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解决方案:欧阳明高:从电池、降耗、充电三方面详解电动汽车的技术发展趋势(附PPT)

   日期:2022-11-25     来源:网络整理    作者:汽车网  联系电话:浏览:149    评论:0    
核心提示:固态电池的发展技术路线,从电解质的角度会从液态、半固态、固液混合,到固态,最后到全固态基于高容量富锂正极、高容量硅碳负极的革新型固态电池将成为动力电池远期发展的重要目标体系之一电动轿车充电趋势将是私人交流充电桩日常慢充+公共快充补电结合所以电动轿车充电趋势将是私人交流充电桩日常慢充+公共快充补电结合。

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1月20-21日,2018中国电动汽车100人论坛在北京钓鱼台国宾馆举行。本届论坛以“把握全球变革趋势实现高质量发展”为主题,聚焦全球新能源汽车发展机遇与挑战、汽车产业生态重构、促进产业融合、未来就智能汽车、核心技术突破、产业政策趋势、推动产业迈向高质量发展等热点问题进行交流。以下内容是《汽车》杂志根据中国电动汽车百强常务副理事长、中科院院士欧阳明高在本次论坛上的发言整理而成。

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固态电池的发展技术路线,从电解质来看,将从液态、半固态、固液混合,到固态,最后到全固态。基于高容量富锂正极和高容量硅碳负极的创新型固态电池将成为动力电池。长期发展的重要目标系统之一,电动汽车的充电趋势将是私人交流充电桩日常慢充+公共快充和补充充电相结合

本文围绕纯电动乘用车的技术发展方向,分为三个部分。一是高能锂离子电池技术,二是电动汽车能耗和节能技术,三是快速充电和智能充电网络技术。

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中国电动汽车百人会常务副理事长、中科院院士欧阳明高

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真正的全固态锂金属电池技术远未成熟

“十二五”以来,我国电动汽车动力电池取得长足进步。动力电池系统的比能量逐年增加,成本不断降低。

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从国际来看,2020年前全球电池能量密度目标基本为300Wh/kg,国内外技术研发基本处于同一水平,但安全性研究有待加强。日本和韩国的目标与我国不一样。他们追求更多的体积能量比,因为体积能量比对汽车来说可能更重要。 的 280 Wh/kg 电池的体积比能量为 720 Wh/L。日本和韩国的质能转换目标分别为 270 Wh/kg 和 280 Wh/kg。这一目标可在2020年前实现并产业化。

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另一方面,2017年是固态电池最热的一年。值得一提的是,中科院宁波材料研究所与赣锋锂业携手,计划2020年实现量产。

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2017年全球固态电池升温,日本在无机硫化物固态电解质方面取得重要突破。丰田推出固态电池量产计划,2022年实现商业化,目前重量比能量为200Wh/kg,体积比能量为400Wh/升。除非固态电池可以在内部串联起来,才有可能提高系统的比能量,也就是电池变成双极性。目前由于加入了部分液态电解液,串联后内部电解液会流出。造成短路,所以现在内部串连的不多。

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过去一年60伏电动车需要充多长时间,以无机硫化物固体电解质为核心的固态锂离子电池取得了重要进展。但受固固界面稳定性和金属锂负极可充电性的制约,真正的全固态锂金属电池技术还远未成熟。. 我们认为,从电解质的角度来看,固态电池发展的技术路线将从液态、半固态、固液混合,到固态,最后到全固态。负极会从石墨负极、硅碳负极60伏电动车需要充多长时间,最后到金属锂负极,目前还不能确定。

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钴和镍都是战略材料,下一个目标——高比能量电池正极主要是无钴无镍材料。在400Wh/kg高比能量动力电池方面,国家电池创新中心开展了富锂锰基固溶体工程技术研究。中科院物理所团队在承担国家专项中,在富锂锰基固溶体材料的衰减方面做了一些工作。此外,值得注意的是,新型结构的富锂正极材料主要由北大项目组承担。首次研制出比容量为/g的正极材料。这是传统锂离子正极材料的重大突破。这为实现锂离子电池 500 Wh/kg 的目标开辟了可能性。

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由于富锂正极的高电位,氧气必须在4.4伏以上才能参与反应,传统的液态电解质无法与之匹敌,因此可能的办法是将富锂正极材料与固态电解质结合,因此基于高容量富锂正极、高容量硅碳负极的创新型固态电池将成为动力电池长期发展的重要目标体系之一。过去,我们一直认为锂硫和锂空气电池是未来的发展方向。现在有另一种选择。锂硫电池对汽车来说是一个挑战,在储能方面可能更有前途。

