中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：目前新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈(全行業(yè))都在為磷酸鐵鋰系的動(dòng)力電池在低溫下的充放電性能不佳而發(fā)愁，尤其是低溫條件下充電無法滿足我國(guó)北方地區(qū)的市場(chǎng)要求。客車廠想通過對(duì)動(dòng)力電池加熱而提高動(dòng)力電池溫度，但是車上加熱的能源從什么地方來?有些動(dòng)力電池廠家對(duì)外宣稱已經(jīng)成功研究出低溫環(huán)境下的動(dòng)力電池，筆者一直等待看到實(shí)際效果。
2016年10月29號(hào)淄博國(guó)利新電源科技公司石總工向筆者介紹了他研發(fā)的鎳氫動(dòng)力電池在超低溫(-400C)環(huán)境下能正常充放電，引起了我的興趣。石總工給了技術(shù)資料，筆者進(jìn)行了認(rèn)真的學(xué)習(xí)，同時(shí)受邀到淄博市公交車場(chǎng)站的現(xiàn)場(chǎng)，查看實(shí)際應(yīng)用情況。現(xiàn)將有關(guān)體會(huì)分享給大家。
一、目前用戶端對(duì)純電動(dòng)汽車的抱怨情況
一次持續(xù)里程太短。目前純電動(dòng)汽車實(shí)際工況下里程不到200公里，這與燃油車相比還差400公里。此瓶頸不能解決的話，純電動(dòng)汽車的大面積推廣可能性不大。
電能補(bǔ)給的時(shí)間太長(zhǎng)，燃油車補(bǔ)給時(shí)間在10分鐘以內(nèi)，而純電動(dòng)車的電能補(bǔ)給在3個(gè)小時(shí)以上，這對(duì)大眾消費(fèi)者而言，是很難接受的。
車輛要保障安全是底線，即車輛自己不能燃燒、不能爆炸。
我國(guó)北方(西北、華北、東北等)地區(qū)對(duì)車輛適宜的環(huán)境溫度更為苛刻，溫度在(-40 ℃ ～+50 ℃)范圍內(nèi)，車輛要能正常運(yùn)行。目前大家都在努力。
二、解決用戶抱怨的基本途徑分析
(一)持續(xù)里程太短的解決辦法
1)提高電池比能量，這是電池企業(yè)的科技攻關(guān)課題。目前官方公布的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的比能量是140wh/kg，三元電池是180wh/kg，而市場(chǎng)的基本要求是300wh/kg以上，實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，估計(jì)還要等5年以上的時(shí)間。
2)提高充電的方便性。這要以建設(shè)成本的經(jīng)濟(jì)性為代價(jià)。綜合思考，要在10分鐘以內(nèi)完成充電(電能補(bǔ)給)，目前技術(shù)上已經(jīng)成熟的，但是經(jīng)濟(jì)上太不劃算，主要是充電樁布局要充分、全面，供電功率要滿足需要。國(guó)家電網(wǎng)在高速公路上予以全面推進(jìn)。如濟(jì)南到青島的高速公路上，開純電動(dòng)汽車可以安全、按計(jì)劃節(jié)點(diǎn)到達(dá)目的地，已經(jīng)沒有問題。
3)車輛結(jié)構(gòu)上輕量化。這是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程，要顛覆傳統(tǒng)車輛設(shè)計(jì)理論及生產(chǎn)工藝。輕量幅度比傳統(tǒng)車也要輕到40%以上，其經(jīng)濟(jì)性才會(huì)有明顯效果?？蛙噺S家都在積極推進(jìn)。如揚(yáng)子江汽車集團(tuán)公司的純公交車的輕量化目標(biāo)是超過50%。
4)慢充快補(bǔ)模式已經(jīng)得到全國(guó)公交公司大部分領(lǐng)導(dǎo)接受。如揚(yáng)子江汽車集團(tuán)的“在線充純電動(dòng)公交車”是一個(gè)典型成功案例。公交公司推進(jìn)純電動(dòng)公交車已經(jīng)沒有“運(yùn)營(yíng)里程擔(dān)憂”的煩惱。
(二)動(dòng)力電池不燃燒、不爆炸的解決辦法
1)要對(duì)目前的動(dòng)力電池機(jī)理進(jìn)行創(chuàng)新。動(dòng)力電池廠家都已經(jīng)在開展這方面研發(fā)的工作，也有一些廠家已經(jīng)取得一定實(shí)際成果。如淄博國(guó)利新電源科技公司生產(chǎn)的鎳氫電池。
2)不爆炸是純電動(dòng)汽車的底線。即使在機(jī)理上做不到不燃燒，電池廠家和整車廠家，必須保障動(dòng)力電池不爆炸是基本要求，目前的技術(shù)和管理水平上是可以做到的，方法也是比較多的。我國(guó)目前純電動(dòng)汽車是安全的，也是基于目前的技術(shù)和管理水平上理解的，實(shí)際情況也是如此。幾個(gè)事故案例的發(fā)生，如果措施到位，是完全可以避免的。
(三)低溫下，動(dòng)力電池能正常充放電的解決辦法
1)低溫是指零下(-200C以下)環(huán)境溫度。目前磷酸鐵鋰系的動(dòng)力電池一般在零下(-100C以下 )能正常充放電已經(jīng)是水平很高了，尤其充電更是困難。不少?gòu)S家想從工藝進(jìn)行優(yōu)化，從機(jī)理上提升空間不大，實(shí)際效果也不明顯。
2)PACK廠家采用外部加熱技術(shù)，邏輯上令人很難理解，其效果也不佳。車輛是高速、長(zhǎng)距離移動(dòng)的運(yùn)輸工具，加熱能量如何從外部取得?
