在2008年北京奧運(yùn)會(huì)期間，50輛純電動(dòng)的大巴在奧運(yùn)村投入運(yùn)營，這是電動(dòng)客車在我國最早的大規(guī)模應(yīng)用，也是國際上第一次大規(guī)模應(yīng)用鋰電池電動(dòng)大巴。時(shí)至今日，電動(dòng)客車得到了更加豐富的發(fā)展，主要包括純電動(dòng)客車及插電/增程式混合動(dòng)力客車兩個(gè)方向。其中，純電動(dòng)客車的技術(shù)模式還包括電池快換模式、整車快充模式、整車慢充模式、雙源制在線充電模式等。
中國科學(xué)院物理研究所實(shí)驗(yàn)室研究員黃學(xué)杰向記者介紹說，雖然由于政策、技術(shù)及市場(chǎng)因素的影響，當(dāng)前我國的電動(dòng)客車以插電/增程式混合動(dòng)力客車為主，但純電動(dòng)客車的技術(shù)模式也在不斷的發(fā)展過程中。奧運(yùn)會(huì)上的電動(dòng)巴士采用的是電池快換技術(shù)，目前，在上海、重慶等一些地區(qū)應(yīng)用的是整車快充模式，但整車慢充模式的應(yīng)用范圍相對(duì)更廣一些。除了這些，雙源制在線充電模式的技術(shù)也正處于快速的發(fā)展過程中。
“無論采用哪種模式的電動(dòng)客車技術(shù)路線，電池的作用都是不容忽視的。”黃學(xué)杰表示，不同的技術(shù)模式，對(duì)電池的要求也是有差異的。比如雙源制在線充電模式，這種技術(shù)路線就對(duì)電池的壽命提出了更高的要求。那么，現(xiàn)在我國電動(dòng)客車的電池發(fā)展情況如何？在“十三五”期間，電池的發(fā)展方向是什么？
鋰離子電池支撐著我國的電動(dòng)客車的發(fā)展
目前，在我國無論是插電式客車、純電動(dòng)客車還是雙源制電動(dòng)客車，鋰離子電池毫無疑問都是“主角”，我國的電動(dòng)汽車電池還局囿于鋰離子電池的發(fā)展階段。
鋰離子電池的工作原理是依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來工作，即在充放電過程中，Li+在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌。一般采用含有鋰元素的材料作為電極，因?yàn)楹芏嗖牧隙伎梢员挥脕碜鲣囯x子電池，所以鋰離子電池的種類和用途有很多。要想滿足動(dòng)力電池的材料，需要滿足以下兩個(gè)條件：首先就是電池安全系數(shù)要高，其次由于車用電池用量較大，因此材料的成本要低。在考慮這兩個(gè)條件之后，能夠做汽車電池的材料只有錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料、高壓鋰鎳錳尖晶石等。
黃學(xué)杰說：“在所有適用材料中，磷酸鐵鋰的鋰電池支撐了目前我國新能源汽車的示范運(yùn)營。雖然磷酸鐵鋰在一些方面存在不足，但它具有安全性高、壽命長、成本相對(duì)較低等特點(diǎn)，另外，由于國際上在磷酸鐵鋰的專利保護(hù)方面對(duì)中國‘網(wǎng)開一面’，因此給了中國的磷酸鐵鋰鋰電池的產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了機(jī)遇。在我國的電池產(chǎn)業(yè)和制造水平較低的階段，酸鐵鋰鋰電池維持了我國包括電動(dòng)客車在內(nèi)的大規(guī)模電動(dòng)汽車的運(yùn)營?！?BR>
當(dāng)前，在我國的純電動(dòng)客車品牌中，中通純電動(dòng)LCK6660EVG采用的就是磷酸鐵鋰電池。經(jīng)過市場(chǎng)的反饋，該電池類型具有充、放電效率高，安全性高、耐高溫性好等優(yōu)點(diǎn)。另外，宇通純電動(dòng)客車E系列包括E7、E8、E10、E12等從7米到13米的全系列純電動(dòng)公交，其采用的是國內(nèi)著名的電池生產(chǎn)商ATL的電池，也是磷酸鐵鋰電池技術(shù)路線。
