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车用锂离子蓄电池的发展前景

2019-09-13 05:17:29来源:励志吧0次阅读

  车用锂离子蓄电池的发展前景

  关键的发现

  ● 在最近几年里,用于汽车制造中的锂离子蓄电池技术的发展变化很大,主要是在其动力、充电后续驶时间和成本上有很大改进。这就激励了全世界的制造商去开发许多新的纯电动汽车(EV)、混合动力汽车(HEV)和插电式混合动力汽车(P-HEV)。

  ● 技术的飞跃发展表明,锂离子蓄电池技术已成为轻型电动汽车制造中令人惊喜的新的潜在动力来源。因此,近来世界上许多大汽车制造商,如通用、丰田和日产与已有的蓄电池厂家和主要的电子企业一起成立了蓄电池研发和生产合资企业。

  ● 像雪佛兰混合动力汽车这些车型的即将出现预示着人们对锂离子蓄电池潜在需求的增长。当这些汽车开始成批量销售后,锂离子蓄电池技术的成本应该下降,届时会形成一个良性循环,产量的增加也会导致蓄电池厂家的成本降低,制造商和终端用户都会受益。

  ● 在美国和欧洲,越来越严格的排放规定使制造商正在寻找办法降低其汽车的排放值,在美国,按加利福尼亚州零排放汽车计划的要求,零排放汽车在2012~2014年至少达到2.5万辆,在2015~2017年达到5万辆。尽管燃料电池技术在不断发展,但要使这些数字成为现实的话,使用电动汽车和充电式混合动力汽车可能是关键。

  ● 人们越来越意识到,当国家和政府制定政策在城市中心限制使用常规汽车和鼓励使用电动汽车时,在未来的中短期里,电动汽车才是真正的唯一可行的零排放车。像雷诺和日产投资的项目Project Better Place正是鼓励人们在城市中要大量使用全电动汽车。

  锂离子蓄电池的发展计划

  ● 三洋/大众

  2008年,大众和三洋宣布一项重要的计划,就是在汽车制造中使用新的锂离子蓄电池。两家公司也证实,新的生产线将建在日本西部三洋公司的Toushima工厂内。三洋是全球生产个人电脑和锂离子电池的主要厂家。大众和三洋在接下来的七年里将对该项目投资800亿日元(7.69亿美元),并在2009年开始大规模生产。

  ● 日产/日本电气公司

  同样在2008年5月,日产和日本电气公司宣布在日本将建用于汽车制造的锂离子蓄电池的合资企业。这两家日本公司将在未来的三年里花120亿日元(1.154亿美元),投资在神奈川(Kanagawa)的Zama建新的生产线,起初的年产量为13000件,最终将达到65000件。日产副总裁Jim Tavares说,合资企业的目标是为其它汽车制造商供应蓄电池,而不是仅限于供应日产。日产计划在2009年把蓄电池先用在国内的叉车上,随后在2010年,在美国和日本市场投放插电式电动型号的车。还希望在同年拥有自主研发的机电混合动力车。

  ● 博世/三星SDI

  博世在2008年6月与韩国三星SDI签署了各投资一半建合资企业的合同,生产混合动力汽车的锂离子蓄电池。公司宣布,在2010年投产,在未来的3~5年里,最初投资2千万美元,接着还会投入约5亿美元。

  ● 丰田/松下

  丰田在2008年6月宣布将与长期合作伙伴松下联盟,开始生产用于新型充电式混合动力汽车的锂离子电池,在2010年销售。该蓄电池由合资企业与松下集团、松下电动汽车能源公司共同生产。丰田和松下已开始研发二代汽车锂离子蓄电池,和现有的相比,性能已有很大提高。

  ● 江森自控-SAFT

  在2006年1月,江森自控在全球开始研发和制造用于混合动力和电动汽车的镍金属和锂离子蓄电池。江森自控将会成为一个所有混合动力车的蓄电池的主要供应商。它将为奔驰S400混合动力车提供蓄电池。

  ● A123

  A123已签订合同,为通用雪佛兰Volt车的第一批量插电式混合动力车供应锂离子蓄电池。A123 专注于发展纳米材料技术。A123声称该蓄电池安全性更高,与其它竞争对手相比,蓄电池的使用寿命更长。

  新车开发计划

  ● 通用汽车

  在锂离子蓄电池用于大批量汽车制造中,可能最具影响力的项目就是通用的雪佛兰Volt混合动力车。该车由一个靠锂离子蓄电池运转的电动机来驱动,并配有一个小的常用发动机,用于增加汽车的续驶里程。该车前部安装的电动机,功率为120kW,带有一个涡轮增压的1L3缸汽油发动机为蓄电池充电。它完全靠电动力可行驶大约64km。