3)整車廠想在動(dòng)力電池以外再加一套燃油裝置，來給純電動(dòng)汽車的車載動(dòng)力電池系統(tǒng)加熱。給人印象是，純外行的處理方案，沒有一定技術(shù)含量。
三、 超低溫(-40℃)動(dòng)力電池基本特性介紹
石總研發(fā)的電池是鎳氫電池，在鎳氫動(dòng)力電池基礎(chǔ)上通過配方工藝結(jié)構(gòu)改進(jìn)，使之兼具超級(jí)電容器及鎳氫電池雙重特性，稱之為電容型鎳氫動(dòng)力電池，簡(jiǎn)稱電容電池。由于其具有較好的低溫特性，又稱為超低溫(-40℃)動(dòng)力電池。
目前此單體比能量是60，成組后的比能量是50，而磷酸鐵鋰電池單體比能量是140，而成組后的比能量是100。其電池基本結(jié)構(gòu)原理示意圖(見圖1)：
1)電池組成。正極主要材料采用氧化鎳，負(fù)極主要采用儲(chǔ)氫材料(鑭鈰稀土材料)，在配方中增加了超級(jí)電容材料，采用特殊濕法涂布極板表面修飾，加強(qiáng)了集流體導(dǎo)電，不銹鋼殼體，添加了水基電解液(氫氧化鉀水溶液)。
2)安全性原理。采用水基電解液(氫氧化鉀水溶液)，電解液本身不著火不爆炸。電池各部件中沒有易燃易爆材料，并有電解液浸潤(rùn)，也不會(huì)著火爆炸。殼體采用不銹鋼，不但不燃燒，還可承受2兆帕壓力。即使是在極端條件下，比如電池內(nèi)部短路，也不會(huì)產(chǎn)生著火爆炸危險(xiǎn)，該電池本質(zhì)是安全的。
3)快速充電原理。該電池采用堿性水劑電解液，氫離子體積非常小，導(dǎo)電十分順暢;各元器件采用低內(nèi)阻設(shè)計(jì);增加了超級(jí)電容材料，加強(qiáng)了物理儲(chǔ)存電荷能力，延遲和減小了極板極化，降低了電池內(nèi)阻，保障了快速充電。比如200Ah電池內(nèi)阻只有0.4毫歐。
4)低溫特性。廠家精心電解液配方政策下，零下50℃水基電解液不結(jié)冰，保障了氫離子的正常導(dǎo)電;各元器件采用低內(nèi)阻設(shè)計(jì);增加超級(jí)電容材料，加強(qiáng)了物理儲(chǔ)存電荷能力，延遲和減小了極板極化，保障了有較好的低溫特性。
四、鎳氫電池市場(chǎng)應(yīng)用分析
上面對(duì)此電池機(jī)理進(jìn)行了解剖，其優(yōu)點(diǎn)較為明顯。動(dòng)力電池的比功率與比能量這個(gè)指標(biāo)是相互矛盾的。此電池偏于比功率型即電容型。相對(duì)純電動(dòng)汽車而言，比能量高是要追求的指標(biāo)。但是此電池超低溫(-400C)特性特別優(yōu)秀，對(duì)我國(guó)北方地區(qū)冬季純電動(dòng)公交車基本不能用的瓶頸，筆者理解如下：
1)此電池在我國(guó)南方地區(qū)，基本沒有市場(chǎng)，理由是目前比能量低了一些，而磷酸鐵鋰系的動(dòng)力電池快充技術(shù)也有明顯進(jìn)步;
2)主要車型是公交車、混合動(dòng)的乘用車及部分通勤客車車;
3)鎳氫與稀土關(guān)系決定了此電池會(huì)有大的發(fā)展趨勢(shì)。中國(guó)稀土資源豐富，鎳氫成本下降空間還是相當(dāng)大的。
4)在中國(guó)，鎳氫電池與磷酸鐵鋰系的動(dòng)力電池會(huì)平分市場(chǎng)，磷酸鐵鋰主要市場(chǎng)在中國(guó)南方，而鎳氫電池主要市場(chǎng)在北方。
五、超低溫(-40℃)動(dòng)力電池研發(fā)成功的意義
1)對(duì)發(fā)展純電動(dòng)汽車的質(zhì)疑的回答有好處。磷酸鐵鋰系的動(dòng)力電池在北方地方不能用，對(duì)純電動(dòng)汽車發(fā)展路線的質(zhì)疑是有道理的。有了超低溫(-40℃)動(dòng)力電池，對(duì)發(fā)展純電動(dòng)公交車而言，信心更足。
2)有了超低溫(-40℃)動(dòng)力電池，我國(guó)北方城市發(fā)展新能源汽車步伐會(huì)明顯加快。以上介紹資料表明，其安全性從機(jī)理有保障，有望能徹底回復(fù)人們的質(zhì)疑;
3)以上介紹資料表明，其快充功能，對(duì)公交車而言，運(yùn)營(yíng)里程完全能確保。我國(guó)無論是北方還是南方地區(qū)，純電動(dòng)化推進(jìn)步伐會(huì)明顯加快。
4)超低溫(-40℃)動(dòng)力電池研發(fā)成功，對(duì)客車企業(yè)是一個(gè)利好信息。同時(shí)該電池含有30%的鎳和10%的稀土，均可回收再利用。該電池采用高含量的鑭鈰儲(chǔ)氫材料，一輛12米純電動(dòng)公交大約需要1噸稀土材料，為鑭鈰找到了新的用途。
(作者：湖北省汽車工程學(xué)會(huì)研究員 雷洪鈞)
