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新能源科技减排研发经费超百亿

2019-07-27 10:46 - 查看:

科学技术部副部长张来武16日在国务院新闻办新闻发布会上表示,科技部将会同有关部门综合推进节能减排各项工作。在介绍我国依靠科技创新促进产业结构调整,进而推动节能减排的工作情况时,张来武表示具体做法上包括实施16个重大专项,在一些关键的前沿技术和重大技术,集中力量加快解决,并且推动战略性新兴产业的发展。

新能源汽车“十年磨一剑”

张来武表示,战略性新兴产业是在应对国际金融危机中,国际范围内形成的一个新的抓手。我国把新能源汽车作为七大战略性新兴产业之一加以推动是必然的。“863”计划在十年前就启动了这个项目,目前我国节能和新能源汽车已经形成了混合动力、纯电动、燃料电池汽车,以及动力系统和动力电池、蓄动电机、电池控制系统为核心的技术,被称之为“三纵三横”的矩阵式产业化研究布局。

张来武指出,早在2009年应对国际金融危机时,我们就非常及时地与财政部、发改委、工信部一起,发起实施了节能与新能源汽车推广示范应用工程,在上海、北京、重庆等13个城市首批开展试点工作。主要是从公交、出租、公路、环卫和邮政等公共领域率先推广使用,效果很好。

“我们打算把这个试点从13个城市扩大到25个城市,并且在公共服务领域里进行补贴,把补贴的政策逐渐推到私人购置领域,这是符合国际规范的。我们将推动战略性新兴产业在国际水平上进行竞争和发展。”张来武表示。

科技促发展将全领域布局

张来武表示,科技部也很重视运用高新技术来改造传统产业,包括钢铁产业,更重视使传统农业向现代农业发展,用城乡统筹的方式,这必须依靠科技进步,利用现代农业,比如生物、信息等技术来改造传统的农业等等。

张来武表示,科技部重视在服务业领域里应用科技和知识的力量,特别是新一代信息化技术等等,在具体的做法上将有一系列布局,体现在“十二五”规划中。

科技减排研发经费超百亿

张来武介绍说,“十一五”期间,国家科技计划累计安排节能减排研发项目经费超过100亿元,为国民经济单位GDP能耗和主要污染物排放量的降低提供了有力的支撑。有助于我国抢占具有低碳经济特征的前沿技术制高点,攻克可再生能源与化石燃料高效清洁利用技术难关。

据介绍,我国在煤燃烧、煤气化、煤液化、太阳能电池、太阳能制氢,生物催化转化等方面取得了一批基础研究成果。如建立了世界上首座500瓦燃料敏化太阳电池示范系统,1.5兆瓦直驱永磁式风电机组研发成功并实现产业化,建成了世界上规模最大的燃煤电厂二氧化碳捕获工程,世界上首套年产60万吨煤制烯烃工业装置也即将建成。

此外,张来武表示,国家积极推动节能减排新技术在钢铁、电力、建材、化工、农业等重点领域的推广应用,提升了传统产业的竞争力。如新一代可循环钢铁流程工艺技术取得突破并在国内多家钢铁企业实现工业应用,依托曹妃甸工程建立了洁净钢生产平台,实现了转炉功能的优化组合,每条生产线平均节约50万吨标准煤。超临界发电技术燃煤电厂的装机容量达到0.8亿千瓦。铬盐清洁生产工艺实现万吨级工程示范,推广后30%以上将实现清洁生产,大田膜下滴灌系统,比国外滴灌减少投入50%,比常规滴灌省水50%、省肥20%、增产20%,应用面积已达500多万亩。

今年夏天的股市里,“锂电池生产配件概念股”被炒得火热,成为当仁不让的市场明星。整个第三季度,与三元锂电池沾亲带故的31只股票中,近九成上涨。随着股价的疯涨,新能源、新材料、节能环保———所有的光环都笼罩在一块小小的锂电池上。在国家政策大力扶持下,一时间,汽车企业、电池生产企业、锂电池中上游材料生产企业,以及此前和锂电池不沾边的企业纷纷进入动力锂电池生产领域。

与此同时,国际知名咨询公司对锂电池行业发出警告,称该行业面临产能过剩的窘境。而国内业界人士对此并不赞同,称目前该行业只是刚刚起步,预计未来对锂电材料的需求将会有爆发性增长。

锂电铸就“第一妖股”

成飞集成增发募集资金拟用于锂电池项目,股价在两个多月的时间从12元左右最高飙升到52.29元,涨幅超315%。

被称为今年股市“第一妖股”的成飞集成,和“锂”攀亲后股价一飞冲天。

7月6日,成飞集成公布定向增发预案,拟募资总额不超过10.2亿元,用于增资中航锂电建设锂离子动力电池项目。从此,该股开始受到市场追捧,股价在两个多月的时间从12元左右最高飙升到52.29元,涨幅超过315%。

异常的股价波动引起了证监会的注意,成飞集成因此受到证监会调查,甚至被交易所两次临时停牌。深交所9月9日发布公告提示投资者,一定要警惕“概念炒作”中的风险和危害,成飞集成作为炒作典型被深交所点名批评。

不只是成飞集成,从7月开始的三个月内,31只“锂电池概念股”中近九成上涨,8月份上市的赣锋锂业和天齐锂业更是打破了此前新股上市频频首日破发的“魔咒”,首日分别大涨185.99%和176.83%,分列8月份上市新股涨幅排行冠军和季军。“锂电池概念”是促成这两只股票大涨的重要原因。

9月27日,巴菲特到访中国,行程中除了慈善晚宴,其他全部和汽车制造商比亚迪有关。从巴菲特在比亚迪的参观内容来看,主要集中在与电动汽车有关的项目上。受“股神”影响,为电动汽车提供能源的“锂电池概念”再度发威,A股市场锂电概念股在国庆假期前集体大涨。

新能源催生“锂电热”

专家认为,特殊的化学特性使锂成为理想电极材料,新能源领域已成为锂产品最主要的消费市场之一。

这波“锂电热”是从国家颁布一系列发展新能源和电动汽车的政策开始的。2010年3月20日,我国颁布《汽车产业调整和振兴规划》,提出了未来三年内中国新能源汽车的发展战略:到2011年,包括纯电动、充电式混合动力和普通型混合动力在内的新能源汽车要形成50万辆的产能,新能源汽车销量要占到乘用车销售总量的5%左右。

而9月8日,国务院下发了《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》,明确了“新能源、新材料和新能源汽车”为战略性新兴产业,并将成为我国国民经济的先导产业和支柱产业。

哈尔滨工业大学电气工程系张立强博士表示,以纯电动汽车和混合动力汽车为主要代表的新能源汽车是在节能减排和低碳发展大前提下的国家战略选择。由于全球性的石油资源紧缺,温室气体排放超标导致温室效应,人类社会的发展面临着严峻挑战,替代传统化石能源的新能源的开发应用必将成为未来的主流。而锂具有密度小、高比能量等化学特性,是电池的理想电极材料,新能源领域已成为锂产品最主要的消费市场之一。

锂矿引发企业争夺

路翔股份控股的亚洲最大固体锂辉石矿实现规模化生产。比亚迪宣布收购西藏矿业旗下扎布耶锂业18%股权,进军锂电池上游业务。

9月15日,由路翔股份控股的四川康定呷基卡锂矿项目在甘孜州通过竣工验收,标志着亚洲最大的固体锂辉石矿实现规模化生产。

2009年9月,路翔股份斥资7310万元收购了四川甘孜州融达锂业有限公司51%股权,拥有呷基卡矿区134号脉锂辉石矿511.4万吨开采权,金属锂含量7.37万吨,是全球第二大、亚洲第一的锂矿资源。该公司董秘陈新华对记者表示,目前对该矿的估值约是一年前的10倍。

时隔一日,比亚迪也宣布,出资2.01亿元收购西藏矿业旗下扎布耶锂业18%的股权,迈出了向锂电池上游业务进军的步伐。扎布耶锂业拥有总面积超过230平方公里的扎布耶盐湖20年独家开采权,该湖为世界第三大、我国第一大含锂盐湖。

一位私募人士王先生对记者表示,锂行业在我国刚刚起步,从目前形势来看,占据上游锂资源的公司更具优势。在他看来,锂矿资源是整个锂行业的核心区域,得到了资源就是得到了这个行业的核心竞争力。据他介绍,锂矿分为固体锂矿和液体盐湖锂两大类,目前国内拥有固体锂矿资源的公司有路翔股份、天齐锂业、赣锋锂业等;而西藏矿业、比亚迪、中信国安则拥有盐湖锂矿资源。还有越来越多的公司正打算进军上游生产。

据报道,戴姆勒表示,随着电池价格持续下降,公司将把重心转至纯电动车型,弱化氢燃料电池汽车(FCV)的地位。

据悉,戴姆勒十多年来一直在研发FCV技术,已经生产少量测试车型(包括奔驰B-ClassF-CELL),并承诺今年将在多个市场推出新的梅赛德斯奔驰GLCF-Cell车型。

在德国斯图加特举办的汽车大会上,戴姆勒董事长蔡澈(DieterZetsche)承认,之前电池价格对于续航里程远的汽车来说令人望而却步,FCV享有诸多优势,但现在那些优势已消失不再。蔡澈表示:“电池成本正在快速下降,但氢燃料电池生产仍然非常昂贵。”除了蔡澈指出的成本原因外,加氢站等基础设施配套不全被认为是影响氢燃料汽车在美国和国外发展的重要障碍。美国能源部指出在全美仅有34个氢燃料加注站,而且大部分还在洛杉矶或旧金山湾区周围。

梅赛德斯奔驰GLC氢燃料电池版(F-cell)车型将燃料电池动力与插电式混动相结合,搭载9千瓦时的电池组、燃料电池堆和燃料罐,纯电动状态下续航里程达50公里,燃料满载的情况下续航里程将达到500公里。该车在底部安装有两个容量为4千克的碳纤维贮氢罐,一次充满仅需3分钟。该车型预计会在今年下半年或明年年初发布,售价约为5万英镑(约合43.05万元人民币),不过戴姆勒尚未确认是否将在美国市场发布。

ups电源做为数据中心不可或缺的应急系统,就是为了防止在突发停电时能够第一时间对机房内的服务器接入电源进行正常工作,所以对UPS电源的维护就非常的重要了。首先要做到这几点:

1、利用供电高峰充电

2、保证电源的环境温湿度

3、重新浮充

4、减少深度放电

以上这4点都是定期对ups电源的维护以便应急时候能够稳定的供电,但是总会有突发事件或者没有及时检查到,比如蓄电池漏酸导致电源出现故障等,祥为漏酸感应线可以安装在蓄电池漏酸隐患处进行实时监控检测。

漏酸感应线可检测到线缆上沿线任何位置酸的出现,与祥为漏液控制器配套使用,在检测到漏酸的第一时间就能通过漏液控制器的快速反应发出告警,最快能达到1秒告警,告警方式多种可自由选择。XW2000漏酸感应线坚固的构造保证无任何金属暴露,甚至可在腐蚀环境下反复使用。

针对云数据中心而言,在供电系统的执行操作过程中,难免会地会突然出现系统故障。哪怕系统故障出現的可能性很低,持续时间的也不长,但造成的危害却往往非常嚴重的。供电系统造成故障时,运作模式将经厉大幅度转变。

因此UPS系统的运用针对网络数据计算机房供电系统不间断运作来讲至关重要。UPS还可以为大型企业云计算的IT管理岗位们保证所须的時间,以保障敏感设施和网络数据免遭电气服务终断的危害。

UPS系统主要由铅酸蓄电池组构成,因铅酸蓄电池组物理上的特殊性,铅酸蓄电池的安全管理和安全使用必须遵循,假如测算管理能力错用,如过于充放电或蓄电池老化,都会致使蓄电池毁坏,以致酸碱液体泄漏,哪怕只有一节电池漏酸碱液,也会嚴重引响整组蓄电池的安全性能,危害专用设备的正常供电。从而,给UPS电池组添置整套祥为漏酸碱监测报警系统极为有重要的。

XW2000酸碱监测报警感应线

深圳祥为漏酸碱监测报警系统由XW-PC-3定位漏液控制器和XW2000酸碱监测报警感应线组成,该系统可实时监测报警电池酸碱液体的泄漏,有效的保障机房安全平稳运行!

