国家政策利好,新能源汽车行业高速前行。2014 年被视为中国新能源汽车产业发展元年,受国家免征购置税、车船税、国家财政补贴,地方财政补贴、一线城市新能源专用车牌等一系列利好政策的影响,中国新能源汽车行业发展迅猛。根据统计,2016 年,中国新能源汽车累计生产 51.7 万辆,销量达 50.7 万辆,同比分别增长达 51.87% 和 53.13%。
目前,国内新能源汽车以纯电动乘用车和纯电动商用车为主,分别占新能源汽车构成的 48%和 33%。按照2012年发布的《节能与新能源汽车产业发展规划(2012~2020 年)》,到 2020 年纯电动汽车和插电式混合动力汽车产能力争达 200 万 辆、累计产销量超过 500 万辆。可以预计,未来新能源汽车发展将依然迅速。
动力电池潜力大,隔膜需求旺盛。新能源汽车爆发式增长,带动上游动力电池需求大增。目前新能源汽车不同车型所使用的动力电池容量差别较大,处于 10-250Kwh 之间。
一般纯电动乘用车和插电式混合动力商用车电池容量在 15-35Kwh 之间,而混合动力乘用车为 10-15Kwh,纯电动商用车电池容量较大,一般在 150Kwh-250Kwh 之间。锂电池每度电的隔膜需求量约为 20-25 平方米,不同电池因能量密度、正极材料差异而各自的隔膜用量不同。结合我国新能源汽车产销结构等因素,我们估算 2016 年我国锂电池的每度电隔膜需求量为 22.8 平方米。预计未来动力型锂电池将继续带动锂电池隔膜需求。
储能锂电池蓬勃发展,驱动隔膜消费增加。目前,铅酸电池在储能电池领域中占据主导地位,约占市场份额的 98%。由于铅酸电池产业带来的严重铅污染问题,国家出台相关政策限制其产能。储能锂电池则具有循环寿命长、能量密度大、能效高、绿色环保等优势,但由于生产成本过高,短期内尚且无法大规模取代铅酸电池。
目前,储能型锂电池的市场需求占比提高至 7%。技术的进步以及工艺的日渐完善,锂离子电池成本价 格逐步下降;光伏、风电装机量增加,储能电站建设步伐加快,储能型锂电池市场需求将会呈现高增长。预测算2017年储能方面锂电池隔膜需求量为 3.83Gwh, 按照 1Kwh 需要隔膜 25 平方米测算,预计 2017 年锂电隔膜需求量将达到 0.9 亿平方米,同比增速将保持 18%。
新能源汽车和储能应用大发展,将带动国内锂电池隔膜消费量高速前进。我们预计 2017-2020 年国内锂电池隔膜消费量将分别为 15.8 亿平方米、18.9 亿平方米、23.5 亿平方米和29.5 亿平方米,相比 2016 年年均复合增速为 21%,其中新能源汽车领域锂电池隔膜需求量年均复合增速为 32%。
148V系统的关键之一是锂离子电池技术,锂离子电池相比于铅酸电池和镍氢电池具有较高的能量密度和较好的充放电性能。锂离子电池单体电压高达3.7V,为了达到电动汽车使用的电压要求,就需要将单体电池进行串并联组成电池组,以满足电动汽车使用时需要的高能量高功率条件。
一般情况下,汽车电源系统会将电池组看作单个电池,在汽车行驶启停的过程中,整个电池组进行着频繁的充电和放电过程。电池组是由单体组成的,在出厂前并不能保证电池单体的一致性,如果电池组中的一个电池经过多个充电/放电周期后,其充电状态不能周期性地与其它电池平衡,最终会进入深度放电状态,从而导致损坏,并最终形成电池组故障,因此我们就需要电池检测系统(BMS: Battery Management System)来监视测量电池组和单个电池的整体情况,包括电压、电流、荷电状态等,以及时更换单体电池以延长电池组的续航能力和使用寿命。
此次日立新开发的148V锂离子电池组是将BMS基板、电池单体、继电器、保险丝组装载于同一箱体内,可组装性强、可靠性高,这种电池组能够在车辆加速、减速,以及制动时能量再生供应等各种情况下,支持混合动力车型发动机和电机的运转。
