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快充电、长寿命、高安全动力锂电池应用情况介绍

2022-11-25   点击量:83

5月22日,“2018第一届新能源汽车及动力电池(CIBF深圳)国际交流会”在深圳会展中心举行。微宏动力系统(湖州)有限公司售前技术总监马兹林在“商业模式专场——辨·商业模式的创新与应用”主题论坛上发表演讲。以下是演讲内容:


微宏动力系统(湖州)有限公司售前技术总监马兹林:


各位同仁上午好!我是马兹林,来自微宏动力。我们微宏动力在湖州,太湖边上很漂亮的城市。今天介绍一下微宏动力十几年来快充电池的应有情况。能源危机和环保要求日趋严格,西方各国以及印度等发展中国家制定了不同的政策,我们国家2009年开始,将近四轮的财政补贴政策助力,十年来我们国家新能源汽车得到了很大的进展。2017年新能源汽车总销量是77.7万辆,同比增长53.3%,其中乘用车是57.8万辆,增长的趋势非常明显。总体趋势客车逐渐趋稳,去年有细微下降,物流车也是增长比较明显。到2020年有望达到200万辆的新能源汽车销量目标,基本符合我们2025年的战略规划。


2017年电池出货量44.5GWh,同比增长44.5%。虽然电池销量增加,价格也在随着技术的进步逐步趋向于市场化应用。


目前我们国内在电池这块主要的应用模式大概三种:一是快充;二是慢充;三是快换。电池的配比,快换站的建设,投资复杂性相对较高,它的应用相对比较少,像北汽应用快换比较多。现在依然还是以慢充为主的市场,慢充单车的载机量较大,满足一天的续航里程,乘用车也是同样的道理。同时能利用夜间的低谷电力充电,有利于能源利用的优化,相对成本比较低。


应用快充电池有很多的不足,慢充电池充电时间长,目前基本上在三到五个小时,车辆的运营效率比较低,充电时间长会占用较多的充电场站,目前在大中型城市,现在很难有合适的土地建大型的充电站,充电站的利用率相对是比较低的。


现在总的能量密度基本上趋同,国家政策的引导和技术的进步,慢充电池配电量多,电池的能量密度差不多的情况下,重量相对比较重,比如说10米以上的电动大巴,要满足每天200公里,整个电池的重量趋近于两吨左右,对整车的能耗影响是比较大的。对电池安全也是一样,载机量多了,电池安全也是很重要的点。


微宏动力在这十几年来一直致力于快充电池的发展,到现在为止取得很大的进展,快充充满电量是10—15分钟,可以极大提高车辆运行的效率,可以采用单边建桩的方式,解决线路充电运营的问题,快充倍率高寿命满足不了需求,后面会对整车的寿命有非常大的影响。


到后期,我们的优势寿命长,可以通过增加充电次数保证当天运营里程不衰减。刚刚讲到能耗的问题,快充电池周转的效率比较快,相对电量可以配得比较低一些,慢充要配到2500、3000,快充可以配到150,单次可以跑100到120公里,每天两次充电。重量相对慢充低两吨,低0.1度电每公里,有利于整车能耗的降低。


微宏动力致力于高安全电池的研发,我们研究不可燃的电解液技术,解决电池安全的问题。充电时间短,我们相对于传统车的运营效率相当。


接下来介绍一下快充电池的技术特点,从2008年微宏动力成立以来就是快充电、长寿命、高安全的锂离子动力电池研发目标,充电和加油一样方便,里程焦虑不再是困扰电动车发展的瓶颈。像公交车一般要求八年的寿命设计,出租车5年60万,这样二手车流转才能成为可能。安全是我们一直以来最关注的,电池安全是电动车安全的核心,最近特斯拉出了很多事情,安全一直是我们研究的重中之重。


这十几年我们一直在快充电、长寿命、高安全的基础上,不断提高电池的能量密度,到现在为止,我们最高的快充电池达到230Wh/Kg。


这是我们这些年来研究的主要成果,微宏动力是从材料到电芯、系统垂直整合的企业。碳酸锂最难的问题是胀气的问题,陈总刚才也解决了胀气的问题,微宏动力通过抑制充放电解液整体的反应抑制胀气,我们对材料做了改进,可以看到X射线的图谱,材料特性做了变更。


微宏动力的隔膜技术,微宏动力的隔膜沿袭前身,稳定性相当好,这样能极大增加锂离子的迁移通道。


我们对负极材料做了统计,叫多孔复合碳的技术,通过这个处理以后,和传统石墨比较增加了20倍以上,极大提高锂离子迁移的通道,保证快充电和长寿命。


这是我们2009年以来到现在推出了四代产品,第一代产品是我们碳酸锂电池,碳酸锂电池是具备六倍率持续充电的能力,十分钟能充满,能充放2万次。这是我们在2011年在重庆第一次投的,现在超过7年的运营时间。