为持续推进航管楼高低压供电系统改造工程按计划有序进行,进一步提升UPS系统运行的安全裕度,提供高质量、高可靠性的运行服务品质,5月14日凌晨04:00,甘肃分局供电室顺利完成航管楼UPS系统优化及负载割接转移保障工作,大大提高了末端关键设备的运行安全裕度,为安全生产提供了可靠保证。

改造优化后的各重要场所设备的24小时不间断供电任务将由本次新装的两台UPS系统承载,新旧楼体UPS分离的良好均衡局面。改造前期技术保障部供电室充分考量UPS负载量、路由明晰度、配置冗余度,与各相关部门商讨关键实施步骤,应急保障措施,研讨负载转移方案,多角度评估风险,确保在不停航施工期间UPS系统优化改迁工作全程可控。同时在改造工作全程可控、设备运行平稳及保证航班正常性的根本前提下,技术保障部供电室在改造工作期间安排技术人员全程监控做好监督和跟踪工作,在重要系统机房对核心设备全程值守,确保所辖设备的应急响应及正常运行,经过了两次夜航结束后的深度作业,增强了航管楼设备运行的保护屏障,使UPS系统的各项运行指标达到预期效果。

此次UPS系统优化及负载割接作业的顺利完成源于前期充分的准备、默契的多方联动,接下来,供电室将持续密切监控转移割接后的UPS系统运行状况,为后续动环监控更新及暑运保障夯实安全基础。

在解答机架式模块化UPS有哪些优势这个问题之前,我们先来说说什么是机架式模块化UPS,其实这是两个概念吗,由于两者都主要应用于数据中心以及机房领域,所以经常被大家放在了一起。当然了,今天我们的主要目的是来说说机架式模块化UPS有哪些优势。

机架式模块化UPS有哪些优势:

并联冗余、运行稳定、可靠性高

在机架式模块化UPS中,功率模块部分是并联冗余的,每个模块都配有输入、输出保险和输入、输出继电器,任一个模块发生故障,不影响整个系统工作。

在传统UPS产品中,用户保障安全一般采用的是“1+1”或“N+1”并联冗余方式,只能容错一次。在机架式模块化UPS系统中,用户只需要购买相应的功率模块,即可实现“N+X”的故障冗余。“模块化冗余并联结构”比传统UPS更为可靠。

维修方便、在线处置、可用性高

传统UPS需要专业技术人员到现场维修,模块化UPS所有模块都允许热插拔,用户可以介入维护,直接在线更换UPS备用模块。

机架式模块化UPS在功率器件技术和制造工艺方面继承了传统UPS技术发展的成果,但在系统架构方面,以多模块并联为基础,不仅实现了系统模块的热插拔,而且更好地处理了系统模块**运作、相互协作和平稳转换的关系。

机架式模块化UPS目前比较有代表性的结构

一类是功率模块化UPS.功率模块化机架式UPS由机架加功率模块构成,功率模块中包括传统UPS的整流、滤波、充电、逆变器等部分。但静态旁通与系统的部分监控和显示共用一个机架的。各模块**控制并联运行,机柜上部的显示控制模块仅作为用户开关UPS主机和进行网络化监控平台。

另一类是完全模块化UPS.该类机架式模块化UPS由机架加单体模块构成,每个单体模块内都装有整个UPS电源与控制电路,包括整流器、逆变器、静态旁路开关及附属的控制电路、CPU主控板。每个UPS模块均有**的管理系统。

其实就这两者而言,两类的结构各有优势,也都有极其出色的代表性作品,但其实这两者的区别还是有许多的,比如说安装方式这一块,再比如说整体设计。所以针对这两者的选择问题上还是得看我们自身的需求再根据实际情况来做出选择。

UPS电源使用的9大注意事项:

1

UPS电源在选配上要留一定余量,如4kVA的负载,UPS电源的应配置5kVA以上。

2

UPS电源应避免频繁开、停机,最好在长时间开机状态。

3

新购的UPS电源应进行充放电,这样有利于延长UPS电源电池的使用寿命。一般采用恒压充电,充电初始电流不得大于0.5*C5A(C5可以用电池的额定容量计算出),每个电池的电压控制在2.30~2.35V,以免损坏电池。充电电流连续3小时不变,证明电池已充足,一般充电时间为12~24小时。

4

如厂用电一直正常,UPS电源就没有工作的机会,其电池在长期浮充状态有可能损坏,应定期对UPS电源进行充放电,这样不仅可以活化电池,也可检验UPS电源是否处于正常工作状态。

5

要定期检查UPS电源,每月检查一次浮充电压,如浮充电压低于2.2V,应对整组电池进行均衡充电。

6

要经常用软布擦试电池,以保持电池表面清洁。

7

UPS电源运行过程中的温度控制,因使UPS电源运行过程中温度范围控制在20℃~25℃内,以延长UPS电源蓄电池的使用寿命。在没有空调的环境中,UPS电源的温度控制尤为重要。

8

UPS电源在使用后应立即进行充电,使电池恢复到正常状态。

9

外接电池组至UPS电源的距离尽量短,导线的截面积应尽量大,以增大导线的导电量,减少线路上的电能损耗,尤其是大电流工作时,线路上的损耗更不可忽视。

UPS在日常的使用过程中,只有定期对UPS放电才能延长UPS的使用寿命,UPS电源电池需要每三个月进行一次充放电,怎样对UPS进行放电才能让其尽最大的力量呢?现在,来和大家聊一聊在充、放电过程中的注意事项。

在对UPS不间断电源进行放电时请务必坚持以下注意事项:

1、先要了解在放电之前UPS电源大概能够后备多长的时间,这样在作放电的时候,就有个准备了,防止放电到了后备时间,都不知,造成负载的宕机。造成设备的损坏。

2、如果可以看到ups电池的情况下,先目测电池是否有明显的变形和漏夜现象。

3、如果UPS不间断电源本身具备自动放电功能设置时间,建议让UPS不间断电源自己先进行一下放电,这样可以初步判断电池是否具备放电的能力。

4、在人为放电时,请时刻观察UPS的电池电压的下降情况,以便随时恢复市电输入。

5、对UPS进行放电处理不必完全把电池的容量完全放光,这里只是放到额定容量的3分之2就OK,放电只要起到激活电池的作用。延长ups电池的使用时间。

6、如果是中大功率的UPS电源,一般整流器和旁路输入开关独立设计,建议OFF整流器开关就可以,而不必OFF用户的市电输入开关,防止万一电池放电出现以外,UPS可以立即转到旁路模式工作。

夏日即将到来,机房中的UPS电源怎么做好防雷工作?

UPS电源属于电力电子产品,在雷雨天的时候,打雷也会对UPS电源造成损害,所以需要对UPS电源做好防护。根据《电子计算机房设计规范》提出,在机房的接地的过程中交流、直流工作地、保护地、防雷接地宜共用一组接地装置,其接地电阻按其中最小值要求确定,如必须分设接地,则必须于两地之间加装等电位共地联结器。今天就详细的介绍一下UPS电源的防雷工作:

1、在动力室电源进线总配电盘上安装并联式电源专用高能量避雷器,构成第一级衰减。

2、在机房配电柜空气开关后,安装适当容量的并联式低压电源避雷器,或在UPS专用配电盘上,安装适当容量的串联式低压电源避雷器,构成第二级衰减。

3、对于有信号或通信接口的UPS,为防止雷电波从信号或通信线引入,必须在信号或通信线接口处加装相应的信号避雷器。机房布线要求不能沿外墙敷设,以防止雷击时墙内钢筋瞬间传导强雷电流时,磁场感应机房内线路,把设备击坏。

大家都知道,eps电源和UPS电源同样作为应急电源,都可以在市电异常或者断电情况下为负载提供应急电源,维持负载的正常运行,在这一点作用上,eps电源和ups电源是相同,只不过eps电源是有切换时间的,大约在0.25秒以内,而ups电源是零切换的,可实现瞬间切换,在这一点上,ups电源似乎比eps电源高求高一点。

那么,如果eps电源也实现零切换,这种条件下EPS电源与UPS电源还一样吗?他们有什么区别?

(一)相同点:

其实,如果eps电源切换时间也变为零,也就是eps电源和ups电源都是零切换在线式设计,这样的设计即便市电异常可通过蓄电池逆变提供电源供负载使用,无切换时间。

(二)不同点:

(1)性能的区别:零切换型EPS电源控制芯片及波型发生器等核心部件是使用电机拖动型专用器件,因而整机抗冲出性能、耐受恶劣电网及复杂负载能力最强,但谐波分量稍高波型稍差;强调使用于混合复杂负载的持续供电这一功能。而UPS电源控制芯片及波型发生器等核心部件使用非电机拖动的常规电力电子型专用器件,设计极度强调逆变输出电压/频率的稳定度、输出波型的纯正、改善净化市电干扰等供电品质,但UPS整机的抗冲出性能、耐受恶劣电网及复杂负载能力相对一般。

(2)使用的领域不同:零切换型EPS电源是在UPS电源的基础上衍生出来的不同行业产品,应用的使用时间相对较晚,仅有七、八年的历史。零切换型EPS主要用于铁路系统、医院系统的综合混合负载的不间断供电,及大型场馆和隧道的高压钠灯等金属卤素灯应急照明;而UPS一般用于精密仪器负载,要求供电质量较高的场合。零切换型EPS没出来之前,铁路系统、医院系统和高压钠灯等均是使用UPS,但UPS匹配强感性负载及混合负载的抗冲出性能、耐受恶劣电网及环境能力相对较差。

(3)行业的设计要求不同:EPS需符合消防安全的设计要求,如阻燃设计、节约占地空间设计、多路输出的配电一体化机柜设计、联动控制设计、人性化的强制起动设计等等。而UPS的设计针对的是IT信息业,强调改善市电的品质及自身不间断供电的稳定性。

(4)保护的目的不同:UPS保护的是计算机、服务器类要害负载,如果系统瘫痪造成的是经济损失,而EPS主要属于人生安全保护类产品,保护的重点是人的生命安全。

由此可见,eps电源虽然与ups电源同属于电源设备,都是为了给负载提供应急电源,但是由于它们在性能、原理、使用领域和作用的对象不同,因此eps电源与ups电源即便都是零切换的状况下,它们也有很大的区别,因此我们要根据eps电源和ups电源使用的环境情况和负载情况的不同做相应的配置处理,不可混为一谈,更不可相互替换使用,以免造成难以估算的损失。

新京报讯(记者庞礴实习生赵鑫)2019年4月11日,南阳市政府花了8600万元,从金华青年汽车制造有限公司(下称“青年汽车公司”)买回了72辆氢燃料客车。车辆的供应商就是“水氢车”的制造商,南阳洛特斯新能源汽车有限公司。

一名知情人士表示,氢燃料客车订单是南阳市政府为吸引青年汽车集团在南阳投资而开出的条件,其他配套条件包括税收优惠、位于高新区400亩左右的工业用地和由政府出资建设的厂房。

5月25日下午,新京报记者来到南阳市卧龙交通枢纽,先后见到5辆氢燃料客车,一名驾驶该种客车的司机说:“(氢燃料客车)以前都是充电的,实在没时间排队时才去加(氢)气。昨天听说记者来了,今天(公交公司)就让我们过去加点(氢)气。”

上述司机表示,这样做的原因很简单:氢气成本每公里约5元,电力成本只有0.3元。

不过,这种多数情况下充电的氢燃料客车获得了南阳市政府的订单。据“商用汽车总站”报道,每辆客车获得国家补贴50万元,河南省补贴15万元。

5月25日下午,新京报记者在卧龙公交枢纽看到,这里停放的公交车分为电车、氢燃料车两种。氢燃料车车头贴有银色的“青年”二字,车身标记着“氢能客车”“绿色环保”等字样,车辆附近配有充电桩。

多名公交司机告诉记者,这些“氢能客车”有氢气、电力两套系统,可以切换使用。多数情况下,他们会为“氢动客车”充电,因为这样更划算。

一名公交司机表示,从起点卧龙公交枢纽站到终点南阳世界月季园站,路程为20公里出头,充满电走,耗电量约为1/3。也就是说,充电一次大约可以行驶60余公里。公交站使用的是大工业电,夜晚的价格为0.2元一度,完全充满一次只要十几元,每公里成本在0.3元左右。

与此相比,氢气成本贵出许多。上述司机说,由于南阳本地没有氢气站,客车只能依靠从外地运来的罐装氢气。外地的氢气每公斤价格大约六七十元,每部客车可装30公斤氢气。据“商用汽车总站”报道,充满氢气后,客车续驶里程为400公里,折算下来,每公里的氢能源成本为4.5元到5.25元。

另一名公交司机表示,目前,电费成本由公交公司承担,氢气成本暂时由青年汽车全额补贴。“因为公交公司的领导担心(加氢气)花费太多导致对方反悔,所以要求司机尽可能充电。”