目前市场上的148V锂离子电池组一般由12~13个单体电池组成,多用于小型纯电动车领域如电动自行车、电动摩托车、电动三轮车等,还有电动工具等方面;主要的车用锂离子动力电池生产厂商有中航锂电,中信国安盟固利和万向集团等。
在混动汽车领域,148V锂离子电池组系统主要应用在微混或弱混动力系统,处于研发和限量生产水平。在开发更加节能的汽车产品的要求下,车企巨头正在纷纷开发采用148V自动启停系统的汽车产品。全球行业研究机构IHS发布报告称,到2025年,148V轻度混动车将占到全部混动车的一半以上,95%的轻度混动车将采用148V方案。
锂电池串联问题
由于电池在生产过程中,从涂膜开始到成为成品要经过很多道工序。即使经过严格的检测程序,使每组电源的电压、电阻、容量一致,但使用一段时间,也会产生这样或那样的差异。
如同一位母亲生的双胞胎,刚生下时可能长得一模一样,做为母亲都很难分辨。然而,在两个孩子不断成长时,就会产生这样或那样的差异锂动力电池也是这样。使用一段时间产生差异后,采用整体电压控制的方式是难以适用于锂动力电池的,如一个36V的电池堆,必须用10只电池串联。整体的充电控制电压是42V,而放电控制电压是26V。用整体电压控制方式,初始使用阶段由于电池一致性特别好,也许不会出现什么问题。在使用一段时间以后电池内阻和电压产生波动,形成不一致的状态,(不一致是的,一致性是相对的)这种时候仍然使用整体电压控制是不能达到其目的的。例如10只电池放电时其中两只电池的电压在2.8V,四只电池的电压是3.2V,四只是3.4V,现在的整体电压是32V,我们让它继续放电一直工作到26V。这样,那两只2.8V的电池就低于2.6V 处于了过放状态。锂电池几次过放就等于报废。反之,用整体电压控制充电的方式进行充电,也会出现过充的状况。比如用上述10只电池当时的电压状态进行充电。整体电压达到42V时,那两只2.8V的电池处于﹨“饥饿﹨”的状态,而迅速吸收电量,就会超过4.2V,而过充的超过4.2V的电池,不仅由于电压过高产生报废,甚至还会发生危险,这就是锂动力电池的特性。
锂离子电池的额定电压为3.6V(有的产品为3.7V)。充满电时的终止充电电压与电池阳极材料有关:阳极材料为石墨的4.2V;阳极材料为焦炭的4.1V。不同阳极材料的内阻也不同,焦炭阳极的内阻略大,其放电曲线也略有差别,如图1所示。一般称为4.1V锂离子电池及4.2V锂离子电池。现在使用的大部分是4.2V的,锂离子电池的终止放电电压为 2.5V~2.75V(电池厂给出工作电压范围或给出终止放电电压,各参数略有不同)。低于终止放电电压继续放电称为过放,过放对电池会有损害。
便携式电子产品以电池作为电源。随着便携式产品的迅猛发展,各种电池的用量大增,并且开发出许多新型电池。除大家较熟悉的高性能碱性电池、可充电的镍镉电池、镍氢电池外,还有近年来开发的锂电池。本文主要介绍有关锂电池的基本知识。这包括它的特性、主要参数、型号的意义、应用范围及使用注意事项等。
锂是一种金属元素,其化学符号为Li(其英文名为lithium),是一种银白色、十分柔软、化学性能活泼的金属,在金属中是轻的。它除了应用于原子能工业外,可制造特种合金、特种玻璃(电视机上用的荧光屏玻璃)及锂电池。在锂电池中它用作电池的阳极。
锂电池也分成两大类:不可充电的及可充电的两类。不可充电的电池称为一次性电池,它只能将化学能一次性地转化为电能,不能将电能还原回化学能(或者还原性能极差)。而可充电的电池称为二次性电池(也称为蓄电池)。它能将电能转变成化学能储存起来,在使用时,再将化学能转换成电能,它是可逆的,如电能化学能锂电池的主要特