除了中通和宇通，海格KLQ6129GEV純電動(dòng)城市客車采用的也是鋰離子電池組，具有較好的動(dòng)力性，充電4～5小時(shí)即可行駛180公里以上，采用集中快速更換電池的方案，完全可以滿足城市公交客車的需要。
根據(jù)不同電動(dòng)客車技術(shù)模式，選擇不同材料構(gòu)成電池
鋰離子電池作為目前電動(dòng)汽車電池的主力軍，其適用并不是一概而論的。例如，用到混合動(dòng)力客車上，則需對(duì)其正負(fù)極材料進(jìn)行調(diào)整。目前，鋰離子電池的正極材料多采用鋰鐵磷酸鹽，負(fù)極材料多采用石墨，這種構(gòu)成會(huì)影響電池的快充性能。因此，對(duì)快充客車或者雙源制客車，其鋰離子電池的負(fù)極就應(yīng)該加上一半以上的硬碳材料，則充電性能則會(huì)得到大規(guī)模的提升。
市場(chǎng)上，大金龍純電動(dòng)公交XMQ6661AGBEV1就是快充鋰電池，采用快速充電方式，單次充電里程100km，15min充滿，實(shí)際使用單趟或者來回一趟充電一次，充電5-7min。鋰電池壽命長達(dá)6-8年，因此在整車生命周期中無需更換。
“面對(duì)不同車輛的應(yīng)用需求，我們應(yīng)該調(diào)節(jié)電池的正極與負(fù)極的材料，以滿足其實(shí)際的充電需求?！秉S學(xué)杰表示，“目前國際上也有成功的案例，通過正負(fù)極材料的調(diào)整，讓電池的充放電滿足了混合動(dòng)力客車的需求?！?BR>
除了對(duì)電池材料的合理調(diào)配，目前，由金旅首創(chuàng)的以超級(jí)電容儲(chǔ)能的混合動(dòng)力系統(tǒng)和以超級(jí)電容與鋰電池復(fù)合儲(chǔ)能的混合儲(chǔ)能方式也已得到行業(yè)的認(rèn)可，并在市場(chǎng)上得到廣泛推廣，其純電動(dòng)考斯特車型XML6700JEV更是得到了市場(chǎng)的良好反應(yīng)。
電池應(yīng)用環(huán)境“熱管理”可影響電池壽命
黃學(xué)杰介紹，電池的性能會(huì)受到電池應(yīng)用環(huán)境的影響。法國一家著名的電池公司曾對(duì)電池應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行測(cè)試，在常溫下進(jìn)行6000次的循環(huán)，電池的容量仍可達(dá)到80%，但如果溫度提升到45度，進(jìn)行1000次左右的循環(huán)，容量就會(huì)掉到80%，循環(huán)到2000次左右，就會(huì)降到70%。
2008年左右，我國就在磷酸鐵鋰電池在取得了技術(shù)上的突破，產(chǎn)品也逐漸走向成熟并走向國際市場(chǎng)。但經(jīng)過多年的發(fā)展，一些電動(dòng)客車對(duì)電池的應(yīng)用仍沒有達(dá)到最佳的水平，其中一個(gè)最重要的原因沒有進(jìn)行恰當(dāng)?shù)臒峁芾砜刂啤?BR>
目前國內(nèi)有很多電動(dòng)客車，尤其是純電動(dòng)大巴，運(yùn)營的環(huán)境溫度較高，但沒有進(jìn)行合理的熱管理。三年使用時(shí)間過后，磷酸鐵鋰電池的容量基本上就剩下60%左右，有的甚至更低。這也影響了純電動(dòng)大巴在用戶心中的形象，造成推廣上的困難。“磷酸鐵鋰電池只有在通過嚴(yán)格的管理控制好最高工作溫度的情況下，才能給真正滿足純電動(dòng)大巴的需求。”黃學(xué)杰表示。
“十三五”期間，多項(xiàng)舉措促進(jìn)電動(dòng)汽車電池的發(fā)展
合肥國軒高科動(dòng)力能源股份有限公司總經(jīng)理方建華認(rèn)為，目前以國軒為代表的量產(chǎn)型動(dòng)力電池企業(yè)，技術(shù)水平穩(wěn)定，已經(jīng)基本做到了滿足當(dāng)前客車與公交運(yùn)營的需求。方建華介紹，國軒以“量產(chǎn)應(yīng)用”促“技術(shù)發(fā)展”，同時(shí)量產(chǎn)應(yīng)用也對(duì)電池的可靠性、一致性、穩(wěn)定性、安全性形成了最好的檢驗(yàn)。
