(yīng)用于量產(chǎn)車型上,但目前還沒有公布詳細的性能參數(shù)。寶馬研發(fā)氫燃料電池技術(shù)已有30多年時間,最早在2007年推出了世界首款氫動力豪華高性能轎車氫能7系,續(xù)航里程可達700km。后來在2015年,寶馬展示了基于寶馬i8和5系GT車型的氫燃料電池原型車,并表示相關(guān)的量產(chǎn)車型會在2020年正式推向市場。
Nexo是現(xiàn)代汽車第二代氫燃料電池車,對比第一代途勝Fuel Cell,效率提升,空間更小,重量更輕,低溫冷啟動范圍更廣,續(xù)航里程更長。現(xiàn)代官方在今年百人會論壇上介紹這款車提到幾項“之最”:世界最高系統(tǒng)效率60%;世界最高續(xù)航里程800km(1次加注,NEDC市內(nèi)運行標準);世界最高水平儲氫罐5.7wt%(存儲的氫燃料的重量與儲氫材料的重量比為5.7:94.3)。
再來對比國內(nèi)燃料電池技術(shù)的發(fā)展情況,在該領(lǐng)域國家同樣制定了技術(shù)路線圖,其中提出了2020年要到達“最高效率60%”、“冷啟動溫度-30℃”、“壽命5000h”等多項指標。對比該技術(shù)路線圖可以發(fā)現(xiàn),現(xiàn)代Nexo目前在效率、冷啟動溫度、耐久性等方面的技術(shù)水平,大約就落在中國2020年的技術(shù)目標上。
從全球范圍來看,每個國家和車企都沒有放棄氫能源和燃料電池汽車,中國也在大力加快氫燃料電池車的推廣。由于燃料電池系統(tǒng)體積較大,國內(nèi)目前的發(fā)展不是以乘用車為主,而是在大巴等公共交通領(lǐng)域,技術(shù)起點相對來說低一些,更容易快速切入。乘用車領(lǐng)域唯一入選工信部目錄的氫燃料電池車轎車來自上汽榮威品牌,整體來看,國內(nèi)的燃料電池技術(shù)還有待大力發(fā)展。
● 四款概念車官宣續(xù)航≥1000km
本屆車展還有4款新車號稱續(xù)航里程達到1000km及以上,分別是長江EV概念車C10、正道K50概念車、正道HK GT概念車以及正道H500概念車,但上述車型并未公開是何種工況條件以及詳細的技術(shù)路徑。單憑目前的鋰電池技術(shù)還難以支撐如此高的續(xù)航里程,長江此前在客車領(lǐng)域已研發(fā)了相關(guān)的氫燃料車型,不排除這款展出的轎車概念車未來也是采用燃料電池技術(shù)。
正道集團不是首次展出高續(xù)航的車型,從去年開始就在各大國際主流車展上接連亮相,至今已經(jīng)發(fā)布了6款續(xù)航1000km的概念車。正道堅持在乘用車領(lǐng)域100%走增程式路線,官方透露,本次展出的三款高續(xù)航車的動力總成均為“發(fā)電機增程器和石墨烯超級電池”。目前業(yè)內(nèi)很多對石墨烯的研究都停留在實驗室階段,但正道方面宣稱其石墨烯經(jīng)過了實驗室綜試,已經(jīng)到準備量產(chǎn)的階段。具體成果如何,也有待最終量產(chǎn)驗證。
● 本土電池供應(yīng)商配套占多數(shù)
從電池供應(yīng)情況來看,世界范圍內(nèi),動力電池的產(chǎn)業(yè)化主要集中在三個區(qū)域:德國、美國、中日韓所在的東亞地區(qū),而鋰離子動力電池的生產(chǎn)主要集中在中日韓三個國家。根據(jù)中汽中心的研究,從技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的角度綜合來看,日本在技術(shù)方面依舊領(lǐng)先,包括固態(tài)電池方面研究,但中國近兩年的技術(shù)進步巨大,市場份額已經(jīng)超越日韓占據(jù)第一,動力電池數(shù)量最多、產(chǎn)能最大。本屆車展上呈現(xiàn)的配套情況來看,本土化生產(chǎn)的新能源車型也都選擇了國內(nèi)供應(yīng)商,捷豹路虎、大眾等也選擇了寧德時代作為其全球供應(yīng)鏈體系。
從電池企業(yè)公開的信息來看,寧德時代配套的車企和車型最多,包括21個品牌的31款車型。寧德時代現(xiàn)階段方殼電芯的能量密度已經(jīng)到達了240Wh/kg,技術(shù)規(guī)劃是在2020年之前將電芯能量密度提升到300Wh/kg。比克也給9個品牌的12款產(chǎn)品供應(yīng)動力電池,其2.75Ah動力電池電芯(18650)能量密度已經(jīng)達到240Wh/Kg,并計劃在2020年實現(xiàn)300Wh/kg。孚能、力神等企業(yè)也有部分配套。
日韓電池企業(yè)方面,松下、LG、三星、SK均有參展,但僅限受邀客戶參觀,十分保密。2017年三星SDI株式會社副社長鄭世雄曾公開表示,三星SDI動力電池單體能量密度目前為250Wh/kg,并預(yù)計在2023年達到350Wh/kg的目標。松下方面,為特斯拉配套NCA 18650圓柱動力電池單體能量密度在250Wh/kg左右,而21700單體能量密度則已經(jīng)到達了300Wh/kg。單從能量密度指標這一項來看,國內(nèi)優(yōu)秀電池企業(yè)的水平與之相近。
編輯點評:
經(jīng)過幾年的發(fā)展,動力電池的應(yīng)用已經(jīng)越來越成熟,將逐步退居幕后,不再是車企第一比拼、展示的要素。在上一屆北京車展,上汽為了證明向消費者動力電池的安全性,還將電池直接泡在了盛滿水的魚缸里充電。到了這屆車展,企業(yè)直接從續(xù)航里程、能效等一些直觀指標來展示其動力系統(tǒng)技術(shù),尤其新造車勢力在新技術(shù)應(yīng)用和高性能指標的追求上更為激進。
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原文標題:從北京車展看動力電池應(yīng)用發(fā)展趨勢
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