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2018-12-15 | 星期六

汽车评论家:电池技术发展现状与全球各大品牌EV战略

发表: 2018年11月16日

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(大纪元讯)抢佔电池技术制高点是打开EV市场的关键。本文将以Niro EV上市为契机,探讨电池技术的发展现状与全球各大品牌的EV战略。

据现代汽车网站报导,汽车评论家柳清熙撰文称,起亚汽车于7月19日正式推出了继Ray EV、Soul EV之后的第三款纯电动汽车(BEV)——Niro EV。作为起亚汽车BEV技术与经验的集大成之作,Niro EV的最大功率达204马力(150kW),强劲的动力性能令人折服。同时,Niro EV搭载了容量(充电量)大幅提升至64kWh的锂离子(lithium-ion,li-ion)电池,单次充电最大续航里程可达385km。即使是Slim版,内置39.2kWh电池的续航里程也可达247.7km。毋庸置疑,拥有较长续航里程的电池能够有效减少EV用户的里程焦虑(range anxiety)。不仅如此,由于行驶里程相同,所需的充电次数显着减少,将令生活变得更加便捷。

电池的能量密度对EV效率至关重要

在延长Niro EV的续航里程方面,电池技术起到不可忽视的重要作用。说起延长续航里程,您可能会有「增加电池容量不就行了吗?」的疑问。实际上,续航里程并不能一味的通过增加EV的电池容量来延长。这主要是因为电池的体积和重量不能过大。即使是Niro EV这种专为电动化设计的车辆,其存放电池的空间也十分有限。出于便捷性的考虑,在预留电池空间时,一方面要保障一定的载人载物空间,一方面要将对驾驶性能的负面影响降至最低。电池的重量也是一个需要精细调控的重要因素。加大电池容量往往会造成电池重量正比例增加,从而加重驱动车轮的电动发动机的负荷,降低能效。所以延长续航里程不能靠盲目增加电池容量来解决。

对于EV电池而言,能量密度是一个十分重要的指标。能量密度以重量(Gravimetric)或体积(Volumetric)为标准,具体是指单位重量或体积内能够储存的能量(充电量)。以重量为基准的能量密度单位为Wh/kg,以体积为基准的能量密度单位为Wh/L。不论何种能量密度,其数值越高越好。高能量密度的电池仅需较小的体积和重量即可储存较大的能量。换言之,即使储存相同的能量,也可以减轻电池的重量和体积。

锂离子电池的阳极材料决定了其种类

EV电池另一个不可忽视的重要因素就是价格。即使能量密度再高,如果价格过于昂贵,其现实意义也不復存在。在EV中,电池是最为昂贵的配件之一。使用价格高昂的电池,势必会造成车辆价格的上涨,从而对消费者造成负担。韩国政府及地方自治团体为EV提供的购置补贴实际上也是为了抵扣一部分的电池费用,使消费者可以在与内燃机汽车相当的价位上做出考虑。

对于汽车制造商而言,如何降低电池成本且在政府补贴减少或取消后不对EV销量造成影响,是一个急需解决的重要课题。为此,EV电池技术正向提升能量密度、降低成本的方向发展。

电池的能量密度与价格均受电池原材料的影响。即使同为锂离子电池,使用的原材料不同,种类便大相迳庭。严格来说,电池的阳(+)极材料决定着电池的种类和成本。

核心原材料的配比决定电池的属性与性能

锂离子电池常见的阳极活性物质主要为金属元素镍(Ni)、锰(Mn)、钴(Co)及铝(Al)等。镍与电池容量、锰和钴与安全性、铝与功率分别有着密切的关系。作为核心原材料之一的钴价格十分昂贵。因此,人们不断尝试开发既能增加相对便宜的镍等的物质含量又能提升电池性能的技术。