當(dāng)然，動(dòng)力電池作為新興高科技產(chǎn)業(yè)，技術(shù)發(fā)展面臨著更多提升空間或發(fā)展挑戰(zhàn)?！艾F(xiàn)在整車企業(yè)、運(yùn)營客戶不斷對(duì)電池提出更高的要求，這是電池技術(shù)進(jìn)步的動(dòng)力。我們相關(guān)企業(yè)要在此基礎(chǔ)上，將成本控制與實(shí)用價(jià)格進(jìn)行有效協(xié)調(diào)，促進(jìn)新能源客車產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。”方建華表示。
“十三五”規(guī)劃期間，國家對(duì)電動(dòng)客車電池的發(fā)展目標(biāo)是減少電池磚，提升電池利用率，發(fā)展高功率長壽命的電池。黃學(xué)杰介紹，目前我國的高功率長壽命的電池的比能量可達(dá)到50Wh/kg，部分技術(shù)已可達(dá)到100Wh/kg。預(yù)計(jì)到2020年，乘用車的電池比能量可達(dá)到300Wh/kg，而客車動(dòng)力電池將達(dá)到150Wh/kg。高功率、長壽命電池的發(fā)展，將對(duì)新能源客車的發(fā)展產(chǎn)生積極的影響。
黃學(xué)杰還透露，在財(cái)政部專項(xiàng)資金的支持下，“十三五”期間，中國科學(xué)院物理研究所將建立國家電池綜合分析測(cè)試平臺(tái)。這一平臺(tái)將對(duì)全球開放，面向各種研究機(jī)構(gòu)、企業(yè)等的電池產(chǎn)品。這樣，將會(huì)更好的把脈各國的電動(dòng)汽車的電池發(fā)展水平，尤其是對(duì)我國的電動(dòng)汽車電池的發(fā)展將起到積極的促進(jìn)作用。
動(dòng)力電池制造工程化能力，包括制造裝備與工藝能力是決定一個(gè)國家電池發(fā)展水平的基礎(chǔ)。“動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)化的工藝和裝備一直是我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展的短板，過去為了生產(chǎn)好電池，就必須從國外進(jìn)口相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備，不僅提高了電池成本，還為規(guī)模化生產(chǎn)帶來困難?！秉S學(xué)杰表示，“十三五期間，除了測(cè)試平臺(tái)的建立，相關(guān)部門還將加大動(dòng)力電池工藝和裝備的研究水平。目前在工信部和財(cái)政部的支持下，中國科學(xué)院工業(yè)技術(shù)研究院已建立了電池工藝和裝備研究平臺(tái)，更好的服務(wù)我國的動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)。”
除了國家的努力，企業(yè)也在做著不懈的改進(jìn)。方建華介紹，隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，動(dòng)力電池供應(yīng)將呈現(xiàn)集約化趨勢(shì)，規(guī)?；?jīng)營、量產(chǎn)以及成本控制能力的競(jìng)爭(zhēng)會(huì)越來越強(qiáng)。目前國軒已經(jīng)建立了系統(tǒng)的技術(shù)研發(fā)體系，完善了工藝設(shè)備定制，達(dá)到生產(chǎn)一代、儲(chǔ)備一代、研發(fā)一代的目標(biāo)，保證電池研發(fā)技術(shù)持續(xù)可靠進(jìn)步，制造工程能力的持續(xù)提升。
在既有的電池發(fā)展水平的基礎(chǔ)上，“十三五”規(guī)劃對(duì)電動(dòng)汽車尤其是電動(dòng)客車電池的重視，以及像國軒這樣企業(yè)的自身的努力，將為我國動(dòng)力電池的發(fā)展迎來新的“春天”。我們相信，“十三五”期間，客車電池將迎來發(fā)展的成熟期，同時(shí)我國的純電動(dòng)客車也將迎來新一輪的發(fā)展熱潮。
