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新能源汽車電池技術(shù)瓶頸期待新突破

2011年08月01日 13:37 5856次瀏覽 來源:   分類: 稀土

  盡管目前關(guān)于新能源汽車還沒有一個十分準(zhǔn)確的定義,但在日趨嚴(yán)峻的能源、環(huán)境等外部壓力和傳統(tǒng)汽車轉(zhuǎn)型升級的內(nèi)在要求下,新能源汽車作為未來汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向,已被各國提升到前所未有的高度。2010年9月,在《國務(wù)院關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》中,我國已將新能源汽車作為國家7大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一明確要求加以重點扶持。

  盡管目前關(guān)于新能源汽車還沒有一個十分準(zhǔn)確的定義,但在日趨嚴(yán)峻的能源、環(huán)境等外部壓力和傳統(tǒng)汽車轉(zhuǎn)型升級的內(nèi)在要求下,新能源汽車作為未來汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向,已被各國提升到前所未有的高度。2010年9月,在《國務(wù)院關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》中,我國已將新能源汽車作為國家7大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一明確要求加以重點扶持。
  事實上,為盡快搶占新一輪汽車產(chǎn)業(yè)競爭的制高點,早在10年前,我國就已開始設(shè)立國家863計劃“電動汽車”重大科技專項,進(jìn)行新能源汽車技術(shù)攻關(guān)。經(jīng)過多年培育和發(fā)展,我國新能源汽車在技術(shù)研發(fā)、示范運行、產(chǎn)業(yè)化準(zhǔn)備等方面都取得了長足進(jìn)展。
  據(jù)科技部高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)司能源與交通處處長武平介紹,“十五”和“十一五”時期,圍繞863計劃“電動汽車”重大科技專項、“節(jié)能與新能源汽車”重大項目等,國家先后累計投入科技經(jīng)費超過20億元,帶動國內(nèi)上百家汽車企業(yè)、電機(jī)電池等零部件企業(yè)、大學(xué)及科研院所等共同參與,建立起以混合動力、純電動、燃料電池等3類車型為“三縱”,電機(jī)、電池、整車電控為“三橫”的“三縱三橫”研發(fā)布局,并形成了一大批創(chuàng)新成果。
  在電動汽車整車技術(shù)方面,已建立具有自主知識產(chǎn)權(quán)且適應(yīng)于我國公共交通和私人用車市場特色的混合動力、純電動、燃料電池動力系統(tǒng)技術(shù)平臺,開發(fā)出系列化產(chǎn)品。截至第226批《車輛生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品公告》,共發(fā)布新能源產(chǎn)品506個,其中374個整車產(chǎn)品,涉及企業(yè)75家。此外,《節(jié)能與新能源汽車示范推廣應(yīng)用工程推薦車型目錄》已分24批次發(fā)布61家汽車生產(chǎn)企業(yè)的274款產(chǎn)品。
  在電池、電機(jī)和控制系統(tǒng)方面,目前,我國在車用鎳氫和鋰離子電池、車用燃料電池、車用電機(jī)等關(guān)鍵零部件等領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展,已接近國際先進(jìn)技術(shù)水平,部分指標(biāo)具有一定優(yōu)勢。我國自主研發(fā)出鎳氫和鋰離子兩種類型的6-100安時多個系列車用動力電池。鋰電池的功率密度提升到2500瓦/公斤以上,電池模塊的常規(guī)壽命超過1000次。國內(nèi)多條電池、電機(jī)生產(chǎn)線正在建設(shè),車用動力電池年生產(chǎn)能力已達(dá)10億瓦時以上。
  在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和檢測能力方面,我國現(xiàn)已頒布的電動汽車相關(guān)國標(biāo)和行標(biāo)有56項,正在研究和制定的有59項,可基本滿足電動汽車科研、試驗和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要。此外,動力電池、電機(jī)、整車和基礎(chǔ)設(shè)施檢測試驗評價能力也在建立和完善之中。
  在基礎(chǔ)研究方面,我國加強(qiáng)了對錳酸鋰、磷酸鐵鋰、電池隔膜、燃料電池離子膜、碳紙、催化劑等基礎(chǔ)材料,輪轂電機(jī)、控制理論、輕量化等基礎(chǔ)理論和技術(shù)的研究及應(yīng)用。
  盡管取得的進(jìn)步著實不小,但面對全球新能源汽車迅猛發(fā)展的勢頭和巨大的產(chǎn)業(yè)前景,我們也要清醒地認(rèn)識到,我國在電動汽車發(fā)展上存在著諸多技術(shù)瓶頸亟待突破。“目前,我國鋰電池能量密度只有每公斤100瓦時,性能還不能滿足純電動汽車的發(fā)展需要。”中國工程院院士、中國科學(xué)院物理所研究員陳立泉指出。