5月25日,一辆氢燃料车正在充电,位于车子另一边的充气口呈关闭状态。新京报记者庞礴摄

这名司机表示,青年汽车很负责,派驻了几十名员工在卧龙公交枢纽常驻,“平均每辆车都有一个人盯着”。有时汽车会在半路抛锚,这些工作人员会立刻赶到,处理包括线路、电池、氢转电设备在内的一系列问题。

项目背后的国家补贴

据微信公众号“南阳公交”发布的消息,2019年4月28日,首批72台氢能源公交车在南阳正式上线运行,使用“氢燃料电池”,车内的普通电池系统未被提及。“商业汽车总站”网站的相关报道指出,上线车辆整车全长10.15米,装有4个氢气瓶。

根据南阳市政府采购中心于2019年4月11日发布的成交结果公告,该批次氢能源公交车的供应商为“南阳洛特斯新能源汽车有限公司”,共采购金华青年汽车制造有限公司生产的青年牌燃料电池城市客车72辆,单价120万元,成交总金额为8640万元。

依据上述公告,采购未进行招投标。公告给出数个理由陈述采购来源单一的原因,其中一项是,目前在各地采购的宇通等其他品牌客车,10米级的氢能客车销售价格基本都在220万/台左右(不包括国家补贴),青年氢能公交客车只有120万元,价格优廉节省采购成本。

然而120万元并非客车原价,而是扣除国家补贴后的价格。5月6日,青年汽车公司副总经理陈朝梁接受“商用汽车总站”网站采访时说,该批车辆出厂售价为190万元,南阳成交价已扣除补贴部分。

该报道详细说明了氢燃料客车获得的补贴:依据财政部、工信部等四部委发布的《关于调整完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》,该型号商用车可以获得国家上限补贴50万元;而河南省《关于调整河南省新能源汽车推广应用及充电基础设施奖补政策的通知》明确,燃料电池车按国家补助标准的30%给予推广应用补助,即15万元。

如果参照电动车的补贴标准,这款客车未达到国家补贴门槛。依据2019年3月财政部等四部委发布的《关于进一步完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》,纯电动乘用车获得补贴的门槛为续驶里程250千米。而南阳市购买的氢能源客车,依靠电能只能续驶60千米。

对此,一名知情人士向新京报记者表示,这笔氢能源公交车订单是南阳市政府为招商引资而向青年汽车公司开出的优惠条件,南阳市政府开出的其他条件包括但不限于大约400亩的工业用地、政府出资搭建的厂房和税收优惠。

正在搭建电解水制氢装备:

先用氢制电,再用电制氢

卧龙公交枢纽内的两名公交车司机告诉新京报记者,因为从外面购买氢气太贵,枢纽内正在搭建电解水制氢的装备,但具体何时建成尚未可知。

据一位不愿具名的新能源储能电池及材料专家表示,如果通过电解水制氢,再由氢气发电,“在理论上,效率可以达到百分之百,也就是说用多少电制氢气,就能发多少电。”但在实践中,转化、存储都会造成能量损耗,“如果用电解水制氢,还不如直接使用电力。”

据国金证券2016年发布的研究报告,水电解制氢的方法能耗较高,水平约为4.5-5.5千瓦时每标立方,即50-67千瓦时每千克。按照0.4元每千瓦时的电价计算,仅制氢成本就超过每千克20元,这还不算制造过程中的损耗。转换为电能后,每一个气体体积单位(Nm3)的氢气,发电量为1.25千瓦时。这意味着用电制氢、再从氢转电的过程中,四分之三的能量会被消耗掉。

依据上述报告,现阶段最佳的制氢、运氢搭配为氯碱工业副产氢加气氢拖车运输,即建设加氢站,将工业生产中副产出的氢气运到加氢站并存储、使用。利用这种方法,氢气成本可控制在17.9-19.2元每千克。

建设加氢站意味着更多投入。依据高工产研氢电研究所于2019年2月底发布的报告,中国单座加氢站投资规模为1200万元至1800万元,截至2018年底,国内建成的在运营加氢站共23座。2017年,佛山启用了首个市场化运作的加氢站,据南方网报道,该加氢站投入了1550万元,占地面积6.7亩。

5月25日,南阳市卧龙公交枢纽,氢燃料车使用的充电桩。新京报记者庞礴摄

上述新能源储能电池及材料专家表示,市面上氢气价格普遍为每公斤六七十元,氢气的制造、存储和运输成本高,短时间内价格不会有明显变化。

“现在商用的氢燃料汽车,只有日本有比较成功的例子。”这名专家说,在国内,氢燃料多数用于科研和军事,出于成本考虑,现在的民用推广还有难度。

一、EPS电源切换时间要求

不得不提及一种设备:自动切换装置。自动切换装置一般采用功率继电器、交流接触器、互投开关、固态开关等构成,自动切换装置决定了EPS电源应急切换时间长短,当然国家相关标准对消防应急灯具及消防设备专用EPS应急电源切换时间也有明确要求。不同类型的负载对EPS电源应急切换时间要求也不一样,如一般区域内消防应急照明EPS电源切换时间要求小于5s,但是高危险区域使用的消防应急照明要求EPS电源切换时间小于0.25s;高压气体灯具要求更短,而风机、泵类、卷帘门、电梯等负载,应急切换时间要求也会在数毫秒。当然,切换时间的并非越短越好,在能满足应用需求的前提下,适当慢一点切换可在其他方面获益,比如降低损耗、减少暂态冲击、提高可靠性等。

二、EPS电源应急切换工作方式

市电正常时,EPS电源的逆变器处于备电状态,应急切换工作方式有冷备份与热备份两种:

在冷备份时,逆变器只是控制部分处于工作状态,功率部分处于加电待机状态,但不启动;

热备份时,整个逆变器处于很长运转状态,但不承担负载。当逆变器热备份时,最短切换时间基本决定于所用切换时间的动作时间。

而当逆变器冷备份时,最短切换时间还要受逆变器启动时间的制约。特别是容量较大的EPS电源,如果启动过快逆变变压器和低通滤波器会产生很大的暂态冲击,甚至可能损坏IGBT功率器件,因此逆变器一般采用软启动,且功率越大、启动越慢,大容量EPS逆变器的启动时间可达数秒之久。如果要求更快的切换时间,最好采取热备份工作方式,此时EPS的待机损耗自然要增加许多,整机效率相对下降一些。

至于使用哪种切换装置,这主要是依据对切换时间的要求而定。如要求毫秒级的切换时间,那么久只能采用固态开关切换,且逆变器要处于热备转态,同时市电同步电路不断侦测市电相位和波形并控制空载的逆变器输出相位和波形与市电一致,保证在应急切换时在最短的时间内逆变器输出与市电跌落时的相位,避免逆变器产生环流(切换过程可参见下图示波器照片)。与同容量的机械切换开关相比,固态开关切换的造价要高得多,通态损耗也会相对比较多。在对切换时间没有苛刻要求的应用场合,一般采用机械切换开关进行切换,容量较小的EPS电源一般采用功率继电器,功率较大的EPS通常采用互锁的交流接触器或自动互投开关。与交流接触器相比,自动互投开关动作较慢,但由于互投开关具有机械自保持特性,对于不频繁的切换而言,在长期运行的可靠性方面更具优势。

三、EPS电源应急切换技术发展史那段趣事

体育场馆多数使用的是金卤灯、高压钠灯等照明灯具,这类照明灯具对于电源故障应急处理要求苛刻,切换速度要快,小于3毫秒,否则就要重新启动;而金卤灯、高压钠灯启动速度比较慢,倘若市电中断时,应急电源没有及时供应,就会造成赛事直播的中断,后果严重。早在2008年奥运会体育场馆筹建期间,由于金卤灯的采用,要求应急照明切换时间须小于3毫秒,当时的EPS电源均未能达标,被动采用UPS电源方案,导致了巨额电量浪费。基于此,时任奥运会主体育场鸟巢电气总设计师李炳华先生到处寻访,最终发现柏克EPS电源的每次切换时间均在1.8毫秒以内;凭借这一卓越的性能指标,柏克也最终成功出位于广州亚运会。

奥运会主体育场鸟巢电气总设计师李炳华考察柏克并实测快速切换技术

早年柏克快速切换技术实测波形

近年柏克快速切换技术检测报告

EPS电源在满足可靠供电基本功能的基础上,其应急切换时间不断地被缩短,这让EPS电源承载覆盖面越来越宽泛。对于《EPS电源切换时间》文中内容,若有疑问或对祥华电力航天柏克EPS电源应急切换技术感兴趣者,请联系我们工作人员。作为航天柏克四川营销服务中心,四川祥华电力拥有12年EPS电源选配及实施的丰富经验;四川祥华电力将持续在改善电能质量问题上发力,我们希望和设计院、业主单位以及机电集成商一起,共建一个良好的供电环境。

EPS线条安装细则

1、根据安装施工图纸,在待安装EPS线条构件的部位弹出定位线指点中线或边线。

2、根据图纸安装尺寸切割EPS线条。EPS构件均为标准尺寸,切割时要考虑拼接缝宽。

3、惠固EPS构件粘贴时,网格布应当翻包,如有特殊情况可直接粘贴不翻包。聚苯EPS构件粘结剂使用优质粘结砂浆,采用薄层满粘法进行粘贴,用力挤压EPS构件使砂浆从周边溢出,粘接缝宽不大于3mm。粘结缝应随粘随勾,灰缝饱满,并保持EPS构件表面的整洁。

4、对于较大EPS构件,安装时要求设置支撑进行临时固定。

5、安装时,若需拼接,应事先测量好拼装尺寸和角度,并在平整地方进行预拼装,缝隙不大于3mm。用优质粘结砂浆作拼接粘结材料,砂浆稠度可稍大些,采用薄层满粘法进行。拼接时要求稍微、均匀用力挤压锤打,以使灰缝满足要求。

6、拼接完灰缝应用灰刀勾平,使EPS构件成为一体。干燥后,若EPS构件拼缝处留有多余粘结砂浆可用砂纸进行打磨。

7、干燥后,EPS构件拼接部位采用EPS构件抗裂专用胶进行处理。处理方法见抗裂专用胶使用说明。

其实在我们的实际生活中也会经常使用到eps线条,那么真正可以使用的前提是需要安装好,安装其实也是非常重要的一个环节之一,而它的存在针对以后的工作效率来说还是至关重要的,下面针对其运用方面进行一下分析。

1)首先我们要在安装西奥eps线条的位置将定位线弹出(中线或者边线),当然这个位置我们是需要通过施工的图纸找到的。

2)对于西奥eps线条的切割工作来说,也是需要根据图纸上的安装尺寸来进行的,正常情况下eps构件的尺寸都是标准的,但是在切割的时候我们一定要注意拼接缝宽的问题。

3)西奥eps线条在进行粘贴的时候,首先要检查一下网格布是否处于翻包的状态。正常情况下是翻包的,如果遇到什么特殊的情况没有翻包也是可以的。聚苯EPS构件粘结剂一定要使用优质的粘结砂浆,粘贴砂浆的方式采用薄层满粘法,粘贴好后并不是完事了,还需要进行挤压西奥eps线条,目的是将多余的砂浆挤出来。切记粘接缝的宽度绝对不能大于三毫米,灰缝处理的一定要饱满,同时构件的表面一定要保证清洁程度。

4)如果说构件比较的大,我们是需要设置支撑的,就做好临时的固定工作。

5)灰缝拼接好后,我们是需要用灰刀进行勾平处理的,这样eps构件才可以很好的形成一体,等待干燥以后,对于多余粘结砂浆可能会存在构件的拼缝位置,我们可以用砂纸将其打磨掉。

6)干燥完成后,对于拼接的位置我们是需要采用专用的胶进行处理的,具体的使用方式还是需要详细的阅读其说明书。

很多客户在使用eps消防应急电源一段时间后,因为各种各样的原因需要增加应急时间,但是又不想重新采购eps消防应急电源主机,因此就有人想到在EPS消防应急电源外部自行加装蓄电池组的做法,那么,这样做可以吗?有哪些需要注意的问题呢?下面EPS消防应急电源厂家为您讲解一下这里面需要注意的问题。

如果想给EPS消防应急电源外部自行加装蓄电池组以增加其应急时间,需要在设备主机和蓄电池组之间增加一条连线将两者直接接通,但是中间的这跟连线不易过细或者过长,否则容易出现下面一些问题。

当设备处于轻载运行时,表面看起来一切正常,然而当处于重载运行时,它会在没有任何故障先兆的情况下突然损坏,这种故障容易发生在应急电源的负载量超过其标称容量的60%以上的时候。

此外,外配充电器应具备恒流恒压特性,因为一般的充电器极容易造成电池在充电初期发生过流充电,致使蓄电池的容量迅速下降,内阻增大,大大缩短了蓄电池的使用寿命。严重时,有可能连充电器本身都会烧毁。

因此,eps消防应急电源厂家建议用户应定期检查蓄电池的端电压和内阻,以确认电池组具有足够的实际可供使用的容量以备市电供电中断时使用,并考虑采取以下预防措施:对于蓄电池长期处于只充电不放电的eps消防应急电源来说,为防止因"储存老化"而损坏。eps消防应急电源厂家建议用户应在每隔2~3个月的时间段,人为的中断市电供电,让eps消防应急电源中的蓄电池放电一段时间,以达到激活电池的目的。对于不间断电源长期处于市电低压供电或频繁停电的用户来说,为了防止电池因长期充电不足而过早损坏,应充分利用供电高峰(例如在深夜)对电池充电,以保证电池在每次放电之后有足够的充电时间(电池被深度放电后,充电至其额定容量的90%,至少需要10∽12小时左右)。

经过eps消防应急电源厂家的分析可以看出,在EPS消防应急电源外部自行加装蓄电池组是可行的,但是加装蓄电池一定找行业内懂电路的技术人员,还要对蓄电池内部进行检测,包括充电器也要买恒流恒压的充电器,定期对蓄电池进行充放电,这样才能延长蓄电池的使用寿命,eps消防应急电源应急时间才能更有保障。

很多人对于eps和ups都不甚了解,尽管查了很多资料,可能都不是特别理解其含义,今天eps消防应急电源厂家科能达从销售的角度为您分析怎样去理解EPS与UPS?高频机与工频机?

