近日,筆者整理出了工信部286批《道路機動車輛生產企業及產品公告》公示名單,共有143款純電動物流車進入新車公示,而搭載三元鋰電池的車型有97款,搭載磷酸鐵鋰電池的車型有31款,其他類型的動力電池只有15款車型。
另外,根據數據顯示,今年前四月份,三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池出貨量與去年同期相比,都有所增加。其中,磷酸鐵鋰電池出貨量為2.6Gwh,三元鋰電池出貨量高達771.51Mwh。
此外,2015年三元材料在專用車的滲透率為61%,需求達到1.1Gwh;2016年滲透率將會達到65%,需求為2.9Gwh;到2020年,滲透率將會達到80%,市場需求14.0Gwh。
可以看出,三元材料和磷酸鐵鋰在純電動物流車中應用中逐漸占主流,而且三元材料的比重將會越來越大。但是,未來純電動物流車到底采用哪種動力電池技術路線,不僅僅看動力電池技術與質量,還要看市場需求,以及行政手段等等。
一、為什么三元材料在純電動物流車中占主流?
在國內,在純電動物流車方面,運用最多的是三元鋰電池技術路線,其次是磷酸鐵鋰電池。自然同一技術路線,各類廠家研發的動力電池參數也不盡相同,比如特斯拉和LG采用三元材料,無論從電池質量、續航里程、循環壽命、電池組能量密度來講,參數都有所差異。而有些參數,它是隨著技術不斷升級,也在不斷變化。所以,很多參數,只是一個絕對值。
下面我們來對比一下,各類動力電池正極材料優缺點,從而回答為什么三元材料在物流車中占主流的問題。
其一,從圖表可以看出,即使是三元材料安全性不高,大部分物流車企業會經過綜合考量,還是會采用三元鋰電池技術路線,續航里程高、比容量大使用壽命長等優點。
其二,對于純電動物流車而言,續航里程的高低,影響著車輛物流作業狀況與效率。對于純電動物流車而言,主要用于“末端物流”配送,城市搬運、宅配等市場,要求在一天之內能夠保證運輸任務,特別是在業務量比較繁忙的時間段,如“雙11”,更需要大的續航里程。而續航里程的高低,主要受到電芯數量多少影響,以及動力系統匹配的影響。
其三,目前,國家補貼退坡,地補也不斷在減少,許多地方補貼甚至低到了400元每度電,如江蘇、杭州等地方,有純電動物流車運營商說,如此低的補貼,沒法玩了。而對于車企來說,尋求性價比較高的技術路線也在情理之中,一臺車,動力電池成本是最為高的,而目前許多地方補貼都是企業墊付,物流車制造技術也沒有其他車輛要求高。三元鋰電池成本比磷酸鐵鋰電池相對較低,并且技術要求也沒有磷酸鐵鋰高。這就極大的節約了社會資源與制造成本。
其四,磷酸鐵鋰最大的一個致命弱點就是低溫性能較差,即使將其納米化和碳包覆也沒有解決這一問題。研究表明,一塊容量為3500mAh的電池,如果在-10℃的環境中工作,經過不到100次的充放電循環,電量將急劇衰減至500mAh,基本就報廢了。而三元材料的低溫性能比較好,每月衰減1~2%。在低溫狀態下,衰退比例也沒有磷酸鐵鋰高。
其五,三元材料占主流,很大一部分原因是受到國外車企的影響。外國車企的新能源汽車絕大多數采用三元鋰電池,型號多為18650。從286批新車公示中也能看出,絕大部分純電動物流車采用18650型號的三元鋰電池。18650鋰離子電池單節標稱電壓一般為3.6V 或3.7V;最小放電終止電壓一般為2.5~2.75V。常見容量為1200~3300mAh。18650電池但是一致性很好;層疊式電池的容量可以做得較大(20 Ah到60 Ah),單體數量可以降低,但是一致性差。相比之下,現階段很難投入大量的人力物力與電池供應商一起去改善層疊式電池的生產工藝。
第六、電動物流車因補貼方案對百公里能耗有嚴格要求,所以需要整車輕量化,對應的鋰電池也需要減輕重量,而三元材料的高比能量密度對電池重量的降低具有優勢。
二、部分動力電池企業三元鋰電池參數對比
以上表格是第一批《汽車動力蓄電池行業規范條件》企業目錄中生產三元鋰電池的企業及其參數,這里面只有部分參數,還有許多參數沒有,如比容量,能量密度、使用壽命、安全性如何、一致性怎樣,都沒有,因此很難評判誰的電池好,誰的電池不好。但從表格可以看出以下幾點:
(一)即使是同一家企業生產的三元鋰電池,產品參數也不盡相同,包括型號、體積、比容量、能量密度。循環壽命、電壓、電流大小等。
(二)外形尺寸上,因為三元電芯類型的不同,有所差異,同一類型大小也不盡相同。三元電芯有三種類型,一個是軟包電池,如A123、萬象、多氟多。一個是圓柱電池,如特斯拉。還有一種是方形硬殼電池,如比亞迪、三星。這三類形態,硬殼的生產成本較高,其次是軟包,最后是圓柱。一種說法認為,軟包的安全性較圓柱高,圓柱的結構導致很難完全解決安全性問題。目前國內許多三元電芯軟包技術應用在汽車上。但軟包技術要求比較高,特別是封裝技術,封裝不好,會引起鼓起、漏液等問題,導致安全事故發生。另一種說法是,三元電芯應用以方形金屬殼為主。方型金屬殼的優點是標準化、成組簡單、比能量較高,缺點也很明顯就是散熱效果差。
(三)另外,動力電池的參數主要受到電芯數量多少影響,電芯數量的確定需要考慮動力系統匹配和汽車續航里程要求。
(四)動力電池各項技術性能還有很大提高,除了安全性的改善,動力電池能量密度、功率密度、耐受性、循環充放電次數,使用壽命等性能上的改善。
三、動力電池布置
動力電池布置需要按照純電動物流車車輛底盤情況來布置,需要考慮車身輕量化等,一般在車輛后備箱,根據純電動物流車各種車型而定。比如,廂式物流車和皮卡車就布置就不會一樣。魏小玲和胡軍給出9點要求,歸納起來是:1.需要考慮動力電池布置空間。2.需要承載多少容量的承載體積。3.需要平衡整車載荷。4.要有一定的散熱性能要求。5.需要滿足最小離地間隙、縱向通過角等通過性要求。6.需要滿足人機續求。7.必須滿足國家碰撞法規需求。8.具備一定的密封等級要求。9.確保高壓用電要求。
另外,動力電池布置,還要考慮到駕駛員安全,如果布置在車座下方,一旦電池起火,最新受害的是駕駛員。如果布置在車廂底部,首先殃及的是貨物,駕駛員逃生幾率相對要大。
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