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锂电池带来绝妙商机 |
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作者：Dan Carney 来源：Ringer |
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现在看来，之前预测的许多“前景大好”的技术，似乎已销声匿迹，而用于混合动力车、插电式混合动力车以及纯电动车的锂电池，技术却越来越成熟，相信会在不久的将来，为电动车的销售业绩产生重大影响。随着梅赛德斯奔驰S400混合动力车的推出，锂电池技术开始进入量产。目前锂电池还已用于限制量产的莲花跑车上。
据市场调查员A.T.Kearney透露：正在不断发展的用于运输上的锂离子电池市场，已实现3190万美元交易额，到2015年有可能增长到218亿，到2020年有可能增长到741亿。
根据该公司对电动车未来发展趋势报告预测：到那时电池成本将降低到现在的40%左右，电动车一次充电有可能行驶201至303km。这些技术进步，很有可能驱动全世界电池电动车和插电式混合动力车市场份额增长到10%。
电池制造商Ener1 Inc.公司展示了一款可替代应用于丰田普锐斯车型的镍金属混合动力电池（NiMH）的锂电池方案，将原有大小和重量减少了一半。但这不是汽车制造商们期冀的目标—和早期的加工时代一样，他们希望动力更强劲的解决方案。
“当汽车制造商知道我们能够降低电池包尺寸时，他们的第一反应是不相信，之后他们又问：‘还有什么？’”电池制造商Compact动力公司(简称CPI)工程总监Martin Klein说。
不同的电池适合不同的应用领域，所以具体应用成为激发更多技术变革的源泉。“当从混合动力向纯电动车发展时，可能需要将电池产品性能提高三倍或四倍，”致力于科技业研究的高德纳咨询公司(Gartner Inc.)分析师Martin Reynolds说.他们不仅要求电池容量更大,还要求不同的充电循环公差及其它因素。
梅赛德斯奔驰在其S400轻度混合动力车上应用了Continental Teves公司供应的锂电池包。
但是，向对电池电动技术感兴趣的主流消费者而非电动车拥趸者销售电动车时，他们很可能会被严酷的现实震住。“只有在高速路上遭遇到电力耗尽、无能为力的时候，人们才会明白电动车其实并没之前想象得那么棒。我认为混合动力才是适合现今交通运行状况的解决方案。”
大好前景
索尼在1991年引进了第一套电池包，使之在消费电子领域开始应用，后来锂电池技术进一步发展，开始能够满足车用要求。近年来，锂电池在汽车市场上开拓了更大应用领域。CPI研发总监Mohamed Alamgir称：早期的锂电池容量只有1200mA·h，2008年增长到2900mA·h。
CPI是LG化学公司的分公司，正在开发锂聚合物电池，现代汽车公司将会把这款电池应用在汽车上。CPI还和通用汽车公司签订了合同，为其正在开发的插电式混合动力酷越车SUV供应电池。
Alamgir说：这款插电式混合动力酷越SUV最终版本，一次充电可行驶16km，与一次充电就能行驶64km的雪佛兰Volt不能比（后者更像增程式电动车）。未来公司将比较SUV驾驶者和Volt车主的驾驶习惯，以开发未来车型，优化未来电池设计。
生命周期
目前市场上对更大电池包、更大总电量存在明显需求，还存在汽车电池比消费类电池的运行温度更宽泛的需求。在极低的温度下，电池的功率输出通常会减少，而在极高温度下，锂电池的寿命还会缩短。
在汽车上应用的锂电池必须比其他应用方式更耐用。但是，现今的一次性消费观念，使消费类电子的产品寿命最多只有几年，也就是说：只需承受几百次充电/放电的循环过程。
“但是混合动力车/电动车用电池，使用寿命至少10年，需要承受上千次甚至上百万次充电/ 放电过程，”三星和博世成立的专开发电池的合资公司SB LiMotive公司执行副总裁Joachim Fetzer说。这样庞大的数字，要求混合动力/电动车电池一次只能使用其电池储存容量的20%，以延长其使用寿命，还需减少电动车充电频次，在10年使用期限中充电3000次，用掉大约80%的电池储存容量，期望最终实现使用寿命超过12年，行驶里程超过24万公里的目标。
