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    動力電池和集成技術四化趨勢怎樣才能更好的適應和匹配

    2020-09-03 ryder

    電動化作為新四化首位,電池不僅僅是電動化的核心技術,更重要的是,還有太多的問題沒有解決好。“總理到訪日本,看到了什么讓他面色凝重?差距真這么大?”盡管說的是燃料電池的事兒,但是,我們的鋰離子電池差距呢!不可否認,在電池集成技術方面,還是有不小差距。從國外電池技術默默耕耘的這些年,“電芯的技術日韓占據主導地位,歐美的集成技術遠超我過”,這句話不是空穴來風。技術方面,他們借助材料優勢、整車集成優勢和經驗,應用于動力電池研發和應用。當然了,也不可否認國內水平的長足進步。標準的快速跟進和完善,就是典型的標志。我們的優勢還是很明顯的,可以利用擁有的市場拉動產業化(市場就在我們跟前);利用政策集中和統一,調配資源。但是,如何利用好優勢和機會,快速迎頭趕上,仍然需要加大“創新”力度。
     
    鋰電池和集成技術如何更好適應和匹配“四化”進步?在中國汽車新“四化”提出和發展的今天,高度溶合特征必然是未來發展的趨勢。電動化的核心技術和零件,電池和集成技術如何更好適應和匹配“四化”進步,不僅需要電芯技術突破,更需要集成技術彰顯其特性。俗話說“獨木不成林”,這些年新能源發展進程中已經充分印證了這一點,哪就是不可忽視的電池集成技術。
     
    瑞鼎電子認為電動化作為新四化首位,動力鋰電池不僅僅是電動化的核心技術,但是還有太多的問題沒有解決好,跟國外的電池和集成技術相比還是有不小差距。電芯技術看日韓,集成技術看歐美這句話不是空穴來風。
     
    技術方面,借助材料優勢、整車集成優勢和經驗,應用于動力電池研發和應用,當然也不可否認國內水平的長足進步,標準的快速跟進和完善,就是典型的標志。我們的優勢還是很明顯的,可以利用擁有的市場拉動產業化;利用政策集中和統一調配資源。但如何利用好優勢和機會快速迎頭趕上,仍然需要加大“創新”力度。
     
    動力電池的“四化”趨勢
     
    ①智能化:在電動自行車的發展中,鋰電池本身與鉛酸電池最大的區別就是BMS,把電池的控制、互動、對電池的監測、數字化是鋰電池獨有的優勢,現在鋰電池通過BMS對它進行精準計算,比原來更加精準高效,這就是智能化的代表。
     
    ②鋰電化:鉛酸電池發展非常強勁的時候鋰電池發展比較緩慢,主要是電池技術的不成熟和不完善造成的,我們在鋰電池發展中走了很多彎路,剛剛開始做鋰電池,它的衰竭非常快,不像鉛酸電池衰竭比較平穩,當然現在技術突破了,第二個就是鉛酸電池和鋰電池比價格,因為鋰電池的成本必然比鉛酸電池更高。
     
    ③網聯化:就是鋰電池電動自行車和廠家、門店、用戶的互聯互通,包括對每一塊電池、每一個電動車、每一個消費者所有數據打通,這是它的核心。
     
    ④數字化:基于前面的智能化、網聯化,對他們的數據進行精準分析,比如說我們的電池賣給的用戶是誰,對用戶進行分析,比如說現在的群體第一大群體是2B,他們對鋰電池的要求就是續航長、壽命長,原來鋰電池標配外賣小哥,比如說我們原來鉛酸電池平常承保一年,鋰電池的充電壽命現在能做到800次、1000次、1500次、2000次,這是鋰電池又一個比鉛酸電池的優勢。
    對鋰電池集成技術的更高要求
     
    1、鋰電池的安全問題:一方面從電芯內部本質突破,另一方面就是從“集成”技術尋求突破口。目前應用最多的監控技術、斷電技術、熔斷技術、熱隔離技術,看來還擋不住tesla的火苗。仍需努力。
     
    2、BMS管理技術:很多時候SOC的估算精度沒有太大的進步,無法準確捕捉化學能工作中和靜止狀態的差異,不得不在電池充放電的頭尾留出吸收容量偏差的余量,讓電池成本白白浪費5~10%;國外產品在這方面做得比較細致。新“四化”推動下,BMS不僅僅是估算準確的問題,其管理功能、診斷功能、軟件策略、硬件架構和集成化、模塊化,都需要有創新和突破。鋰電池的發展除了電芯的技術進步,更智能化的BMS管理系統的高效性同樣重要,對電池的合理化控制,并可以很好的栓住這只具有一定危險性的鋰電芯,BMS管理系統的穩定性,可靠性尤為重要。
     
