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動力電池與電池管理系統關鍵技術發展趨勢分析

發布時間：

2023-01-05

來源：

2018年動力電池與電池管理系統關鍵技術發展趨勢分析

目前是2017年年底了，大家都在分析2018年中國新能源汽車技術發展趨勢。而科技部《新能源汽車2018年重點專項申報指南》已經發布，對企業而言很有指導意義。下面是筆者學習《申報指南》后，對2018 度年動力電池與電池管理系統關鍵技術發展趨勢的分析。

1中國新能源汽車關鍵技術主攻方向

《申報指南》列出2018年中國新能源汽車技術的主攻方向是：動力電池與電池管理系統；電機驅動與電力；電子、電動汽車智能化；燃料電池動力系統；插電/增程式混合動力系統；純電動力系統。

一共6個方向下，再細分24個研究任務。《新能源汽車2018 年重點專項申報指南》就是頂層設計的具體體現。

① 企業與政府規劃要保持一致，企業經營活動（含技術攻關）要在政府的頂層設計下開展；

② 企業2018年具體的新能源汽車研究（開發）項目必須在6個方向下、24個研究任務之中；

③ 企業具體技術研究和開發項目，理應與中央政府年度計劃技術攻關項目對應起來。

22018年動力電池與電池管理系統研究任務分為5個

1. 高安全高比能乘用車動力電池系統技術（重大共性關鍵技術類）

① 研究內容：

針對乘用車高集成度要求，開展基于整車一體化的電池系統的機-電-熱設計；開發先進可靠的電池管理系統和緊湊、高效的熱管理系統；開展模塊、系統的電氣構型與參數匹配、耐久性和可靠性的設計與驗證；基于熱仿真模型、熱失控和熱擴散致災、分析模型，研究電池系統火災蔓延及消防安全措施，開展電池系統的安全設計與防護系統的開發與驗證；開展電池系統的輕量化、緊湊化技術以及制造工藝與裝配技術研究，開發高安全、高比能乘用車動力電池系統；開展電池系統性能測試評價技術研究。

② 考核指標：

電池系統的比能量≥210Wh/kg，循環壽命≥1200次（80%放電深度（DOD），模擬全年氣溫分布），全壽命周期、寬工作溫度范圍內荷電狀態（SOC）、功率狀態（SOP）和健康狀態（SOH）的估計誤差絕對值≤3%，單體電池之間的最大溫差≤2℃，快速充電至 80%以上 SOC 狀態所需時間≤1 小時，滿足安全性等國標要求和寬溫度使用范圍要求，并符合 ISO 26262 ASIL-C 功能安全要求及行業標準要求，成本≤1.2 元/Wh，年生產能力≥1 萬套，產品至少為 2 家整車企業配套，裝車應用不低于 3000 套；提交熱失控和熱擴散事故致災分析和危害評測報告；建立基于整車一體化的電池系統的設計、制造與測試規范。

③ 筆者解讀：

乘用車動力電池系統技術主攻方向是：

i）是整車一體化的電池系統，而不是目前一些廠家積極倡導的換電模式技術；

ii）電池系統的比能量≥210Wh/kg，循環壽命≥1200次（80%放電深度（DOD），這個比能量≥210Wh/kg這個指標，說明這個電池一定指三元電池，磷酸鐵鋰電池在乘用車推廣幾乎沒有可能。

iii）電池系統的成本≤1.2 元/Wh，說明目前電池系統的成本基本上高于它，是后續的補貼的門檻。

2. 高安全長壽命客車動力電池系統技術

① 研究內容：

針對客車超高安全等級和超長質保里程的實際應用需求，開展基于模塊式、分散式布局的動力電池系統總體構型、功能和機-電-熱一體化設計技術研究；開發先進可靠的電池管理系統和高效熱管理系統；開展動力電池系統的電氣構型與參數匹配，以及耐久性和可靠性的設計與驗證；基于熱仿真模型、熱失控和熱擴散致災分析模型，研究電池系統火災蔓延及消防安全措施，開展電池系統的安全設計以及防護系統、監控系統的開發與驗證；突破電池系統的輕量化、緊湊化技術，建立電池系統的智能化制造工藝，開發高安全、長壽命客車動力電池系統；開展電池系統性能測試評價技術的研究。

② 考核指標：

電池系統的比能量≥170Wh/kg，循環壽命≥3000次（80% DOD，模擬全年氣溫分布），全壽命周期、寬工作溫度范圍內 SOC、SOP 和 SOH 估計誤差絕對值≤3%，單體電池之間的最大溫差≤2℃，快速充電至 80%以上 SOC 狀態所需時間≤15分鐘，滿足安全性等國標要求和寬溫度使用范圍要求，并符合 ISO 26262 ASIL-C 功能安全要求及行業標準要求，確保單體熱失控后30 分鐘內系統無起火爆炸，成本≤1.2 元/Wh，年生產能力≥3000套，產品至少為 3 家整車企業配套，裝車應用不低于 1000 套；提交熱失控和熱擴散事故致災分析和危害評測報告；建立電池系統設計、制造與測試的技術規范。