一、EPS与UPS

可以从切换时间,输出稳压,工作模式这三点去理解。

1.切换时间:UPS为0秒(实际不超过10毫秒),不间断,EPS为5秒,有间断,eps消防应急电源。

2.输出稳压:UPS输出稳压为正负5%,EPS为正负10%。

3.工作模式:UPS的逆变器市电和应急时一直工作,EPS为应急时才工作,市电时是休息的,eps消防应急电源。

综合以上:因为UPS切换时间约为零,加之市电和应急时输出都要稳压,故UPS中的逆变器是全天候工作的,逆变器温度控制困难,因此UPS成本高寿命短。EPS消防应急电源中的逆变器在市电时是休息的,仅在应急时工作,成本低寿命长。

通常UPS不间断电源用在高级场合,如医院、机房用的电源对切换时间和稳压要求较高,故选用UPS不间断电源,有的医院要求输出稳压在正负2V,在UPS不间断电源达不到时,就需要在UPS输出增加一级或二级交流稳压器。消防系统对切换时间和稳压要求不高,故国家规定使用EPS(FEPS),即eps消防应急电源。

二,高频机与工频机

整个ups不间断电源系统,所有功率器件,如顺变器(AC/DC)、电池升降器(DC/DC)、逆变器(DC/AC)都工作在高频(如10KHZ以上)状态,那么这个电源就属于高频机。

如果这些ups不间断电源功率器件中顺变器或电池升降器环节使用了工频(50HZ),尽管其它环节还是高频,那么这个电源就属于工频机,ups不间断电源。高频机工作效率90%左右,工频机80%左右。高频机适合小功率(多数在5KW以下,少数达30KW),工频机适合大功率(高达250KW),ups不间断电源。

俗话说:便宜没好货,好货不便宜。那么对于建筑外装饰行业来讲,这句话是否也适用呢?

目前,建筑外装饰主要用料是GRC和EPS两种。

GRC中文名为玻璃纤维增强混凝土,主要增强辅材为耐碱玻璃纤维,胶结材料为低碱度硫铝酸盐水泥,以及河砂或或海砂或石英砂构成。主要用途为装饰制品、墙板(类似于幕墙板)等。其中装饰制品主要包括罗马柱、窗套、门套、梁托、花饰等等,墙板主要是指幕墙板。

EPS是随GRC构件行业和外墙保温材料的发展延伸的一个新兴产品,主材以聚苯乙烯保温板(即泡沫)为基础,应用电热丝切割设备对板材进行切割成各种线条。主要工艺方法是以泡沫为填充物,铺设网格布,再外挂一层砂浆即可。基本上GRC能够制作的产品,EPS同样也可生产。

就价格而言,GRC的价格要高于EPS。目前GRC的市场价格在400-1000元/平米不等,而EPS则基本在200元/平米以内。为何会有如此大的价格差异呢?

首先,使用寿命不同。寿命不同的主要原因是原料不同。水泥+耐碱玻璃纤维的组合价格是远远大于泡沫+网格布的组合价格的,耐久性也是不言而喻的。这也是GRC能够经受风吹雨打而屹立不倒的主要原因。

其次,防火性能不同。水泥的防火性能是泡沫不能比拟的。而一座又一座的古代建筑失火让国家对建筑的防火性能日益看重。这也是GRC巨大的优势之一。

最后,重量不同。EPS最大的优点是轻盈。轻盈对于工程来讲会带来许多的优势:因为重量轻,所以运费便宜,可以为客户省下一大笔运费;因为重量轻,所以安装方便,一个人便可进行安装。

总得来说,GRC与EPS做为建筑行业中最主要的两种装饰材料,两者各有所长,也各有不足,一般在质量要求较高的工程中,会优先选择GRC材料,而在高层建筑中,会优先选择EPS,因为其轻盈而更加安全。所以,是否是好货是相对而言的,选择合适自己的才最重要。

EPS电源作为一种后备式电源、消防电源,无论是在工业、消防、精密仪器设备等系统的应用中,EPS电源在敷线的时候应该要根据国家相关规定来明确安装摆放,EPS电源室的设计也要符合满足相关的条件,才能更安全更高效更稳定的为电子设备提供后备电源的保护。因此EPS电源装置室设计应满足以下一些条件:

1、EPS电源装置室宜接近负荷中心,进出线方便。不应设在厕所、浴池或其它经常积水场所的正下方或贴邻。,这些地方比较潮湿,对于整个电源的应用大为不利,而且很不安全。

2、当EPS电源装置的蓄电池采用密封阀控蓄电池时,装置室与蓄电池室可以合并设置。如果配套采用其它类型蓄电池,且此类型蓄电池在某种工况下,有有害气(液)体溢出时,装置室与蓄电池室应分开设置。装置附近应设有检修电源。

3、EPS应急电源装置室应有良好的防尘设施,室内环境温度宜在5~300(2,相对湿度宜在35%~85%范围内,如果这些条件不是很好,最后有机房精密空调的为满足这些室内环境。

4、EPS电源装置室应根据蓄电池的安全运行条件和标准及对人体的损害程度,设置通风措施,使有害气体不至于聚集,导致事故发生。

以上就是EPS电源室设计应该满足的条件,好的环境可以促使好的电源更好的应用,特别是重要的EPS应急电源,所以在安装设计EPS时尤为注意。

现在很多商场包括高层建筑的消防通道都会安装应急灯,用于在市电断电情况下提供应急照明,帮助大家在消防通道安全逃生,不过还有一些建筑内部的消防照明灯采用的是集中eps应急电源供电的方式,这种集中供电的eps消防应急电源随着其在供电方式,系统可靠性,使用寿命,维护管理上的突出优势,因此使用范围越来越广,下面从这几个方面进行对比分析,希望能够对您有些帮助。

一、供电方式及负载类型

eps应急电源采用集中供电方式,其负载的应急灯本身不带电源,正常照明出现故障时,集中式EPS应急电源进行供电,供电方式更灵活,满足各种用电负载要求。

消防应急灯采用独立供电方式,自带备用蓄电池进行供电,当正常电源切断时,备用电源自动投入。独立供电需要专用灯具,不能为其他设备提供应急保障电源。由此可见,集中供电方式供电数量较少,EPS应急电源更能全方位满足各种灯具及负载用电需求。

二、系统可靠性

集中型eps应急电源照明系统中,所有灯具内部复杂的电子电路被省掉了,只有集中电源部分有易损的电子元件,而其工作环境较为理想。因此单纯就故障率来讲集中供电式eps应急照明系统可靠性要高得多。

独立式应急灯每个灯具内部都有变压、稳压、充电、逆变、蓄电池等大量的电子元器件,整个应急照明系统中的电子元器件的数量就更多,显而易见这种形式存在着大量的故障隐患点,因此集中供电EPS系统可靠性更高。

三、使用寿命

集中式eps消防应急照明整个系统采用独立电源,只有在正常照明电源故障时才启用蓄电池,而且由于电源设备只有一套,可以采用较精密的技术来达到保护、控制蓄电池充放电周期等各个环节;再者系统电源及蓄电池部分一般放置在专用房间内,易于将环境温度控制在有利于电源和蓄电池工作的范围内。

独立式应急灯的正常电源接自普通照明供电回路中,在使用、检修、故障时电池均需充放电;而且由于体积及价格的原因,一般灯具中的充放电电路设计的都尽可能简单,难以达到较好的技术性能指标;再由于应急灯具大部分时间都处于工作状态,其内部温度比较高,这些都会对蓄电池产生不利的影响,缩短其寿命,从而影响应急灯的使用寿命,因此集中供电式eps应急照明系统中的蓄电池寿命大大高于独立式供电应急灯。

四、维护与管理

集中供电式应急照明系统将复杂的电子电路放置在专用的房间内,应急照明灯具与普通的灯具无异,一般电工就能够进行维护;而且随着现代技术的发展,许多厂家生产的集中式应急电源还自带了自动检测功能,可以通过其自身带有的计算机通讯接口,将信号送到主机,用计算机来进行监视与管理;即使系统中不设置计算机管理,其自身仍带用监控系统,在电源发生故障或电源将要耗尽时,发出声光报警,从而大大降低了系统维护与管理的工作量。

独立式应急灯具分布于建筑物内各处,平时由交流电源供电,即使直流备用电源部分故障,平时也很难发现,而且其内部线路复杂,元器件多,维护工作量很大,若在发生灾害的情况时,由于备用电源部分出了故障未被及时发现,这时应急照明系统就不具备应急功能了。因此独立式灯具增加了人工管理费和定期维护成本。

五、系统价格

集中供电由于省去了每个应急灯具内的一整套降压稳压、充电、蓄电池等元器件,应急灯具可以选用普通灯具,整个系统仅在集中应急电源处设置一套上述装置,如果能充分利用其蓄电池容量则会大大降低系统的成本。

独立式由于每个应急灯具内都有一整套降压、稳压、充电、蓄电池等元器件,而且灯具电池容量一般都在4AH以下、使用寿命较短,每年需要更换一次,所以整个系统的价格较高。

六、智能化网络管理系统

RS232RS485接口,远程监控,实现EPS应急电源在线监控工作状态,为用户创造最佳的应急电源管理。独立式应急灯无通讯功能,因此EPS应急电源比独立供电自带蓄电池灯具便于管理。

看了以上几点分析对比,相信大家对eps应急电源和消防应急灯的区别有了大致的了解,通过以上分析不难得出,eps应急电源的综合优势还是比较明显,因此大家日后可以根据需要进行购买。

EPS的全称为紧急电力供给,其肩负着在电力不足的特殊情况下提供备用电力的责任。与UPS电源不同,EPS应急电源并不为人们所熟知,但是由于其特殊的应用领域,EPS电源的设计要求和规范比其他电源都要严格,确保其能够在电力缺失的情况下,安全稳定地提供电力。

EPS的三路输出与三相输出有何区别

EPS的三路输出既可以指同相(单相型EPS)的分支三路输出(特点是三路火线可以短接),也可以是不同相(指三相型EPS)的A相、B相、C相三路不同相路的输出(三相火线不可以短接!),而三相输出是专指三相型EPS的A相、B相、C相的不同相路的输出,三相输出可能只有三路输出,也可能具有很多路输出。

EPS与UPS用蓄电池有何相同及区别

相同点是:

均利用价格不高的铅酸型全密封免维护蓄电池,且设计的蓄电池组逆变电压方案相同,单体电池一般均是采用12V系列最多。

区别是:

UPS要求所配蓄电池的性能全面,尤其强调注重蓄电池使用寿命,而EPS除要求各性能外,着重强调的是蓄电池深度放电这一性能。目前UPS对蓄电池的检测功能基本上只是针对整个蓄电池组,而不能检测单个蓄电池的实况,而EPS强调的是针对整组蓄电池的每个单体蓄电池的检测,要求更具体更完善,这也是消防行业的特殊要求。UPS用蓄电池备用时间从几分钟到十几小时均有,而EPS的备用时间一般为60-120分钟,更长更短的时间极少。

