新能源汽車(chē)電池技術(shù)瓶頸期待新突破
2011年08月01日 13:37 5954次瀏覽 來(lái)源: 中國(guó)有色網(wǎng) 分類(lèi): 稀土
盡管目前關(guān)于新能源汽車(chē)還沒(méi)有一個(gè)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(chē)轉(zhuǎn)型升級(jí)的內(nèi)在要求下,新能源汽車(chē)作為未來(lái)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向,已被各國(guó)提升到前所未有的高度。2010年9月,在《國(guó)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(guó)已將新能源汽車(chē)作為國(guó)家7大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一明確要求加以重點(diǎn)扶持。
事實(shí)上,為盡快搶占新一輪汽車(chē)產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn),早在10年前,我國(guó)就已開(kāi)始設(shè)立國(guó)家863計(jì)劃“電動(dòng)汽車(chē)”重大科技專(zhuān)項(xiàng),進(jìn)行新能源汽車(chē)技術(shù)攻關(guān)。經(jīng)過(guò)多年培育和發(fā)展,我國(guó)新能源汽車(chē)在技術(shù)研發(fā)、示范運(yùn)行、產(chǎn)業(yè)化準(zhǔn)備等方面都取得了長(zhǎng)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(zhǎng)武平介紹,“十五”和“十一五”時(shí)期,圍繞863計(jì)劃“電動(dòng)汽車(chē)”重大科技專(zhuān)項(xiàng)、“節(jié)能與新能源汽車(chē)”重大項(xiàng)目等,國(guó)家先后累計(jì)投入科技經(jīng)費(fèi)超過(guò)20億元,帶動(dòng)國(guó)內(nèi)上百家汽車(chē)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(dòng)力、純電動(dòng)、燃料電池等3類(lèi)車(chē)型為“三縱”,電機(jī)、電池、整車(chē)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(dòng)汽車(chē)整車(chē)技術(shù)方面,已建立具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)且適應(yīng)于我國(guó)公共交通和私人用車(chē)市場(chǎng)特色的混合動(dòng)力、純電動(dòng)、燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)平臺(tái),開(kāi)發(fā)出系列化產(chǎn)品。截至第226批《車(chē)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(gè),其中374個(gè)整車(chē)產(chǎn)品,涉及企業(yè)75家。此外,《節(jié)能與新能源汽車(chē)示范推廣應(yīng)用工程推薦車(chē)型目錄》已分24批次發(fā)布61家汽車(chē)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(guó)在車(chē)用鎳氫和鋰離子電池、車(chē)用燃料電池、車(chē)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(guó)際先進(jìn)技術(shù)水平,部分指標(biāo)具有一定優(yōu)勢(shì)。我國(guó)自主研發(fā)出鎳氫和鋰離子兩種類(lèi)型的6-100安時(shí)多個(gè)系列車(chē)用動(dòng)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(guò)1000次。國(guó)內(nèi)多條電池、電機(jī)生產(chǎn)線正在建設(shè),車(chē)用動(dòng)力電池年生產(chǎn)能力已達(dá)10億瓦時(shí)以上。
在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)能力方面,我國(guó)現(xiàn)已頒布的電動(dòng)汽車(chē)相關(guān)國(guó)標(biāo)和行標(biāo)有56項(xiàng),正在研究和制定的有59項(xiàng),可基本滿足電動(dòng)汽車(chē)科研、試驗(yàn)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要。此外,動(dòng)力電池、電機(jī)、整車(chē)和基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)試驗(yàn)評(píng)價(jià)能力也在建立和完善之中。
在基礎(chǔ)研究方面,我國(guó)加強(qiáng)了對(duì)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(shí)不小,但面對(duì)全球新能源汽車(chē)迅猛發(fā)展的勢(shì)頭和巨大的產(chǎn)業(yè)前景,我們也要清醒地認(rèn)識(shí)到,我國(guó)在電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展上存在著諸多技術(shù)瓶頸亟待突破。“目前,我國(guó)鋰電池能量密度只有每公斤100瓦時(shí),性能還不能滿足純電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展需要。”中國(guó)工程院院士、中國(guó)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(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程達(dá)到200公里至300公里,那么,純電動(dòng)汽車(chē)的重量會(huì)非常大,而且成本也很高;如果純電動(dòng)汽車(chē)的重量與傳統(tǒng)化石能源汽車(chē)相當(dāng),以目前鋰電池的技術(shù)水平而言,則無(wú)法實(shí)現(xiàn)續(xù)航200公里至300公里。”國(guó)家863計(jì)劃節(jié)能與新能源汽車(chē)重大項(xiàng)目監(jiān)理咨詢(xún)專(zhuān)家組組長(zhǎng)王秉剛也認(rèn)為,目前鋰電池的性能不夠理想,應(yīng)通過(guò)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(shí)提高到每公斤200瓦時(shí)甚至更高。