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电动汽车用高比能量动力电池的开发安全始终是第一位的,其次才是比能量等性能指标。

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降低电动汽车能耗的五项技术措施

目前电动汽车整体能耗较高,续航里程的增加需要依赖电池比能量的提升。但是,主机厂不能将电动汽车的技术改进全部扔给电池厂。整车集成的核心技术是降低功耗。功耗是纯电动汽车集成度的最重要体现。新能源汽车重点专项研发项目之一是到2020年实现百公里电耗10千瓦时的纯电动汽车(车长4.5米)(工况法)。对于练习场,这是最好的方法。

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如何降低功耗?首先,减轻体重。我们目前的车辆重量偏高。

二是抵抗力低。降低电动SUV的风阻系数是国产纯电动乘用车的节能重点之一。这可以使用一个全新的平台,不能完全从传统车辆改装而来。

三是提高电驱动效率。现在跨国汽车零部件集团竞相开发集成电驱动桥,进入中国市场与我国电驱动企业展开竞争。

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四、制动能量回收。国际标杆车型的制动回收效率普遍较高。国内制动能量回收技术虽然取得了进步,但实际应用薄弱,亟待完善。

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第五,热管理。温度对实际工作功耗的影响最大。低温条件下的耗电量比常温条件下高出50%,冬季行驶里程大幅下降。

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怎么做?新一代热泵空调技术取得重要突破,正在进行工业试验。我们必须注意这项技术。还有电池加热,这是一项成熟的技术。

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智能充电将引发能源革命

一是私人充电桩建设率不断提高,“一车一充电”的目标应以主机厂为主。第二,全国公共慢充桩的充电利用率不足10%,这意味着公共慢充交流桩基本处于闲置状态。因此,电动汽车的充电趋势将是私人交流充电桩日常慢充+公共快充的组合。从现在的接触式交流慢充到未来的无线充电,技术路线清晰。关键是使用什么样的快充,这是目前面临的最大问题。

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欧美国家规划,2020年后,汽车电池容量基本达到100千瓦时,续驶里程达到500公里,充电时间定为15分钟,充电功率为350千瓦。目前我国乘用车直流快充普遍在50千瓦左右。未来将实现350千瓦的大功率充电。电动汽车的电压将提升至1000伏,充电电流为400-500Ah,超出了现有产品组件的性能边界。,将对我们现有的纯电动汽车整体技术体系造成严重冲击,同时也会对安全带来重大风险。

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大功率充电的技术准备必须从长远考虑。基础设施不能来回翻,必须考虑下一个10年。未来10年,中国分布式可再生能源将成为发电的主要能源,因为光伏价格持续下降,预计5-10年内低于煤电。

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因此,智能充电将引发一场能源革命。面向未来的是新能源智能电动汽车。电动汽车+智能驾驶+智能充电是未来的趋势。其中,智能充电可能没有智能驾驶那么难,但更容易推广。我们还需要开辟能源智能的另一个大空间。中国电动汽车有先发优势,互联网有技术优势,光伏技术有产业优势。如果综合这三个优势,相信我们的变道超车一定会实现。

未来充电发展愿景是基于电池储能V2G微网,即车电交互,利用分布式可再生能源和电动汽车微网稳定快充负荷。如何与电动汽车快充用电高峰和可再生能源间歇性用电高峰协调互动,实现电网平衡稳定?我们提出的解决方案之一是交流慢充,功率在3千瓦到20千瓦之间,占充电总量的80%以上。慢充为主,辅以快充,逐渐从120千瓦过渡到350千瓦,占充电容量的15%。未来2-3年,我们可能需要30分钟充到40%的SOC,3-5年半小时充到60%,5-10年15分钟充到75%。

最后,个人充电桩争取1:1匹配,成为充电主体。电动乘用车公共快速充电站的发展大致可分为三个阶段:

到2020年,从60千瓦以下快充发展到150千瓦以下快充,推广自用电桩,同时研究以大功率快充为代表的各种充电技术;2020年至2025年,展示新一代充电技术。大规模V2G示范应用;2025年后,推动新一代充电技术和大规模基础设施改造。能源运输系统的一场革命。

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