EPS能用于UPS的应用场合吗

UPS的应用场合一般要求是:后备式逆变切换时间小于0.01秒,在线式为0切换。EPS的逆变切换时间一般都要大于UPS,所以一般的EPS不能应用于UPS的使用场合,而如果EPS特殊设计改进逆变切换时间达到小于0.01秒要求,且对负载供电质量要求不高的情况则可以代替UPS使用,而且还可以达到节能的目的。

UPS能用于EPS的应用场合吗

EPS配带的一般是强感性负载,UPS配带强感性负载势必造成功率匹配比上的经济浪费,而且在线式UPS在市电正常时,整流器和逆变器等一直是在不间断地发热工作,需造成大约10%-20%的无功电能的浪费。另外最大的问题是:UPS即使当时能简单代替EPS装上去使用了,但到消防装备验收时一般是通不过,验收不了。即使蒙混过关验收了,如发生火灾时由于EPS原因造成人亡事故谁都逃脱不了责任。因此说,UPS决对不能代替EPS应用于消防场所。

EPS能作民用逆变器用吗

EPS能作各种民用逆变器使用,只是相对造价较高,一般百姓接受不了,且一般还需要扩充蓄电池柜以获得更长的备用时间所需。

动力型EPS的独特应用是什么

动力型的EPS的应用针对的是纯动力型负载(如电机)且对切换时间要求极短的应用场合,这是其他可持续供电电源(如发电机组)不能替代的产品。

EPS的机身尺寸、颜色、壁厚一般有何要求

EPS的机身尺寸设计一般需遵行三原则:(1)不占用配电室太多空间,要求向高度发展,且尽量使所配蓄电池内置于一体化机柜内;(2)地震等剧烈振动时机身不容易翻倒,要求底部长、宽尺寸适度;(3)进出线的引入方便。

对颜色有要求的用户一般要求EPS的机身颜色必须与周围配电柜等颜色一致,一般是陀灰色或微机灰(灰白色)。机柜壁厚一般要满足主机内工频变压器及大容量蓄电池的重量承重支撑。小功率型一般是1.5-2mm,中大功率型一般是3mm以上。

EPS目前国内能做的最大功率是多少

三相型EPS目前国内能制造的最大机组功率是500KW,用于省级项目的一级负荷,国内已有多套使用。国际上目前能制造的最大的单体三相功率模块是130KW(西门子)。

照明型EPS逆变波型为方波能用吗

逆变波型为方波的照明型EPS,市场上极少见,仅能配带白炽灯及节能灯,而荧光灯、金属卤素灯、钠灯等则不能使用,更不能用于动力型等其他负载设备。

动力型EPS能用于应急照明吗

动力型EPS一般具有变频启动功能,一般切换时间相对较长一些,启动间会形成照明灯具的发光器由暗慢慢变亮现象,不太适合应急照明场合使用,尤其是不适合特殊场合下的应急照明使用。

照明型EPS能用于电机类负载吗

照明型EPS一般不用于电机负载,这是因为照明型EPS一般是单相型,而电机大多是三相型,即使是单相电机也会造成功率匹配比过大的经济浪费(1:5以上);除非在照明型EPS后端(单相电机的前面)加装单相变频装置。这样一来整机价格也不低。

混合型EPS能单独用于电机类负载吗

能,混合型EPS单独用于照明时一般是在功率较大(10KW以上)的场合;单独配带电机负载时会造成功率匹配比上的经济浪费,一般较少使用这种单独匹配电机类负载方式。

上游材料端:

尽管2019年新能源汽车补贴退坡幅度高达50%,市场上出现了磷酸铁锂电池回暖的猜测声音。但是从2019年第一季度的数据来看,三元锂电池仍将是主流。未来动力电池仍将往高镍化方向发展。

材料体系规划:LG化学目前所生产的电池以NCM622为主。未来将从NCM622做到70%的镍,10%的钴和20%的锰以达到NCM712。目前的情况是622软包电芯正在量产,712型正在积极开发,会在两到三年内进行大规模生产。

NCM811正极材料更适用于圆柱电池,会大量生产用于电动公交车,第三代电池主要的发展方向是增加能量密度(增加镍含量),降低成本(减少钴含量)和提高充电性能(引入人造石墨负极)。

从LG化学的材料体系规划来看,未来LG化学所生产的动力电池中,镍和锂的使用量将持续增长。提前锁定氢氧化锂原材料,是从长远战略规划考虑。从去年LG化学在上游材料端的布局来看,也可以印证这一猜测:

2017年11月,澳大利亚锂矿企业PilbaraMinerals公司宣布将与LG化学在韩国合资建造锂加工厂。根据协议,拟建设的加工厂投资3.09亿美元,年产能高达3万吨氢氧化锂,计划于2020年1月投产。

2018年,LG化学与来自加拿大魁北克省的矿企NemaskaLithium签订了供应协议,Nemaska将每年向LG化学供应7,000吨氢氧化锂,初步期限为2020年10月开始的五年。这几乎锁定了该公司魁北克省项目2025年之前的全部产量。

2018年8月,赣锋锂业及全资子公司赣锋国际与LG化学签订《供货合同》,约定自2019年1月1日起至2022年12月31日,由公司及赣锋国际向LG化学销售氢氧化锂产品共计4.76万吨。

2018年12月,LG化学与Kidman签订了购买协议。根据协议,LG化学将在最初的10年期限内,每年向Kidman购买1.2万吨的氢氧化锂。

而在镍矿方面,LG化学2017年11月8日宣布,公司向Kemco公司投资10亿韩元(约合89.7万美元),获得了后者10%的股份。Kemco是韩国的硫酸镍供应商。

中游:

在三元前驱体和正极材料方面:2018年4月10日,华友钴业公司全资子公司华友新能源与LG化学签订协议,双方拟合资设立华金新能源材料(衢州)和乐友新能源材料(无锡)公司,生产锂电三元前驱体和正极材料。

据悉,华金公司投资总额10亿元,其中华友新能源占股51%,将主要从事前驱体的生产、销售及相关配套服务,一期生产规模为4万吨/年前驱体,其后将根据市场情况扩大至10万吨;乐友新能源总投资30亿元,华友新能源占股49%,经营范围为正极材料的生产、销售及相关配套服务,一期规模为4万吨/年正极材料,其后根据需要可扩大至10万吨。

在隔膜方面:5月20日,LG化学与恩捷股份控股子公司上海恩捷就采购锂电池隔膜产品事宜签署《购销合同》,合同自2019年4月4日生效,合同期限为5年,总金额不超过6.17亿美元。据相关机构以合同金额按基膜估算,此次合同体量预计超10亿平米。

下游:

LG化学主打软包电池,目前LG化学电芯能量密度在250Wh/kg左右,体积能量密度在530Wh/L左右,可以满足整车400km的续航里程需求。LG化学具有较好的循环寿命,能到达到2000次循环。

据LG化学此前透露的技术规划:2020-2022年单体能量密度将达到300Wh/kg,体积能量密度将达到700Wh/L,可以满足整车500km的续航里程需求。2023-2024年能量密度将达330Wh/kg,可以满足整车600km的续航里程需求。

在产能方面:LG化学宣布,将其2020年动力电池产能目标从70GWh提高至90GWh,提升约29%。届时LG化学在韩国、荷兰、南京和波兰弗罗茨瓦夫将确保拥有年产110GWh电池的生产能力。为了实现这个目标,LG化学不断出现了扩大产能的大动作:

2018年7月中旬,LG化学全球最大电池制造基地在南京正式投产。预计2023年将实现全面达产,年产动力电池32GWh,年产值将达350亿元。

2018年12月,LG化学宣布,公司将向其波兰弗罗茨瓦夫的电池厂追加投资5亿欧元将该工厂的电池年产量提高到70GWh,预计每年可以为30万辆电动汽车提供电池零部件。

2019年1月10日,LG化学官方表示,,将于2020年前在中国南京建设一个电动汽车电池工厂和一个小型电池工厂,两家工厂各投资6000亿韩元(约合人民币36亿元)。计划总投资1.2万亿韩元(约合人民币72亿元)。

此外,LG化学还计划在波兰投资16.3亿美元建欧洲最大电池工厂,预计该电池厂每年的产能将达几千兆瓦时。

后记:

2019年2月,国家发展和改革委、商务部发布《鼓励外商投资产业目录(征求意见稿)》,明确提出了鼓励外资企业在中国进行优质动力电池及其相关产品的投资。这无疑为外资动力电池企业重新进入中国市场打了一剂强心针。以LG化学为例的外资企业正积极打通锂电池上中下游产业链,扩大产能,对我国本土动力电池企业会造成一定冲击。但竞争不一定是坏事,有效竞争对促进技术进步,优化资源配置具有积极推动作用,从而促使我国动力电池产业及新能源汽车产业快速发展。

1.1.电池壳是新能源汽车关键零部件

动力电池系统(动力电池PACK,电池包)是为新能源汽车提供驱动电能的核心能量源,是新能源汽车最关键的零部件之一。动力电池系统主要由电池模块、电气系统、热管理系统、壳体和BMS等零部件组成,通过壳体将电池模块、电气系统、热管理系统和BMS封装,构成动力电池体统的主体。

动力电池系统壳体(电池壳)作为电池模块的承载体,对电池模块的稳定工作和安全防护起着关键作用,除保证强度、刚度和碰撞安全性要求以外,还能满足电气设备外壳IP67防护等级设计要求。众多整车厂专门开发的电动车平台采用底板平台式电池系统布局,甚至将电池壳和车身底板合为一体,改变了传统的车身形态,使电池壳成为车身的一部分,对整车强度、刚度和碰撞安全性形成较大的影响。

因此,虽然电池壳通常被认为是新能源汽车电池包的组成部分,但其涉及车身系统和电气安全,是新能源汽车的关键零部件。

轻量化是电动汽车绕不开的课题,除了车身结构的轻量化,电池包本身也需要轻量化,除了电池能量密度提升、电池模块优化设计以外,电池壳的轻量化也是努力的方向之一。以轻量化为目的,高强钢、铝合金、复合材料等不同材料和制造工艺都在电池壳生产制造中得到了应用。

电池壳作为一个结构件,其生产制造工艺与车身、底盘结构件类似,同时在新材料、新工艺应用方面进一步提升,作为新能源动力系统带来的新部件,为传统制造业带来技术升级和新的市场增量。

1.2.增量市场新蓝海

2018年,我国新能源汽车产销分别完成了127万辆和125.6万辆,同比分别增长了59.9%和61.7%;其中纯电动汽车产销分别完成98.6万辆和98.4万辆,同比分别增长47.9%和50.8%;插电式混合动力汽车产销分别完成28.3万辆和27.1万辆,同比分别增长122%和118%。2018年新能源汽车市场占比4.4%,比上年提高了1.7个百分点。

在我国新能源汽车快速发展的引领下,电动化已成为全球汽车发展的主要趋势,展望未来数十年,以纯电动车、混合动力车为主的新能源汽车销量将持续保持较高的增长速度。

预计到2025年,全球电动车销量将达到每年1100万辆,占汽车总销量的11%;2030年全球电动车销量将达到每年3000万辆,占汽车总销量的28%。

我国将继续引领电动汽车的推广应用,2025年我国电动车销量将达到550万辆,占全球电动车销量的50%;2030年我国电动车销量将接近1200万辆,占全球电动车销量近40%。

传统汽车巨头纷纷加入了电动车发展的洪流,大众、戴姆勒、日产、沃尔沃等公司都制定了激进的电动车规划。根据规划,全球量产电动车车型数量将从2017年年底的155个增加到2022年的289个。

大众集团在2019年集团年会上发布了电动车战略目标,将在未来10年内推出70款电动车型,涵盖大众、奥迪、保时捷、宾利等品牌,到2028年生产电动车共计2200万辆。一汽大众将在2019年推出6款新能源车型,并在佛山基地建设电动车生产线;上汽大众建设的新能源汽车工厂将在2020年建成,预期产能30万辆。

北京奔驰计划在两个工厂新增19万辆电动车产能并投建动力电池基地,先期推出四款电动车型。特斯拉在上海投建的电动车超级工厂规划产能50万辆。

大众、奔驰、宝马、特斯拉等品牌加大在我国投产新能源汽车的力度,将改变我国电动车行业格局,推动我国电动车产业升级,产品高端化趋势明显。

合资品牌和外资品牌对产品质量要求较高,电池壳作为新能源汽车关键核心零部件,也将随着合资、外资品牌的引入进行产品升级,轻量化、可靠性高的高端电池壳产品市场将快速扩张,迎来黄金发展机遇期。