  ● 奔驰

  奔驰计划在2009年推出其S400混合动力车时将采用由首批生产锂离子蓄电池的主要厂家制造的锂离子蓄电池。其锂离子蓄电池由JCI-Saft合资企业生产。奔驰同时也计划到2010推出一款迄今为止还未露面的电动汽车。

  ● 大众

  大众已宣布将推出一款全电动的城市汽车Up!,并且其它型号的全电动汽车毫无疑问也会出现在大众的产品范围内。

  ● 福特

  福特正在加利福尼亚州测试了一组插电式混合动力车Escape crossover,其蓄电池供应商将是JCI-Saft,它是由江森控制与法国工业蓄电池供应商Saft共同投资的合资企业,2008年1月在法国建立了一个锂电池工厂。现有一辆车在测试,到2008年底会产9辆,到2009年会另外产出10辆。

  ● 日产

  日产已揭开了全新电动汽车的面纱,其引进的锂离子蓄电池技术使其功率是常用镍氢电池混合动力汽车的两倍。日产准备于2010年在美国和日本开始销售这种全电动汽车,于2012年在世界的其它地区销售。同时日产也宣布将参与在加利福尼亚州Palo Alto 的Project Better Place项目,以便于2011年在以色列和丹麦成批量出售电动汽车。日产与其法国合作伙伴雷诺宣布与葡萄牙政府合作,于2011年在葡萄牙销售电动汽车。

  ● 宝马

  据悉宝马正开发一款全新的零排放城市汽车,用锂离子蓄电池来驱动电动机。宝马也可能与Smart合作以开发此技术。新的城市汽车可能命名为Isetta,它是宝马拥有的一个品牌,曾经于上世纪50年代和60年代作为小排量三轮泡泡车生产过。宝马正按加利福尼亚州的新规定开发一种电动城市汽车,同时也迫使一部分大排量车从2012年开始以零排放销售。

  ● Smart

  Smart将于2009年在伦敦试验由锂离子蓄电池驱动的汽车。在成为新一代Smart电动汽车的配套产品之前,蓄电池技术将会被广泛地研制。Smart执行总裁称:我们将用锂离子蓄电池来开发新一代汽车,如果测试效果理想,我们会很快做出决定进行批量生产。

  ● 比亚迪

  比亚迪准备在未来的两年里在中国乘用车市场发行一款电动汽车。在北京车展上亮相了e6车准备在2009年或2010年投放市场。比亚迪阐述的磷酸铁锂离子蓄电池技术给人留下了深刻印象,它的完全充电时间为9小时,续驶里程为300km;蓄电池的使用寿命预计在8~10年时间,可充电2000次。

  关键技术问题

  这里有许多问题成为锂离子蓄电池技术是否成功的关键所在,因为成功的动力来源对电动车来说也是至关重要的,它们包括:

  ● 标准化

  一些从事锂离子蓄电池技术开发的日本研究者和公司正在按照电压范围寻找标准化的解决措施。根据电压标准,蓄电池的性能取决于蓄电池包的成本(较高电压的成本会更高,因为电池的复杂性、温度的管理和监测问题带来的结果)和因电池固有的较高电压所带来的能量的损失及控制系统的复杂性这两者之间的博弈。日本工程师愿意调整两个充电的标准:144V对轻微混合动力车,288V对混合动力车。然而1/4的市场几乎对电压标准化都没有反应。

  ● 蓄电池技术

  持续发展的蓄电池技术构成了未来锂离子蓄电池成功的重要组成部分。现有许多不同的蓄电池材料和化学成分被很多的蓄电池公司研发和测试。具有竞争性的发展过程将会加速该项技术的商业化,因为优质的蓄电池会开发,并投入生产。最终,蓄电池技术将在中短期时间里界定混合动力车和电动车的竞争差异。

  ● 控制装置

  如果在考虑之中的电动车是混合动力车的话,那么在蓄电池的管理和蓄电池与电机的综合性能上就要考虑控制回路技术。

  ● 周期

  要求用于混合动力和电动车的蓄电池必须有接近传统发动机车的使用周期,那就是10年或16万km。早期的混合动力车,如丰田的Prius和本田的Insight大约是这个周期,它们采用的现有镍金属技术,证明了其可靠性。也希望现在的锂离子蓄电池技术能达到这个目标。

  为什么不是现在?