一旦出现“热变形”现象，以锂电池为动力的消费类电子设备不会出现大问题，而车用锂电池包，尺寸更大麻烦也更大。所以，保证车用电池不会出现这样的问题非常重要。
通常，电池制造商从以下几个角度定义这个问题：单独管理各电池的智能电子系统、防止阴极阳极相连的耐用型电池分离机、防止热变形的电解液、减少电池内氧生成（可能起火）的电池化学技术、提高冷却性能、对电池内部气体生成的压力更敏感的技术。
CPI公司的一名技师正在工作台上测试一款锂电池
所有汽车零部件供应商都意识到：汽车制造商及其客户希望在最低成本条件下实现最高性能，但是目前一次充电可实现的里程以及电动车的价格，都是主流消费者无法接受的。CPI公司的Alamgir预估说：现在丰田普锐斯混合动力车上应用的镍氢（NiMH）电池包，量产达到1百万后，每包成本大约为2000美元。
Fetzer称：重量达到1000kg、一次充电可行驶125mi的电动车，需要更大尺寸的锂电池包。人们期望它能够实现35千瓦时（kW·h）的动力输出。而这样的电池包，成本17万欧元，每千瓦时成本500欧元。“目前业内普遍认为：到2015年，我们将会把每千瓦时成本降至350欧元，或现在成本的三分之二。”Alamgir还预测：如果考虑到随着电池包使用、其性能降低必须另增加电池进行补偿的话，每千瓦时的成本将逼近1000美元。电池成本将占到整辆车成本的30%。
“谈到成本，电池上最昂贵的部分就是电池材料，目前主要从亚洲采购，”Ener1公司发言人Aimee Gordon说：“如果我们开发美国国内材料供应链—这也是美国能源部倡导的电动车电池及零部件制造活动，致力于在美国打造一个电动车制造架构—如果成功，就可以极大地降低电池成本。”
冷却电池
要降低成本还有一个方法：简化电池包冷却要求。阿贡国家实验室电气化学能源存储研究经理Gary Henriksen说：传统圆柱形电池看起来很像手电筒的D型电池，目前莲花车用的就是这种电池，但是它们并不是高量产主流车的理想车型，因为很难冷却。
它们可以用水冷却，但是汽车制造商会认为这种开支很不必要。“汽车零部件制造商都希望研发出空气冷却系统。”
Henriksen说：空气冷却对于满足混合动力车上的圆柱形电池是足够的，但是对于电动车却不行。相对于圆柱形的平滑表面，棱形电池对电动车更合适，因为它们对散热更有效，能够进行更创新的包装。
还有一个化学方法可以减少复合型电池的冷却需求，防止电池过度充电造成的过热（电池工程师通常认为这是对电池的“滥用”）。Henriksen补充说：“只有处于开发额外冷却系统的非正常条件下，才能采用这个方法。当那些不同寻常的情况出现时，开发更稳定的电池化学，不会产生更大热量。”
巴斯夫项目负责人Prashant Chintawar称：他们将在阿贡实验室开发材料技术，架构锂电池阴极零部件，致力于降低成本、提高性能。“我们相信锂锰混合金属氧化物术是满足安全、性能和成本等需求的最佳组合。对于汽车工业而言，这三个要素都至关重要、不可妥协。”
CPI的Klein认为：对于量产项目研发，除了需要快速提高锂电池技术外，还需要工程师们能够处理大批常规问题。这就意味着简化制造流程、增强零部件功能、开拓更便宜的新型解决方案。电池托架、外套组件必须足够坚固耐用，保护电池防止损坏，所以通常较重。它们必须坚韧到可以做汽车的架构零部件，也必须有助于减轻重量。Klein举了一个例子：如何连接电池极耳，以低成本感应到电池包中的温度及压力变化。“我们现在要做的是每个汽车工程师都不得不涉及的领域：降低零部件数量、降低成本、降低重量—这个过程实在没什么吸引力，比较枯燥。”
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(9/1/2010) |
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