动力电池系统壳体行业研究报告

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电池壳产品价格根据尺寸大小和选用材料及生产工艺不同,价格范围较大。目前,主流的电池壳产品单车配套价值在2000元-5000元。考虑大批量生产以后产品生产成本降低,假设单车配套电池壳价格为3000元,以2025年全球电动车产量1100万辆估算,电池壳市场规模将达到330亿元。

2.1.电池壳轻量化需求迫切

续航里程长是电动车追求的一个重要指标,在电池能量密度提升遇到重大瓶颈的现状下,增加电池组的容量是提高续航里程的最便捷和最高效的途径。然而,电池组的增加直接导致整车重量的增加,使车辆运行的能耗增加,影响整车产品性能。因此新能源汽车的轻量化需求比传统燃油车更加迫切,对动力电池系统减重也是新能源汽车企业重要的课题。

动力电池系统壳体行业研究报告

在动力电池系统中,电池壳占系统总重量约20-30%,是主要结构件,因此在保证电池系统功能安全和车辆整体安全的前提下,电池壳的轻量化已经成为电池系统主要改进目标之一。

2.2.铝合金已成为电池壳主流技术路线

电池壳的主要作用是承载电池组、电气模块、冷却模块等动力电池系统部件,同时保护电池和电气系统在车辆受到外部碰撞、冲击和挤压时不受破坏。钢板、铝板、挤压铝型材、压铸铝等传统的金属材料在不同车型的电池壳中均有应用。玻纤增强复合材料、SMC复合材料、碳纤维复合材料等多种轻量化复合材料也在电动车项目中采用或开展了相关研究。

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日产Leaf电池包采用了钢制壳体,主要工艺为钢板冲压和点焊连接。钢制壳体能够提供较高的强度和刚度,且加工工艺简单,是车身制造领域最传统最成熟的工艺。

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铝合金已成为汽车轻量化的主流趋势,虽然成本偏高,但其优异的加工性、耐腐蚀性和可回收利用等优势使铝合金材料在汽车领域应用越来越广泛。铝合金在电池壳产品上的应用也较多,铝板、挤压铝、铸造铝三种不同类型的铝材都在不同的项目上得到了批量应用。

混动版CadillacCT6和AudiQ7e-tron均采用了铝合金壳体。两个车型的电池下壳体采用压铸铝合金,上壳体(盖板)采用铝板冲压件。

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铝合金压铸下壳体采用一次成型工艺,工艺简单,结构完整性较好。能够提供较好的强度、刚度和密封性能。铝合金上壳体主要起密封作用,辅助提供刚度和强度,采用铝板冲压件能够很好地降低重量。

受压铸机设备吨位限制,压铸件尺寸受到一定限制,因此铝压铸壳体尺寸较小,一般常用于混动车型动力电池系统。

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特斯拉ModelS,ModelX,Model3电池壳均采用铝合金挤压型材和铝板焊接结构。挤压型材拼焊构成的框架能够提供足够的刚度和强度,铝板冲压件作为盖板与框架结合对电池系统进行密封。

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铝合金框架和铝板结构电池壳结构设计灵活,能够提供较好的减重效果,且工艺比较成熟,得到了众多车企的青睐,奥迪e-tronPrototype、蔚来ES8、大众MEB等项目电池壳均采用了铝合金框架和铝板结构。

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根据各大整车企业电池系统开发的案例和趋势看,铝合金材料已成为电池壳的主流应用,在混合动力车型应用中以压铸铝和铝板结构为主流;纯电动车型应用以铝挤压型材和铝板焊接结构为主流。

随着合资外资品牌在国内投产,将带动我国新能源汽车产品升级,铝合金电池壳也有望成为我国自主品牌电池系统的主流应用。

3.1.电池壳市场的主要参与者

根据电池壳的产品属性,其既属于动力电池系统,为电池模块、冷却系统、电气系统提供承载和保护,构成独立的电池系统结构。同时属于车身系统,构成车身底板,提供车身刚度、强度和碰撞安全性。从材料类型和制造工艺上看,铝板、铝型材已成为车身和底盘结构件的主要用材,铝合金焊接在车身零部件企业中得到了一定的应用。因此,电池壳产品的供应商主要有两类,一类是从事冲压焊接业务的车身零部件供应商,生产电池壳焊接总成,另一类是铝合金压铸业务或铝合金型材供应商,除供应铝合金压铸电池壳托盘或电池壳型材以外,产品线向下游延伸,开展电池壳总成业务。

动力电池系统壳体行业研究报告

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华域汽车、凌云股份、金鸿顺、华达科技等从事车身冲压焊接业务的零部件企业,在冲压和焊接工艺领域积累了丰富的经验,在电池壳业务方面具有工艺通用性,为开展电池壳业务奠定了技术基础,今年随着新能源汽车产量快速提升,电池壳市场模逐渐扩大,这些公司也积极开拓电池壳产品市场,陆续承接了电池壳相关业务。

旭升股份、广东鸿图等从事铝合金压铸业务的供应商,凭借在压铸行业的技术优势,提供压铸铝合金电池壳产品;亚太科技等铝型材供应商则在铝型材业务基础上延伸,开展了电池壳总成的业务。

从事车身、底盘等铝合金轻量化产品业务的公司也有望参与电池壳领域的竞争。拓普集团具有铝合金压铸车身和底盘零部件、底盘焊接总成等技术和业务基础,参与电池壳市场具备一定的竞争力。

动力电池系统壳体行业研究报告

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华域汽车和凌云股份在车身关键零部件和总成焊接零部件领域具有丰富的经验,在铝合金轻量化车身零部件技术方面也有较强的技术积累,客户资源丰富,在电池壳总成产品领域具有较强的综合竞争力。

3.2.华域汽车:全方位参与电池壳产品业务

华域汽车作为国内业务规模最大、产品品种最多汽车零部件供应商,全方位参与了电池壳产品相关业务。

公司旗下从事汽车铝合金铸造业务的KSHUAYUAluTechGmbH于2017年初切入了电池壳产品业务,子公司上海皮尔博格有色零部件有限公司也已形成铝合金铸造电池壳的应用开发和批量供货能力。

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KSHUAYUAluTechGmbH是华域汽车和莱茵金属50:50股权比例的合资公司,2014年通过将KSPG位于德国的汽车铝合金铸造等业务以合并、转股等方式整合而成立。整合后的KSHUAYUAluTechGmbH公司核心业务为铸造铝合金汽车零部件,主要产品有低压铸造缸体、高压铸造缸体、缸体裙架、缸体机加工、新能源汽车电池壳、铝合金车身结构件等,在低压、高压铝合金铸造技术方面具有较强实力。公司在德国拥有四个生产基地,主要为德国大众、保时捷、沃尔沃、戴姆勒、宝马、标致等整车客户提供配套供货。

2017年初,KSHUAYUAluTechGmbH被某德国高端汽车制造商指定为电池壳体供应商并获得高额订单,为其即将推出的纯电动车供应铝合金压铸壳体。该产品重约9Kg,将用于该整车企业面向欧洲市场推出的一个SUV车型和一个运动型豪华轿车,订单于2018年年中开始生产,总价值达6500万欧元。

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华域汽车子公司上海赛科利汽车模具技术应用有限公司和华域汽车车身零件(上海)有限公司从事车身结构件冲压焊接业务,近年均切入了新能源汽车铝合金电池壳业务。

赛科利主要产品为四门两盖等汽车覆盖件模具;车身结构件热成形产品和铝合金产品;四门两盖、地板等冲焊总成。华域车身收购大众联合发展车身配件有限公司后,产品范围从车身纵梁、地板总成拓展到四门两盖等产品。两家公司具备完善的车身零部件工艺能力和技术储备,是上汽通用、上汽大众、上汽乘用车、上汽商用车的战略供应商。依托在车身制造领域的多年积累和上汽集团内天然的客户关系,两家公司承接了上汽集团整车客户的电池壳焊接总成或焊接部件订单,该产品业务规模有望得到快速的提升。

3.3.凌云股份:高起点参与电池壳市场竞争

凌云股份是中国兵器工业集团下属的一家军民融合企业,主要产品为汽车零部件和市政工程塑料管道系统。公司的汽车零部件产品包括:高强度、轻量化汽车安全防撞系统部件和车身结构部件,新能源汽车电池系统产品,低渗透、低排放汽车尼龙管路系统和汽车橡胶管路系统,汽车等速万向节前驱动轴,汽车装饰密封系统等。

公司在2015年收购德国WAG公司后,在高强度、轻量化车门防撞板、保险杠等汽车碰撞安全件领域形成了较强的市场竞争力,已与奔驰、宝马、奥迪、丰田、本田、日产、通用等著名国际汽车厂商建立起良好合作关系。

凭借WAG在铝合金零部件技术优势和欧洲客户关系优势,公司高起点启动了电池壳产品业务。2017年WAG在国外市场获得了保时捷J1电池盒项目;之后在国内市场获得了宝马汽车新X3车型(G08)电池壳项目等订单,2017年全年共获得6款车型电池盒项目定点。2018年以后,公司相继获得了宝马I20电池盒项目、大众MQB平台、丰田MSEV电池包项目、北京奔驰电池壳项目等业务。

公司与国内动力电池研发和制造龙头宁德时代建立了全球战略合作伙伴关系,公司在福建宁德投建了一条电池壳生产线,以满足宁德时代对电池壳产品的需求。

获得保时捷、宝马、大众、丰田、奔驰等客户电池壳业务是公司积极开拓高端车市场的一项重要成果,展现了公司在新能源汽车电池壳产品配套领域的综合实力,有利于进一步巩固公司在新能源汽车电池壳业务领域的竞争地位。

动力电池系统壳体行业研究报告

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电池壳业务发展的基础上,公司积极与主机厂共同研究开发碳纤维、玻璃纤维等新型材料产品,现已成功研制出热塑性电池壳上壳体阻燃材料,并与部分客户达成批量意向;为丰田开发研制出轻量化水冷板;形成了整个电池盒系统的研发和供应能力。

3.4.电池壳市场迎来多方竞逐

华达科技是汽车车身零部件、发动机总成管类件等冲压及焊接产品供应商,2018年收购了江苏恒义汽配股份有限公司51%股份,切入电池壳产品业务领域。江苏恒义以商用车差速器壳体、减速器壳体和新能源汽车电池壳下壳体、、电驱变速箱产品等铝合金压铸件为主要业务,随着公司不断加大新能源汽车的固定资产及研发投入,新能源汽车产品业务已成为公司营业收入和利润的主要来源,近期已经取得了上汽时代、吉利汽车等知名主机厂及动力电池企业的订单。

金鸿顺主营业务为汽车车身和底盘冲压零部件及其相关模具,公司积极布局新能源汽车零部件领域,与上汽通用、上汽大众同步开发新能源电池盒托架总成,上汽通用项目已小批量交货,上汽大众项目已处于交样阶段。

旭升股份是压铸成型精密铝合金汽车零部件供应商,主要产品包括新能源汽车变速系统、传动系统、电池系统等核心系统的精密机械加工零部件。公司是国内较早开发新能源汽车铝制零部件的企业之一,并形成了明显的先发优势,2014年与特斯拉全面合作,从供应个别零部件起步,发展到产品涉及传动系统、悬挂系统、电池系统等核心系统,并进一步将零件组装总成部件,公司产品线得到延伸,竞争力逐步增强。在电池壳业务领域,公司已与宁德时代合作,供应铝合金压铸电池壳产品。公司拟募集资金投建年产能170万件电池壳项目,提升公司产品竞争力水平,保持公司在新能源汽车领域的领先地位。

广东鸿图专注于精密铝合金压铸件的设计和生产制造,产品主要用于汽车、通讯和机电行业。汽车零部件产品包括用于汽车发动机、变速箱的缸盖罩、油底壳、变速器壳体、离合器壳体、齿轮室;用于新能源汽车动力系统的电池壳;用于和车身结构件减震塔、副车架等。

亚太科技是国内汽车用挤压铝型材和棒材的主要供应商,产品应用领域涵盖汽车热交换系统、车身系统、底盘系统、悬挂系统、制动系统、动力系统等领域外。2018年,公司与前途汽车合资成立江苏华特亚太轻合金技术有限公司,开展铝合金车身、新能源汽车电机壳体总成、电池箱壳体及骨架总成、变速箱壳体总成、铝板金冲压汽车零部件及总成等业务。