③ 筆者解讀：

客車動力電池系統技術主攻方向是：

i）基于模塊式、分散式布局的動力電池系統的研究，這個說明，客車動力電池系統不同于乘用車要求，一個是一體化，一個是模塊式、分散式。

ii）電池系統的比能量≥170Wh/kg，循環壽命≥3000次（80% DOD，這個說明，對客車而言磷酸鐵鋰依然是主推對象，壽命是主要指標；

iii）單體熱失控后30 分鐘內系統無起火爆炸，這個指標說明，安全時間不低于30分鐘，是后續的主觀方向。

iv）客車動力電池系統成本≤1.2 元/Wh，這個指標說明，整車企業關心是系統成本，而不電池單體價格。

3. 高比能鋰/硫電池技術

① 研究內容：

探索硫電極反應新機制，開發高比容量、長壽命的硫電極材料及適配電解液體系；研究鋰枝晶的生長機制及抑制措施，開發兼具高循環庫倫效率和良好循環穩定性的鋰負極；開展高強度、高安全性功能隔膜的研究；掌握高負載硫電極以及鋰/硫電池的設計與制備技術；開展鋰/硫電池安全性改善技術的研究，開發高安全、長壽命的鋰/硫動力電池，實現裝車考核。

② 考核指標：

單體電池比能量≥400Wh/kg，循環壽命≥500 次（100% DOD），安全性達到國標要求。

③ 筆者解讀：

i）鋰/硫電池是新型電池，是要準備實現裝車要求，目前上車條件不成熟。

ii）單體電池比能量≥400Wh/kg，循環壽命≥500 次（100% DOD），這個指標對乘用車和客車而言，不符合其壽命要求。

4. 高比能固態鋰電池技術

① 研究內容：

開展固態聚合物電解質、無機固體電解質的設計及制備技術的研究，開發寬電化學窗口、高室溫離子電導率的固態電解質體系；研究活性顆粒與電解質、電極與電解質層的固/固界面構筑技術和穩定化技術，開發固態電極和固態電池的制備技術；開展固態電池的生產工藝及專用裝備的研究，開發高安全、長壽命的固態鋰電池，實現裝車示范。

② 考核指標：

室溫下，單體電池比能量≥300Wh/kg，循環壽命≥2000 次（0.3C 以上倍率充放電，100% DOD），安全性達到國標要求，實現裝車考核。

③ 筆者解讀：

i）鋰/硫電池技術、固態鋰電池技術，是下一代的要實現裝車要求的電池。

ii）目前市場流行說法的新型電池，離實現裝車要求會更遠。

iii）其他實現過裝車的老電池，無論如何改進，沒有可能再推薦上車了。

5. 動力電池測試與評價技術

① 研究內容：

研究動力電池關鍵材料和單體的性能評測方法，構建“材料-電池-性能”閉環聯動評價機制；研究電池在全生命周期內電性能、安全性能的演化規律，建立仿真分析技術；開展管理系統的功能評價和性能表征方法的研究，開發軟硬件測試設備或裝置；研究電池系統的性能評測方法及面向實際工況的可靠性、熱安全和功能安全等評價方法，開展電池熱失控和熱擴散的致災分析，研究動力電池安全等級分類標準；開展國內外動力電池系統的對標分析，建立動力電池權威測試評價平臺和數據庫。

② 考核指標：

建立動力電池的全面評價體系，包括從材料到系統的電性能測試方法，單體電池在全生命周期的安全性表征方法，管理系統的功能與性能評測方法，動力電池系統面向實際工況的可靠性、熱安全與功能安全等評估方法；建立具有國際先進水平的動力電池測試評價平臺；在測試評價和動力電池安全等級分類方面形成10項以上標準提案；建立產品數據庫，其中電池系統樣本數不少于200個。

③ 筆者解讀：

i）研究動力電池關鍵材料和單體的性能評測方法意義重大，這是電池廠家必須要解決參與的；

ii）整車廠家對這些動力電池關鍵材料和單體的性能評測方法，主要是了解而已。

3電池系統技術關鍵技術發展趨勢總結

① 乘用車動力電池系統技術關鍵技術主攻方向，具體是指一體化設計為重心的高安全高比能，關鍵指標指標為：電池系統的比能量≥210Wh/kg，循環壽命≥1200次（80%放電深度（DOD）。

② 客車動力電池系統技術關鍵技術主攻方向，具體是指分布式化設計為重心的高安全長壽命，關鍵指標指標為：電池系統的比能量≥170Wh/kg，循環壽命≥3000次（80% DOD）。

③ 乘用車動力電池系統、客車動力電池系統成本指標是成本≤1.2 元/Wh。這個結論是補貼政策再退坡的重要依據。

④ 乘用車用三元電池，客車主推鐵鋰電池，是基本態勢，客車要求快充，快充時間為：15分鐘以下。

⑤ 高比能鋰/硫電池、高比能固態鋰電池是下一代電池，目前還沒有強調其壽命要求，2018年上規模裝車，可能性不大。

⑥ 電動客車安全是關鍵指標是：單體熱失控后30 分鐘內系統無起火爆炸。

4總結

① 關鍵技術發展趨勢是由有時間節點指標來體現的。一些形容詞，可以多次用，但是指標值才是理解和掌握關鍵技術的核心。

② 科技部《新能源汽車2018 年重點專項申報指南》是國家級的，其指標值最具有權威性，其他專家（學者）的信息，不代表頂層設計。

關鍵詞:

新能源,汽車,動力電池

無