第二代是2013年推出的多元复合锂电池,它的寿命长达1万次以上,具备15分钟快速充电,4C持续充电能力。到目前为止,2014年推向市场,全国有70%,大概1.3万多台用第二代多元复合锂电池。


第三代能量密度170Wh/Kg,系统密度115,我们依然保持3C倍率持续快充能力,寿命循环7000次,保证客车八年的寿命设计。


接下来是2018年新推出的高能量密度的快充电池,能量密度达到220Wh/Kg,倍率目前是达到2C的倍率,实际应用的时候,在20分钟左右充满,超长的循环寿命也能保证八年全生命周期的应用,随着能量密度的提高,成本趋向于市场化的应用。


电芯研究的同时,我们在PACK方面也做了很多的研究,今年我们推出了新一代的标准商用车的箱体,重量相对来说比传统轻30%,箱体加上上盖的重量大概在16到17公斤,在高能量密度的同时,我们采用先进的液冷技术,通过冷板进行热量交换。去年投放了将近6000台车,也是采用液冷循环的技术,温度控制大概在45度以下,完全适应去年夏天到冬天的运营。


系统电池包的能量密度在135Wh/Kg以上,安全方面除了刚才讲的电芯的安全设计以外,系统方面我们内置硅油,外置MSD,具备一定的延缓作用。我们通过移动开关保证整个系统的安全。


下面介绍一下我们快充电池自2011年以来的应用情况,我们首条的快充电池的运营路线是在重庆,2011年投了6台,2012年增加25台,在重庆进行示范运行。截至今年三月份,全球2.1万台套快充电池,充电在2C到5C之间,这是实际运行的数据,到目前为止已经超过19亿公里,遍布全球13个国家,150多个城市,电池本身引起的安全事故还没有发生过。


这是全球主要运营的地点,除了国内,我们在海外的应用欧洲本土、英国、东南亚等国家和地区,欧洲超过1300多台,东南亚和亚洲大概有200多台的纯电动和混合动力的应用。


国内目前主要的客车厂都有合作,75家公交客户,56家整车厂。我们除了客车领域,矿车、储能、港口也有很多的应用,我们的快充特别适合强负荷的工矿,像港口、矿山24小时连续运营的工况。


2011年在重庆投入第一条快充线,重庆是负荷比较大,经过严格的运营,我们非常有信心,在不同的应用领域也算是国内电池跑得最久的案例。


相对快充而言,慢充单车载机量比较多,但是总的来说也是有限的,对于超长里程来讲也是受限的。湖州康达公交,单天运营长达450公里,至少要配600度电以上,国内很少配这么大装电量的车辆。2016年康达公交选择我们的快充电池,匹配150多度电的多元复合锂,单趟150公里,繁忙的时候两趟一充,不忙的时候单趟一充,每天充电次数在四到五次。到目前为止运行超过了566万公里,单车运营超过了18万公里,两年左右的数据。非常适合快充的应用场合。


我们在欧洲的电芯应用工况,2014年我们在伦敦投放的1000多台红色双层巴士,算是伦敦的名片,早期应用美国电池,他的电池是300千瓦的电机,他发现电池不行,2013年找我们的电池测试,测了一年的时间,工况测了1万次衰减10%,2014年开始批量配套,大概每年300多台,2016年匹配了1000多台,最长的运营将近4年的时间,现在还在持续稳定的运营。


另外一个案例是在欧洲最大的纯电动定单,100台18米的纯电动,装载169度电,有一个比较特殊的是,他采用极电充的模式,今年2月份开始投入运营,每天运营大概300公里,这也是非常有代表意义的。


除了主要的客车板块,我们在叉车等领域也有比较多的应用,目前和宁德时代CATL的合作大概20分的充电保证6到8小时的应用,我们在这个地方设置了一下,充电串并结构改一下可以达到快充的应用,今年我们陆续投了200台左右。


最后简单介绍一下微宏动力,我们公司来自于美丽的湖州,我们公司成立于2006年12月,前身是做水处理的公司,主要专注隔膜方面,我们公司从正负极材料到隔膜、电解液,算是垂直整合的团队,主要是快充的系统和应用。到目前为止,专职研发600人,博士学位25人;在中国、美国、德国分别设置材料、电芯和系统研发中心,德国是工程中心,主要致力于欧洲本土化的PACK设计;在国内拥有300多项专利,涵盖材料、电芯、PACK。我们公司去年底产能4GWh,2020年总产能扩大到15GWh。欢迎各位到湖州参观指导、洽谈合作,谢谢大家。

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钜大特种电池工程研究院

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