同時(shí),由于電池成本居高不下,電池使用壽命的長(zhǎng)短也就成了另一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。據(jù)專(zhuān)家介紹,目前我國(guó)車(chē)載電池使用壽命約為3年至5年,相當(dāng)于10多萬(wàn)公里的行駛里程。而傳統(tǒng)汽車(chē)主要部件的預(yù)計(jì)壽命通常在10年,相當(dāng)于24萬(wàn)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(chē)主的需求。
“電動(dòng)汽車(chē)的推廣有賴(lài)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(chē)才能找到產(chǎn)業(yè)化的突破口。”國(guó)家863計(jì)劃節(jié)能與新能源汽車(chē)重大項(xiàng)目總體組組長(zhǎng)、清華大學(xué)教授歐陽(yáng)明高表示,鋰電池技術(shù)的進(jìn)步還有賴(lài)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(shí)實(shí)攻克這些核心技術(shù),很可能又變成“拿來(lái)主義”,國(guó)外技術(shù)趁機(jī)涌入,我國(guó)在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域又會(huì)落在后面。
值得警醒的是,我國(guó)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(guó)內(nèi)鋰電池的生產(chǎn)工藝也參差不齊。在世界電動(dòng)車(chē)協(xié)會(huì)主席、中國(guó)工程院院士陳清泉看來(lái),目前我國(guó)鋰電池的制造標(biāo)準(zhǔn)尚缺乏一致性,“雖然國(guó)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(zhuān)利為美國(guó)企業(yè)擁有,在知識(shí)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(guó)純電動(dòng)汽車(chē)電池技術(shù)發(fā)展確實(shí)很快,但仍然存在著兩個(gè)明顯缺點(diǎn),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(wèn)題、物理問(wèn)題、溫度問(wèn)題、結(jié)構(gòu)問(wèn)題等,這些方面的研發(fā)還不夠,沒(méi)能建立數(shù)學(xué)模型把相關(guān)問(wèn)題搞清楚。二是缺乏評(píng)價(jià)體系,雖然現(xiàn)在我國(guó)部分純電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)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(méi)有好的評(píng)價(jià)體系。
今年4月11日下午2點(diǎn)多,一輛朗悅純電動(dòng)出租車(chē)在行駛至杭州武林路時(shí)自燃起火。盡管這起事故沒(méi)有造成人員傷亡,但直接導(dǎo)致30輛電動(dòng)出租車(chē)全部停運(yùn)。在歷時(shí)46天、40多項(xiàng)模擬和佐證試驗(yàn)后,專(zhuān)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(jì)、制造方面存在質(zhì)量問(wèn)題,而是電池成組后不能完全滿足車(chē)輛使用環(huán)境的需求,在應(yīng)用過(guò)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(shí)發(fā)現(xiàn),經(jīng)過(guò)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(gè)決定性因素,那就是電池管理系統(tǒng)(BMS)。該系統(tǒng)不僅通過(guò)管理充電過(guò)程使車(chē)輛行駛里程最大化,而且還會(huì)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(guó)新能源汽車(chē)要想有一個(gè)大發(fā)展,在提升電池和充電技術(shù)的同時(shí),還必須下大力氣研究電機(jī)、電池、整車(chē)電控等領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)。”在中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)常務(wù)副理事長(zhǎng)兼秘書(shū)長(zhǎng)付于武看來(lái),“電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)非常復(fù)雜,涉及多學(xué)科系統(tǒng)知識(shí),需要建立產(chǎn)學(xué)研用合作機(jī)制,調(diào)動(dòng)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(guó)家“十二五”科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》顯示,新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)技術(shù)已成為科技部未來(lái)5年重點(diǎn)扶持的領(lǐng)域。“在建立以市場(chǎng)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(chē)技術(shù)創(chuàng)新體系的同時(shí),我們將大力推進(jìn)新能源汽車(chē)關(guān)鍵零部件技術(shù)、整車(chē)集成技術(shù)和公共平臺(tái)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(zhǎng)張志宏充滿信心地表示,“到2015年,我們將突破23個(gè)重點(diǎn)技術(shù)方向,在30個(gè)以上城市進(jìn)行規(guī)?;痉锻茝V、5個(gè)以上城市進(jìn)行新型商業(yè)化模式試點(diǎn)應(yīng)用,力爭(zhēng)電動(dòng)汽車(chē)保有量達(dá)100萬(wàn)輛,產(chǎn)值預(yù)期超過(guò)1000億元。”
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