助听器电池使用的基本知识

助听器使用的是锌空气电池,电池的稳定性很好,电压稳定,不容易漏液,对助听器不会造成损坏,锌空气电池以空气中氧气为正极材料,所以就不必在电池中放入,电池内就有空间装更多的负极材料,因此,它的容量比其他电池高3-10倍,是实用电池体系中最高的,工作时电压很稳,杂音小等很多优点,是助听器的最佳电源。

从使用的效果方面反映,全数字助听器效果要远远高于模拟机声音更加饱满真实,音质自然,降噪效果好,尤其是在复杂的环境中聆听的清晰度更高,为很多听障患者带来了优质的生活体验,这样的话,建议用户在选择助听器电池时尽可能的优质的电池,电压稳定,不会漏液,对助听器不会造成损坏,换个角度想,如果助听器因为电池的而造成损坏,维修的费用要远远超过买电池的,我们也希望在电池技术上有更大的发展。

锌空气电池的优点是,以空气中的氧气为正极材料,所以就不用再电池中放入,电池内就有更多的负极材料,因此它的容量高,这种电池还具有工作电压稳定,没有杂音,使用时间较长等优点,是助听器的最佳电源。这种电池使用时讲电池上的气孔胶片撕下来,和空气中的氧气一接触,就开始放电工作了,它的电压在气孔封闭时较低,气孔通畅时较高,所有其他电池没有此特性。锌空气电池一般分为A675,A13A312,A10,A5号很少用。电池的实际使用时间与助听器的型号,功率,个人听损程度,每天使用时间以及助听器的程序功能转换有关,A675型电池一般可用15天至20天,A13型10天至15天,A312型7天至10天,A10型可用3至7天。

在电池用完或者没电时,一定要取出,防止漏液或者膨胀。,在夏季雨季或者梅雨季节潮湿的时候,每天将电池舱门打开,和助听器一起放入干燥盒内。

电池保存在阴凉干燥处,高温高湿以及太阳强烈照射均对电池造成很大损害,正常条件下一般保质期是两年。

使用后的电池不要随便乱扔,以免对环境造成污染,要收集起来,送到电池回收箱里或者环保机构,统一专门来处理。

氢是目前全球公认的最洁净的燃料,也是重要的化工合成原料。氢不是一次能源,需要使用一次能源通过转换来生产出能量载体,目前氢气的工业应用大多采用高压气态形式作为燃料或原料。氢燃料电池车(Fuelcellvehicle-FCEV)是使氢或含氢物质及空气中的氧通过燃料电池以产生电力,再以电力推动电动机,由电动机推动车辆,整个过程将氢的化学能转换为机械能。氢能源的最大好处是跟空气中的氧反应产生水蒸气之后排出,可有效减少燃油汽车造成的空气污染问题,现阶段下高速车辆、巴士、潜水艇和火箭已经在不同形式使用氢燃料,而燃料电池车一般在内燃机的基础上改良而成。

制约氢燃料电池真正走向实用、走向市场、走向大众生活的最大障碍是经济规模的制氢、加氢技术及其社会普遍度、技术上(电堆和整车技术)的可靠性等。关于经济规模的制氢我们在燃料电池行业深度报告(一)中深入阐述了,本篇作为系列报告的第二篇将重点讨论加氢技术及其社会普遍度,也就是加氢站及网络的建设问题。

对于经济规模的制氢,在燃料电池行业深度报告(一)中,我们分析了低成本氢源的可能来源,我们认为从目前来看,国内化工副产氢的利用是燃料电池行业供氢的较优选择,国内氯碱、PDH和快速发展的乙烷裂解行业可提供充足的低成本氢气资源,且集中在负荷中心密集的华东地区,在对这些装置进行低强度的改造之后可同时解决燃料电池行业的供氢和副产氢高效利用的问题,未来化工副产集中式供氢+水电解分散式制氢将会是国内燃料电池行业供氢模式的发展方向。

作为系列报告的第二篇,在本文中我们将讨论加氢站建设的技术难点,按照不同的分类方法,加氢站可以分为多种类型:按照制氢地点,加氢站可分为站外制氢加氢站(off—site)和站内制氢加氢站(on—site);按照储存地点,可分为固定式加氢站和移动式加氢站;按照氢气储存状态,可分为液氢加氢站和高压氢气加氢站;按照加注方式,可分为单级加注加氢站和多级加注加氢站;按照制氢方式,加氢站可分为电解水制氢加氢站、工业副产氢加氢站、天然气重整制氢加氢站、甲醇重整制氢加氢站等。

业界通常将加氢站分为站外制氢加氢站和站内制氢加氢站两种。站外制氢加氢站在加氢站内无氢气生产装置,氢气是从氢源通过运输到达加氢站,氢气运至加氢站后,在站内进行压缩、储存、加注等步骤;站内制氢加氢站是在加氢站内自备了制氢系统,可以自主制取氢气,氢气经纯化和压缩后进行储存。目前小型的站内制氢加氢站主要采用站内电解水的方法制氢,另外,还有站内天然气重整制氢、甲醇重整制氢、太阳能或风能制氢等。

站外制氢加氢站的氢气是从氢源运输到加氢站的,氢气运输的方式包括:气态氢气输送、液态氢气输送和固态氢气输送。前两者将氢气加压或液化后再利用交通工具运输,这是目前加氢站比较常用的方式,固态氢气输送通过金属氢化物进行运输。

2.1、气态氢气(GH2)运输

气态氢气的运输通常是将氢气经加压至一定压力后,然后利用集装格、长管拖车和管道等工具输送。

集装格由多个水容积为40L的高压氢气钢瓶组成,充装压力通常为15Mpa。集装格运输灵活,对于需求量较小的用户,这是非常理想的运输方式。

长管拖车由车头和拖车组成,管束作为储氢容器,目前常用的管束一般由9个直径约为0.5m,长约10m的钢瓶组成,其设计的工作压力为20Mpa,约可储存氢气3500标准m3。长管拖车技术成熟,规范完善,因此国外较多加氢站采用长管拖车运输氢气,上海较大规模商品氢气都是运用此方法。上海浦江特种气体有限公司是国内最早运用长管拖车对氢气进行运输的内资企业之一。

氢气长管拖车将氢气运输至加氢站后,装有氢气的管束与牵引车分离,然后与卸气柱相连接,随后氢气进入压缩机中被压缩,并先后送入高压,中压和低压储氢罐中分级储存,需要对汽车进行加注服务时,加氢机可以先后从氢气长管拖车、低压储氢罐、中压储氢罐、高压储氢罐中按顺序取气进行加注。

在美国、加拿大、欧洲有氢气管道运输的方式,管道直径大约为0.25~0.3m,压力范围为1~3MPa,流量在310~8900kg/h之间,目前氢气管道总长度已经超过16000km。管道的投资成本很高,与管道的直径和长度有关,比天然气管道的成本高50%~80%,其中大部分成本都用于寻找合适的路线,目前氢气管道主要用于输送化工厂的氢气。

2.2、液氢(LH2)运输

液氢的体积密度是70.8kg/m3,体积能量密度达到8.5MJ/L,是气氢15MPa运输压力下的6.5倍。因此将氢气深冷至21K液化后,再利用槽车或者管道进行运输将大大提高运输效率。槽车的容积大约是65m3,每次可净运输约4000kg氢气,因此国外加氢站运用液氢运输的方式要略多于气态氢气的运输方式。液氢管道都采用真空夹套绝热,由内外两个等截面同心套管组成,两个套管之间抽成高度的真空。

除了槽罐车和管道,液氢还可以利用铁路和轮船进行长距离或跨洲际输送。深冷铁路槽车长距离运输液氢是一种既能满足较大输氢量又比较快速、经济的运氢方法。这种铁路槽车常用水平放置的圆筒形杜瓦槽罐,其储存液氢的容量可达到100m3,特殊大容量的铁路槽车甚至可以运输120~200m3的液氢,目前仅有非常少量的氢气采用铁路运输。

液态槽车将液氢运输至加氢站,与加氢站连接后进入加氢站的液氢储罐,液氢储罐中的氢通过气化器进行气化,从而进入缓冲罐,随后进入压缩机内被压缩,并先后输送到高压、中压、低压储氢罐中分级储存,需要对汽车进行加注时,可依次从低压、中压、高压储氢罐中按顺序取气进行加注。

2.3、固态氢(SH2)运输

固态氢的运输主要是利用稀土系、钛系、锆系和镁系等金属或合金的吸氢特性,与氢气反应产生稳定氢化物,然后在常温常压下运输至目的地之后再通过加热释放氢气。目前研究较多的贮氢合金有四类:稀土镧镍等,每公斤能贮氢135L;铁一钛系,每公斤贮氢量是稀土镧镍的四倍,且价格低、活性大、还可在常温常压下释放氢气,是目前使用最多的贮氢材料;镁系,是吸氢量最大的金属元素,但释放温度需要达到287摄氏度,且吸氢速度慢;钒、铌、锆等多元素系,这些金属自身就属于稀贵金属,所以只适用于特殊场合。

利用该技术可以大幅度提升氢气运输的体积能量密度,理论上与高压钢瓶同等重量的储氢合金能吸纳的氢气量是高压钢瓶的上千倍,但储氢合金本身价格昂贵,用于大规模氢气运输并不现实。

2.4、运输成本分析

关于氢气运输的成本目前没有统一的标准,在马建新等发表的《加氢站氢气运输方案比选》中通过建模的方式对长管拖车运输、液氢槽车运输、管道输送等运输方式的成本进行了分析,在模型中他们固定氢源到加氢站的运输距离为50km,考虑了固定设备投资、人工、能耗及运行维护成本等因素,最后得出结论:

当加氢站数量在8个以上时,长管拖车运输成本稳定在2.3元/kg,折合46元/(吨·公里),如果加氢站的数量少于8个且规模较小时,长管拖车的利用率较低,这将增加单位成本,最高单位运输成本为4.7元/kg,折合为94元/(吨·公里);

液氢槽车的运输成本最低,随着加氢站数量和规模的增加,最低可为0.4元/kg,折合为8元/(吨·公里),但是没有考虑氢气液化及蒸发的成本,氢气液化设备的投资非常巨大,一个日处理量为120t氢气的液化厂投资约为9千万美元,一个每小时液化能力为30t的液化厂,液化成本为4.5元/kg,因此若考虑液化成本,长管拖车运输氢气的成本在目前还是比较低的;

管道运输氢气的成本主要跟运送量(加氢站的规模)相关,当运送量达到1500kg/天以上,氢气的运输成本为120元/(吨·公里)。

在上面的成本分析中,固定了运输距离为50km,实际上运输成本与运输距离也有很大关系,玖牛研究院分析了距离与运费的关系,发现液氢槽车运输的每公里费用随着距离的增加迅速降低,这是因为运输距离越长,每公里摊销的液化费用越低,当运输距离超过300km后,液氢槽车运输变得比长管拖车运输更经济。

为了使汽车能携带足够的氢气,必须把氢气压缩,压缩的压力越高,储罐所能储存的氢气就越多,其能量密度越大,因此现在国际上燃料电池电动汽车上的氢气储罐压力一般都做到35MPa的工作压力,甚至有做到70MPa工作压力,那么作为给汽车加氢的加氢站,其储罐储存氢气的压力更要高于汽车氢气储罐的压力,才能保证给汽车充气。因此要真正做到给燃料电池电动汽车、氢内燃机汽车加注氢气,使氢气真正作为能源使用,关键在于氢气的升压技术、储存技术和加注技术及其系统集成,特别是储存技术,这是加氢站的技术难点,而对于站内制氢加氢站,技术难点还包括制氢技术以及系统集成。

加氢站与现有较为成熟的压缩天然气(CNG)加气站相似,主要包括卸气柱(站外制氢加氢站)、压缩机、储氢罐、加氢机、管道、控制系统、氮气吹扫装置、放散装置以及安全监控装置等等,无论是站外制氢加氢站还是站内制氢加氢站其核心设备都是压缩机、储氢罐和加氢机,它们分别占到加氢站建设成本的30%、11%、13%,目前国内加氢站核心设备基本依赖进口。

1.压缩机

压缩机是将氢源加压注入储气系统的核心装置,输出压力和气体封闭性能是其最重要的性能指标。目前加氢站使用的压缩机主要有隔膜式压缩和离子式压缩机两种。隔膜式压缩机因无需润滑油润滑,从而能够获得满足燃料电池汽车纯度要求的高压氢气,并且隔膜式压缩机输出压力极限可超过100MPa,足以满足加氢站70MPa以上的压力要求,但隔膜式压缩机在压缩过程中需要采用空气冷却或液体冷却的方式进行降温。目前国际上主要的隔膜式压缩机的生产商有美国Hydro-PAC公司、PDC公司等等,国内中船重工718所能够利用PDC公司提供的部件完成组装,上海世博加氢站、北京加氢站都是引进的美国PDC公司产品。