  与常用的镍氢蓄电池相比,锂离子蓄电池的竞争优势在于,具有较高的动力和能量密度性能,同时具有较强的充电和放电效果。在向混合动力、插电式混合动力及纯电动车转型的过程中,锂离子蓄电池是必不可少的。

  ● 投资不稳定订单仍存在

  有较多订单存在,表示出大家对作为电动车动力源或成为混合动力一部分的锂离子蓄电池技术持长期乐观态度。在电动车上使用锂离子蓄电池是绝大部分制造商正在研发小型乘用车的目标。大众正用锂离子蓄电池开发Up!城市汽车,而Subaru将于2009年带来一款由锂离子蓄电池驱动的R1城市汽车。一旦蓄电池的性能和充电能力得以保证的话,毫无疑问会给A级和B级汽车的销售带来冲击。

  丰田战略也在其汽车制造中引入锂离子蓄电池技术。公司致力于开发插电式混合动力车以抗衡通用Volt车的同时,这也是丰田引入锂离子蓄电池技术的第一辆车。

  这同样战略是克莱斯勒用在了Durango车和Aspen车上,它们现在是镍金属混合动力型,但锂离子技术会让它们成为相对行程较长的充电式混合动力车。

  ● 展望与预示

  尽管制造商和他们的蓄电池合作伙伴投入了大量资金,但一些工业和技术专家的观点是锂离子蓄电池并没有代表电动汽车的能源储存的长期未来方向,能够认识到这点非常重要。

  研发雪佛莱Volt车涉及到的一些主要问题与锂离子蓄电池包或未试验过的插电式充电技术的先进性能没有直接联系。然而,具有能量效率的附件系统的研发已成为需要去克服的主要问题,因为这些系统必须确保蓄电池的能量能驱动汽车。在完全混合动力汽车上的低牵引音响系统、低功率的前灯和尾灯、以及其它的附件系统都必须优化,以便它们不会像普通汽车消耗的功率那么大。研发这些附件系统所需的成本和时间已成为通用研发团队感到头痛的主要问题之一。这些元件的成本成为了在锂离子作为轻型汽车动力源的快速发展过程中的拦路虎之一。然而,Volt车在2010年的发行和其它锂离子完全混合动力车及纯电动车在未来五年的发行时,会带来经济效益,产生一个良性循环。即使本田和丰田在其新一代混合动力汽车上坚持使用镍金属蓄电池技术的决定会在短期内产生一些影响,但新的锂离子蓄电池技术会使混合动力汽车和纯电动车的销量增加。同时我们也应注意到,在未来的十年里,还有许多其它因素会刺激混合动力车的需求,这些因素包括高的燃油价格

  ,更严格的排放规定以及社会对环境更多的关心程度。

  锂离子蓄电池技术具有潜力成为纯电动城市汽车大量普及的催化剂。电动车因其充电周期和行程范围而具有的灵活性成为城市与郊外之间的交通可接受的解决办法。世界上大多数城市正计划制定更严格的措施限制常用汽车的入城条件,例如在伦敦就要收取拥堵费。而且许多的倡议者提出,用核能或其它如风能和太阳能来充电的全电动汽车才是唯一的真正的无碳轻型汽车。这意味着环境正在慢慢改变,将会在世界的许多城市中看到越来越多的纯电动车的出现。当然仍有一些问题有待解决,那就是全电动汽车需要建立足够的充电地点,但比起氢燃料蓄电池车存在的问题又要简单得多。在未来的六年多的时间内,雷诺被预测是生产全电动汽车最多的厂家,到2014年,在全球上路的车辆会达到一百万辆。然而这个数字过于乐观,因为GI预测在2014年全球的电动轻型汽车的产量不会超过10万辆。

  由于锂离子的功率和能量性能,它取代现有的铅酸和镍金属混合蓄电池已成为必然趋势。锂离子蓄电池在其性能上取得的一步步进步,至少让纯电动车和完全混合动力车在短至中期里占据着重要位置。外部的因素也有可能在相对短时间内导致该数字的快速上涨。即将出台的环境保护立法,如欧洲计划在2012年~2015年限制汽车的CO2排放达到120g/kg,以及加利福尼亚州的零排放计划,均着眼于把公用车和私用车的消费引入对电动汽车的大量需求上来。在中国对低排放汽车的快速需求的增长会刺激对人们对电动汽车和混合动力车的潜在的巨大需求,以及会对应用在汽车中的锂离子蓄电池和附件的成本降低起到一定的作用。

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