  “當(dāng)下,如果采用鋰電池使電動汽車的續(xù)航里程達(dá)到200公里至300公里,那么,純電動汽車的重量會非常大,而且成本也很高;如果純電動汽車的重量與傳統(tǒng)化石能源汽車相當(dāng),以目前鋰電池的技術(shù)水平而言,則無法實現(xiàn)續(xù)航200公里至300公里。”國家863計劃節(jié)能與新能源汽車重大項目監(jiān)理咨詢專家組組長王秉剛也認(rèn)為,目前鋰電池的性能不夠理想,應(yīng)通過技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)一步提高電池性能,把鋰電池的能量密度從現(xiàn)在的每公斤100瓦時提高到每公斤200瓦時甚至更高。
  同時,由于電池成本居高不下,電池使用壽命的長短也就成了另一個關(guān)鍵問題。據(jù)專家介紹,目前我國車載電池使用壽命約為3年至5年,相當(dāng)于10多萬公里的行駛里程。而傳統(tǒng)汽車主要部件的預(yù)計壽命通常在10年,相當(dāng)于24萬公里以上的行駛里程,這就意味著電池的使用壽命至少需要提高50%,才能滿足大部分車主的需求。
  “電動汽車的推廣有賴于電池技術(shù)的飛躍和成本的大幅下降,我們只有從電源、集成電路、電源板塊,以及電化學(xué)等多方面進(jìn)行深層次研發(fā),新能源汽車才能找到產(chǎn)業(yè)化的突破口。”國家863計劃節(jié)能與新能源汽車重大項目總體組組長、清華大學(xué)教授歐陽明高表示,鋰電池技術(shù)的進(jìn)步還有賴于材料科學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科的進(jìn)步,若不靠自主創(chuàng)新扎扎實實攻克這些核心技術(shù),很可能又變成“拿來主義”,國外技術(shù)趁機(jī)涌入,我國在電動汽車領(lǐng)域又會落在后面。
  值得警醒的是,我國不僅在電池基礎(chǔ)研究方面存在瓶頸,由于鋰電池制造設(shè)備上存在差距,國內(nèi)鋰電池的生產(chǎn)工藝也參差不齊。在世界電動車協(xié)會主席、中國工程院院士陳清泉看來,目前我國鋰電池的制造標(biāo)準(zhǔn)尚缺乏一致性,“雖然國內(nèi)在磷酸鐵鋰電池的研究上已經(jīng)取得突破,某些環(huán)節(jié)上能夠自主研發(fā),但由于相關(guān)領(lǐng)域大部分專利為美國企業(yè)擁有,在知識產(chǎn)權(quán)與自主研發(fā)之間如何平衡也是擺在相關(guān)企業(yè)面前的一道難題。”
  “不可否認(rèn),這兩年我國純電動汽車電池技術(shù)發(fā)展確實很快,但仍然存在著兩個明顯缺點,需要加以解決。”陳清泉指出,一是缺乏深層次技術(shù),比如電池的化學(xué)問題、物理問題、溫度問題、結(jié)構(gòu)問題等,這些方面的研發(fā)還不夠,沒能建立數(shù)學(xué)模型把相關(guān)問題搞清楚。二是缺乏評價體系,雖然現(xiàn)在我國部分純電動汽車運行很好,但電池的安全性怎么樣,在高溫、低溫環(huán)境下能不能正常工作等,這些都沒有好的評價體系。
  今年4月11日下午2點多,一輛朗悅純電動出租車在行駛至杭州武林路時自燃起火。盡管這起事故沒有造成人員傷亡,但直接導(dǎo)致30輛電動出租車全部停運。在歷時46天、40多項模擬和佐證試驗后,專家組于6月8日公布了鑒定結(jié)論:自燃事故發(fā)生不能認(rèn)定電池單體設(shè)計、制造方面存在質(zhì)量問題,而是電池成組后不能完全滿足車輛使用環(huán)境的需求,在應(yīng)用過程中出現(xiàn)了電池漏液、絕緣受損以及局部短路的情況且未能及時發(fā)現(xiàn),經(jīng)過多次重復(fù)使用后隱患顯現(xiàn),引發(fā)事故。
  這一案例警示我們,除電池本身的質(zhì)量外,決定電池使用壽命的還有另一個決定性因素,那就是電池管理系統(tǒng)(BMS)。該系統(tǒng)不僅通過管理充電過程使車輛行駛里程最大化,而且還會管理那些影響電池使用壽命的變量,例如溫度、環(huán)境等。“我國新能源汽車要想有一個大發(fā)展,在提升電池和充電技術(shù)的同時,還必須下大力氣研究電機(jī)、電池、整車電控等領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)。”在中國汽車工程學(xué)會常務(wù)副理事長兼秘書長付于武看來,“電動汽車技術(shù)非常復(fù)雜,涉及多學(xué)科系統(tǒng)知識,需要建立產(chǎn)學(xué)研用合作機(jī)制,調(diào)動各種資源,才能促其技術(shù)臻于成熟。”
  今年7月13日發(fā)布的《國家“十二五”科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》顯示,新能源汽車產(chǎn)業(yè)技術(shù)已成為科技部未來5年重點扶持的領(lǐng)域。“在建立以市場為導(dǎo)向、以企業(yè)為主體、產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的新能源汽車技術(shù)創(chuàng)新體系的同時,我們將大力推進(jìn)新能源汽車關(guān)鍵零部件技術(shù)、整車集成技術(shù)和公共平臺技術(shù)的研究與攻關(guān)。”科技部高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)司副司長張志宏充滿信心地表示,“到2015年,我們將突破23個重點技術(shù)方向,在30個以上城市進(jìn)行規(guī)模化示范推廣、5個以上城市進(jìn)行新型商業(yè)化模式試點應(yīng)用,力爭電動汽車保有量達(dá)100萬輛,產(chǎn)值預(yù)期超過1000億元。”

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