    3、輕量化:電動汽車重量降低10%,對應續航里程可增加5.5%。在leaf2018款產品中同樣有輕量化的痕跡,減輕了電池外殼的重量,減少了用來固定電池模塊的螺釘的數量,并去掉了支架多余的壁厚,而且還減輕了電池模塊的外裝。電池的重量始終都是個很大問題,要想從根本上解決這個問題,能量密度受越來越多的廠商關注,當提出這個概念時,潛默中已經悄然在發生改變,cell能量密度已經不放在首位,而是能量密度之前,并且還加上了系統二字。
     
    4、集成標準化進程:鋰電池的標準化是降本最有效的辦法,標準化在發展的初期是需要依賴一定平臺生存的,國內現狀就連最基礎的電芯外形,還停留在多樣化形態。標準中太多的外形尺寸過于兼顧多樣化系統需求,等于沒有標準,電池的標準化可以有力推動電池集成中的模塊化發展。
     
    電池集成標準化進程
     
    電池的標準化,是降本最有效的辦法。這個問題,在國內的有些廠家,早早看到了這個問題,并且已有標準模組產品誕生。但是,市場效益不是太好。究起原因,標準化在發展的初期,是需要依賴一定平臺生存的。國內現狀,就連最基礎的電芯外形,還停留在多樣化形態。盡管國內也有相關的標準,但是執行效果并不理想。個人認為,標準中太多的外形尺寸,過于兼顧多樣化系統需求,等于沒有標準。反觀VDA單一方形外殼電池尺寸標準,為什么能獲得眾多電池企業認可?值得深思。電池的標準化,可以有力推動電池集成中的模塊化發展。
     
    模塊化“集成”技術創新發展
     
    1. 模組的“新型模塊化”趨勢,橫向“通用性”多平臺應用
     
    模塊化這個概念,并不是新名詞,早在2012年大眾的全新平臺MMB/MQB/MLB中動力總成的模塊化多品牌應用,就已經提出和嘗到甜頭:降低研發周期和風險,大幅降低車型上的冗余。其實,本身降低了成本增加了車輛的可靠性和安全性。
     
    在電池模組設計方面,大眾采用了同樣的思路:打造電池組模塊化平臺。也就是說,不需要每一款車型都去設計模組。“大眾汽車集團負責研發的董事會成員諾薩(Heinz-Jakob Neusser)向媒體透露:雖然電池車型號規格各異,但統一的電池單元可以采用不同的封裝數量與方式,滿足各類需求。集團的目標是通過簡化電池單元設計降低電池成本66%。”這已經是幾年前的事了,我們不去糾結這個目標是否已達到,但是,模塊化思路是正確的。
     
    新型模塊化,除了結構角度實現模塊化,達到降本、增加可靠性為目的,更重要的是,需要在功能控制方面實現模塊化。強調功能的獨立性、完整性。例如,實現模塊的終端采集、充放電管理、安全管理、熱功能于一體。狹義的觀點,蓄電池的電子部件除了采集、均衡功能,還需要擁有蓄電池管理模塊BCU的功能。利用互聯通訊,更有效的監管電池安全。
     
    模塊化不僅僅實現了結構、功能的高度統一,同時,當模塊變成“能量塊”概念時,完全可以根據整車需求取舍電量大小。如果新四化車輛,配備的是靈活、安全、輕便的能量塊,動力源將不再是備受關注的瓶頸問題。
     
    2、電芯連接技術的革命。
     
    電芯成組的連接,從最初的螺栓連接到現在的焊接工藝,優點方面,在穩定性、一致性、壽命得到了很大的提升,結構體積也變小了,內阻大幅降低,讓電芯功率可以得到最大的釋放。其缺點,是在鋰離子電池特有的梯次利用和回收應用環節,造成了麻煩,增加了成本。焊接工藝,在生產前端,需要專用的設備、工裝模具完成;后端的維護、梯次利用、終端拆解,也非常的不便。目前在遞次利用環節,一般拆解到模組就結束了。遞次利用并不徹底。所以,盡管焊接是現有電芯連接、成組的主要工藝,但是,從價值鏈條分析,焊接工藝只是單向的工藝,阻礙了鋰離子電池的再利用。但是焊接的優勢能將鋰電池體積減小,并對空間更有效利用。綜上所述,一種新的鏈接技術也迫在眉睫。
     
    近幾年,有些廠家在嘗試新的連接技術。這種創新,是值得肯定的。把電芯隨意組合,不僅僅是大大降本的問題,更重要的是促進了模組的模塊化、標準化進程。也是符合新四化發展的思維。技術的升級從來不會停歇,文章的內容僅代表目前已知的狀況,創新的技術才會改變未來,就目前而言,對于電池的技術,我們可能也只是剛剛入門而已。未來的電池技術一定在每個方面都更適用,我們就拭目以待吧。


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