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基础知识扫盲,带你一文了解新能源汽车动力电池!

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日期:2017-11-28  文章来源:


动力电池是电动汽车的心脏,是新能源汽车产业发展的关键。本文主要介绍新能源汽车动力电池基础知识,供参考。

一、动力电池概述

1.1定义

根据工信部2015年发布的《汽车动力蓄电池行业规范条件》,动力电池是指在汽车上配置使用的、能够储存电能并可再充电的、为驱动汽车行驶提供能量的装置,包括锂离子动力电池、金属氢化物镍动力电池和超级电容器等,不包括铅酸类电池。

目前,新能源汽车用动力电池以锂离子电池为主,主要是因为锂离子电池是当前商业化动力电池中能量密度最高的电化学体系,具有较长的循环寿命及使用寿命,安全性不断改善。并且,锂离子电池已处于大规模自动化生产阶段,成本不断下降。

动力电池生产企业,包括动力电池单体生产企业和动力电池系统生产企业。

1.2术语

(1)容量:完全充电的蓄电池在规定条件下(如温度、放电率、终止电压等)所释放的总的电量,单位为Ah。

(2)额定容量:在设计规定的条件下(如温度、放电率、终止电压等),电池应能放出的最低容量,单位为Ah,以符号C表示。

(3)比容量:指单位质量或单位体积的电池所能给出的电量,相应的称之为质量比容量和体积比容量。

(4)能量:在一定放电制度下,电池所能输出的电能,通常用瓦时(Wh)表示。电池的能量反映电池做功能力的大小,也是电池放电过程中能量转换的量度。

(5)比能量:分为质量比能量和体积比能量。质量比能量是指单位质量电池所输出的能量,单位常用Wh/kg;体积比能量是指单位体积电池所输出的能量,单位常用Wh/L。

(6)功率密度:指电池能输出最大的功率除以整个电池系统的重量或体积,单位是瓦/公斤或瓦/升。功率密度描述的是电池的倍率性能,即电池可以以多大电流放电。如果电动汽车电池功率密度越大,电动车在加速时越快。

(7)荷电状态(SOC):蓄电池放电后剩余容量与全荷电容量的百分比。SOH:电池的健康状态;SOP:电池的功率状态。

(8)循环寿命:蓄电池在满足规定条件下所能达到的最大充放电循环次数。


1.3动力电池性能指标

(1)电压:端电压、开路电压、电动势、额定电压、放电电压、终止电压

(2)容量:理论容量、实际容量、标称容量、额定容量、荷电状态

(3)内阻

(4)能量:理论能量、实际能量、比能量、能量密度

(5)功率:比功率、功率密度

(6)输出效率:容量效率、能量效率

(7)自放电率:电池在存放期间容量的下降率,即电池无负荷时自身放电使容量损失的速度。

(8)放电速率:时率、倍率。倍率是电池以某种电流强度放电的数值为额定容量数值的倍数。

(9)使用寿命

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二、锂离子动力电池

2.1动力电池分类

根据外部形状的不同,可以将锂离子动力电池分为硬壳电池和软包电池两种。其中,硬壳电池又可分为圆柱形电池和方形电池。

根据锂离子电池正极材料不同,可分为锰酸锂离子电池、磷酸铁锂离子电池、镍钴锂离子电池或镍钴锰锂离子电池等。

2.2动力电池产业链

动力电池产业链主要包括原材料、电池材料(正极、负极、隔膜、电解液)、电池单体、电池系统、技术研发、生产设备、回收利用等环节。

2.3动力电池价值链

上游材料(29%)+电极(5%)+电芯(26%)+模组封装(40%)=总价值(100%)

电芯的制造与电池模组的封装是两个核心的环节。在新能源汽车锂动力电池的成本构成中,电极与电芯的制造占据了总成本的31%,模组封装则占据总成本的 40%。

2.4动力电池价格与能量密度

根据相关研究,纯电动汽车在续航里程达到400公里、电池系统成本降至1.0元/Wh以下的条件下,全生命周期内的经济性能够接近传统燃油汽车。在不显著增加电池重量和体积的前提下,若要达到400公里,动力电池的能量密度需提升至350Wh/kg。

2017年2月20日,工信部、发改委、科技部、财政部发布《促进汽车动力电池产业发展行动方案》,产品性能大幅提升被列为主要目标之一。根据该方案,动力电池产品性能目标为:到2020年,新型锂离子动力电池单体比能量超过300瓦时/公斤;系统比能量力争达到260瓦时/公斤、成本降至1元/瓦时以下,使用环境达-30℃到55℃,可具备3C充电能力。到2025年,新体系动力电池技术取得突破性进展,单体比能量达500瓦时/公斤。

三、动力电池企业及市场格局

3.1国内动力电池企业概况

根据工信部数据,2009-2015年,我国新能源汽车动力电池出货量从0.26亿瓦时飙升至163.4亿瓦时,6年时间增加600多倍;为新能源汽车配套的动力电池企业数量从几十家增加到2016年的300多家。

以下为中国化学与物理电源行业协会对国内44家动力锂离子电池企业2016年销售情况统计的结果,仅供参考:

2016年度中国磷酸铁锂动力锂离子电池销售量10强企业

序号

单位名称

序号

单位名称

1

比亚迪股份有限公司

6

北京国能电池科技有限公司

2

宁德时代新能源科技股份有限公司

7

天津力神电池股份有限公司

3

深圳市沃特玛电池有限公司

8

光宇集团

4

国轩高科股份有限公司

9

中航锂电(洛阳)有限公司

5

珠海银隆新能源有限公司

10

万向一二三股份公司


2016年度中国主要钛酸锂动力锂离子电池企业

序号

单位名称

1

珠海银隆新能源有限公司

2

微宏动力系统(湖州)有限公司

(数据来源:中国化学与物理电源行业协会)

3.2世界范围内动力电池市场布局

世界范围内动力电池的产业化主要集中在三个区域,分别位于德国、美国和中日韩所在的东亚地区。而锂离子动力电池的生产目前主要集中在中日韩三个国家。从技术与产业的角度综合来看:

(1)日本在技术方面依旧领先,但中国技术进步巨大;

(2)中国在市场份额方面超越日韩,占据第一位;

(3)中国动力电池企业数量最多,产能最大。

在动力电池领域,日本代表企业有松下等,韩国代表企业有三星SDI、LG化学等。

2016年全球动力电池企业销量排行榜

排名

企业

国家

销量(GWh)

1

松下

日本

7.20

2

比亚迪

中国

7.10

3

CATL

中国

6.80

4

沃特玛

中国

3.20

5

LG化学

韩国

2.53

6

国轩高科

中国

2.40

7

力神

中国

1.80

8

比克

中国

1.30

9

三星SDI

韩国

1.07

10

中航锂电

中国

0.70



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