然而,这带来了一系列的问题。随着镍含量的增加,电池的能量密度和容量虽然有所改观,但制作难度却大幅提高。此外,镍含量的增加会降低钴的比重,有损安全性。如何最大限度的弥补各元素的缺点,组合出性能最优的阳极材料是该领域的一项巨大挑战。

目前,EV锂离子电池主要採用钴含量较低、功率较大的NCA(镍钴铝)电池或NCM(镍钴锰)电池。相比于NCM电池,NCA电池容量更大,但寿命往往较短。NCM电池的寿命相对较长,也更易于生产。大部分生产销售EV的企业主要使用NCM电池,只有特斯拉等少数企业採用NCA电池。

近期,韩国企业开发出了可大规模生产的高镍电池——NCM811电池

NCM电池可根据阳极材料中的金属元素比例进行分类。近期,主要应用在电动汽车上的电池有NCM523,NCM622,NCM811等。NCM分别为镍、钴、锰的英文首字母,其后的数字代表各元素所对应的比例。比如,NCM523是指阳极材料中镍、钴、锰的比例为5:2:3的电池。由此可见,NCM811中钴的比重较NCM523和NCM622低,而镍的比重较高。由于NCM811电池中钴含量较低,可以有效降低成本,增加容量,有助于提升电动汽车的价格竞争力。然而,由于镍的含量较高,高效率的NCM811电池难以实现大规模量产。

近期,韩国电池企业成功攻克了NCM811电池难以量产的技术难题,有望提升电动汽车的价格竞争力。近期上市的起亚汽车Niro EV是全球首个使用该款电池的电动车。由此可见,以往人们对Niro EV的认知并不准确。它并不是简单的将NCM811与NCM111的阳极材料混合,实现相当于NCM622性能的产品。虽然,Niro EV的电池能量密度较Soul EV高37%,但价格却十分经济实惠,仅为4,000万韩元(税金减免后)。

如今,Niro已建成从纯电动车(BEV)到混合动力车(HEV)及插电式混合动力车(PHEV)的电动化驱动系统的全阵容。放眼全球,具备如此完整的电动化驱动系统阵容的品牌并不多见。

作为特斯拉的大众款车型,MODEL 3的价格依旧令人望而却步

成立伊始就确立电动汽车品牌定位的特斯拉曾推出过大型车MODEL S与X,然而高昂的价格令人望而生畏。虽然,特斯拉于今年推出了大众款MODEL 3,但较同级车型而言,价格仍然偏高。随着近期MODEL 3需求量的增加,特斯拉刚刚开放降低电池容量和自动驾驶相关配置的普通款车型的订购,并计画于2020年前后推出以MODEL 3为基础制作的跨界(Crossover)车型MODEL Y。然而,未来特斯拉下调价格的空间依旧十分有限。

欧洲高端整车企业在特斯拉的带动下,纷纷加入了EV的开发行列。这些企业大多是刚刚推出首款车型或还未有相关车型上市。近期将首款SUV型EV e-Tron投入量产的奥迪表示,将在2025年前推出20余款电动化车型,实现80万辆的年销量。旗下拥有奥迪及保时捷等众多品牌的大众汽车集团表示,计画2030年前将集团旗下品牌总销量中的电动车比例提升至25%。这里的电动车不仅包含BEV,还包括HEV与PHEV等,预计其中BEV所佔比例并不高。

捷豹首款电动汽车I-PACE。捷豹计画于2020年后实现新车型的全面电动化

梅赛德斯-奔驰与BMW分别推出了电动汽车品牌EQ和i。梅赛德斯-奔驰表示,将在2022年前推出10余款BEV,在2025年前实现新车中BEV佔比15~25%。BMW计画在2025年前推出包括12款BEV在内的25个电动化车型。近期推出首款BEV车型I-PACE的捷豹表示,2020年后将实现全部新车型的电动化。然而,短时间内这些品牌的研发重点仍将离不开HEV和PHEV,需要一段时间来慢慢过渡到BEV。

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