离子式压缩机能实现等温压缩,但因技术尚未成熟,没有大规模使用。2.储氢罐

储氢罐很大程度上决定了加氢站的氢气供给能力。加氢站内的储氢罐通常采用低压(20~30MPa)、中压(30~40MPa)、高压(40~75MPa)三级压力进行储存。有时氢气长管拖车也作为一级储气(10~20MPa)设施,构成4级储气的方式。

与石油加氢反应器、煤加氢反应器等高压高温临氢容器和传统氢气瓶式容器相比,加氢站储氢罐具有以下4个基本特点:

高压常温且氢气纯度高,具有高压氢环境氢脆的危险。35MPa加氢站储氢容器的设计压力一般取45、47、50MPa;70MPa加氢站储氢容器的设计压力通常取82、87.5、98、103MPa。在正常工作条件下,储氢容器壳体金属温度主要取决于大气环境温度。为满足氢燃料电池汽车用氢气的高纯度要求,储氢容器中氢气的纯度在99.999%以上。长期在高压和常温氢气环境中工作,储氢容器材料可能会产生高压氢环境氢脆,导致塑性损减、疲劳裂纹扩展速率加快和耐久性下降,严重威胁储氢容器的安全使用。

压力波动频繁且范围大,具有低周疲劳破坏危险(商用站尤为如此)。目前,在设计寿命期限内加氢站用储氢罐的压力波动次数通常为103~105次,属于低周疲劳范畴。其中移动(示范)站储氢罐的压力波动次数较少,而固定(商用)站的波动次数较多。此外,站用储氢罐的压力波动范围较大,通常为20%~80%的设计压力(或者对应气瓶公称工作压力)。因此,加氢站用储氢容器的疲劳失效问题非常突出,设计时必须考虑疲劳失效。与加氢站用储氢容器相似,压缩天然气加气站用储罐也储存有大量易燃易爆介质,且压力也有波动,但其压力波动范围小,疲劳失效问题并不突出。

容积大,压缩能量多,氢气易燃易爆,失效危害严重。根据GB50516—2010《加氢站技术规范》规定,一级、二级、三级加氢站的最大储氢量分别为8000、4000、1000kg。对于三级站,按储存压力45MPa、温度20°C计算,储氢容器的容积约为35m3,即需用900L的高压容器至少39台。每台容器的物理爆炸能量相当于18.4kgTNT炸药,一旦发生爆炸,产生的冲击波、碎片、高温危害严重。

面向公众,涉及公共安全。加氢站(特别是城市建成区加氢站)一般靠近道路,其附近往往人流较密集、车流量较大,因此面向公众,涉及公共安全,一旦发生爆炸,将会危及人民生命和财产安全,造成巨大损失,引起恐慌,社会影响恶劣。

目前加氢站储氢罐用的主要材料有为Cr-Mo钢、6061铝合金、316L等。对于Cr-Mo钢,我国常用材料为ASTMA5194130X(相当于我国材料30CrMo)、日本为SCM435和SNCM439、美国为SA372Gr.J。4130X和日本SCM430、美国SA372Gr.E具有相近的化学成分和力学性能。高压储氢罐主要生产企业有美国AP公司、CPI公司,国内浙江大学攻克了轻质铝内胆纤维全缠绕高压储氢气容器制造技术,但没有形成量产,北京加氢站引进的是CPI公司的产品。

对于车载储氢罐,特别是70Mpa储氢罐,重量是需要考虑的重要因素,目前已经发展为全复合轻质纤维缠绕储罐,其筒体一般包括3层:内层是密封氢气的树脂衬里、中层是确保耐压强度的碳纤维强化树脂(CFRP)层、表层是保护表面的玻璃纤维强化树脂层,目前只有丰田和挪威Hexagon具备商业化生产能力。

3.加氢机

加氢机是实现氢气加注服务的设备,加氢机上装有压力传感器、温度传感器、计量装置、取气优先控制装置、安全装置等等。当燃料电池汽车需要加注氢气时,若加氢站是采用4级储气的方式,则加氢机首先从氢气长管拖车中取气;当氢气长管拖车中的氢气压力与车载储氢瓶的压力达到平衡时,转由低压储氢罐供气;依此类推,然后分别是从中压、高压储氢罐中取气;当高压储氢罐的压力无法将车载储氢瓶加注至设定压力时,则启动压缩机进行加注。加注完成后,压缩机按照高、中、低压的顺序为三级储氢罐补充氢气,以待下一次的加注。这样分级加注的方式有利于减少压缩机的功耗。

站内制氢加氢站还需要系统整合制氢装置,以电解水制氢加氢站为例,电解水制氢设备接氢气纯化设备,纯化设备接氢气隔膜压缩机入口,压力为1.6~4MPa,氢气隔膜压缩机出口接高压氢气储罐,压缩机出口工作压力达40MPa,流量达到150Nm3/h。氢气储罐工作压力40MPa,水容积5m3,最大储氢气量可达2000Nm3,40MPa工作压力的氢气储罐以三个出口分别连接氢气加注机(满足50Nm3/min流量,入口压力40MPa)、氢气隔膜压缩机(出口压力75MPa)和通过减压为20MPa给气瓶充装氢气的汇流排。其中出口压力为75MPa的氢气隔膜压缩机出口连接工作压力为75MPa的氢气储罐,储罐出口再连接到氢气加注机。

加氢机主要的生产企业有德国林德(Linde)、美国AP公司等等,国内厚普股份已成功研发氢气加注装置,产品规格包括日加氢量50公斤、200公斤、500公斤、1000公斤等规格,并且已经为上海、武汉、郑州、张家口等国内布局氢能源汽车的城市供应了氢气加注设备,加氢机是目前最有可能实现国产化的核心设备。

以上海世博园加氢站为例说明站外制氢加氢站的运行情况

上海世博加氢站的压缩机采用了4台PDC-4-6000型隔膜式压缩机,每台压缩机额定功率为18.5kW,吸气压力为6~22MPa,排气压力为46MPa,额定流量(折合成标准状态)为55m3/h。采用水冷却的方式对压缩机进行降温,每2台压缩机共用一套冷却装置。压缩机工作时,根据所需流量,4台压缩机可以采用1用3备、2用2备或3用1备等模式对氢气进行压缩。

上海世博加氢站的设计最高储氢压力为45MPa,其中低压储氢罐3台,中压储氢罐6台,高压储氢罐6台。每台储氢罐的直径为0.406m,容积约为0.767m3。15台储氢罐总储氢量约为360kg。上海世博加氢站将氢气长管拖车也作为一级储气设施,构成氢气长管拖车、低压储氢罐、中压储氢罐及高压储氢罐共4级储气的方式。每辆氢气长管拖车实际储氢量约为250kg,加氢站内可以同时连接2辆氢气长管拖车,故氢气长管拖车总储氢量约为500kg。

上海世博加氢站的加氢机额定加注压力分为25MPa和35MPa两种,采用4台双枪加氢机,每台加氢机双枪最大加注能力为3kg/min。另外,根据国际标准ISO/TS15869—2009《气态氢和氢的混合物——陆地车辆油箱》的规定,车载储氢瓶的温度不可超过85°C。因此,氢气在加注前需要经过管道换热预冷。上海世博加氢站在加注氢气前,先将氢气预冷至-20°C。其冷却方式是,氢气从储氢罐来到加氢机时,先进入一个换热装置与其中的冷流体充分换热后降温,然后氢气通过加氢机为燃料电池汽车加注氢气。

以北京加氢站为例说明站内制氢加氢站的运行情况

北京加氢站是国内第一座高压加氢站,于2006年建成运行,二期改造后加入了天然气重整站内制氢装置,工艺流程是天然气重整制氢装置生产的氢气由一台产品氢气压缩机增压到200Bar进入长管拖车储存,使用时加注压缩机把长管拖车中的氢气增压到400Bar进入高压储氢瓶组,加注时由高压储氢瓶组的氢气经加注机进入燃料电池电动车辆。

天然气重整制氢设备采用我国具有四十多年制造和操作经验并且技术可靠的蒸汽转化工艺和一段变压吸附净化法(PSA净化法)。主要生产过程以天然气为原料,采用烃类水蒸汽转化造气工艺制取粗氢气。转化压力2.0MPa(G),合成气经变换和PSA分离杂质后得到合格的产品氢气,整个工艺分为原料脱硫、烃类的蒸汽转化、一氧化碳变换、变压吸附(PSA)氢气提纯四个主要工艺过程。额定产气量为50Nm3/h。

北京加氢站可利用天然气重整装置每天生产高品质氢气1200Nm3,利用外供氢每天提供高品质氢气2000Nm3,完全满足20辆燃料电池小轿车和3辆燃料电池大客车每天运行所需的氢气要求,根据氢气的消耗量,天然气重整制氯装置的生产能力可以在40一100%之间调节,结合外供氢气的合理调度,能够满足不同氢气用量的要求。

北京加氢站的压缩机由美国PDC公司提供,额定流量55Nm3/h,最高压力可达400Bar。其功能是把天然气重整制氢设备生产的氢气加压送入长管拖车内储存。

北京加氢站的储罐由美国CPI公司提供。选用的高压氢气储罐为二组气瓶,氢气储罐的额定工作压力为420bar,水容积为1.7m3,町储存氢气65Kg。

北京加氢站的加注机由美国Genesys公司提供,型号为Series300型,最大充装速度可以达到600kg/h。

据H2stations(H2stations.org网站)统计,截至2018年底全球加氢站数目达到369座,新增48座:其中欧洲152座,亚洲136座,北美78座。在全部369座加氢站中,有273座是零售型加氢站,对外开放,其余的站点则为封闭用户群提供服务,比如公共汽车或车队用户。

截至2018年底,全球拥有10座以上加氢站的国家有日本(102座)、德国(60座)、美国(42座)、中国(23座)、法国(19座)、英国(17座)、韩国(14座)、丹麦(11座)。日本、德国和美国加氢站共有204座,占全球总数的55%,这三个国家在氢能与燃料电池技术领域在全球处于绝对领先地位。

目前全球氢能源产业还处于导入期,加氢站的建设规模还较小,截至2018年底,已经规划的新增加氢站计划较大的有德国(38座)、荷兰(17座)、法国(12座)、加拿大(7座)、韩国(27座)、中国(18座)。

4.1、国外加氢站的建设情况

4.1.1、日本加氢站建设及相关政策

日本加氢站网络建设相关政策

早在2002年,为推动加氢站的建设,日本就开始了JHFC示范项目,该示范项目到2010年结束。JHFC项目共建成了11座加氢站,并与其他4座加氢站合作,通过对这15座加氢站的运营来研究不同类型加氢站的可行性,这些加氢站中10座位于关东地区、3座位于中部地区、2座位于九州地区。此外,为向民众展示研究成果,JHFC还开放一个氢主题公园。JHFC项目的结束标志着日本完成了对加氢站的初步技术实证。

2010年7月,隶属于日本经济贸易产业省的燃料电池实用化推进协商会(FCCJ)发布了《燃料电池汽车和加氢站2015年商业化路线图》,明确指出2011-2015年开展燃料电池汽车技术验证和市场示范,随后进入商业化示范推广前期。根据路线图,日本将在2015年建成100座加氢站,此后开始建立商用加氢站,到2025年加氢站将实现自力发展。

2014年日本官方新能源及产业技术综合开发机构发布了《氢能源白皮书》,为缓解建设加氢站所需的巨额建设成本,日本政府专门制定了“氢气供给设备整备事业费辅助金”制度,补助金的申请和发放通过下一代车振兴中心实施。除国家补助外,向站点提供补助金的地方补贴也在增加。自2013年起对加氢站建设项目补贴其建设成本的一半,上限为2.5亿日元,2014年又增加了定额性补贴政策,上限达到2.8亿日元,2017年又对补贴政策做出了调整,上限进一步上调到4.2亿日元。

日本主要的加氢站建设运营商岩谷产业曾预计,加氢站的一年运营费用为5000万日元左右,要想实现盈利,每个站点需要有700-1000辆FCV(固定客户)来加氢,然而在目前的普及程度上,这是不可能达到的,因此除补助加氢站的建设成本外,日本政府也每年给予2200万日元的运营补贴,丰田、本田和日产三家汽车厂商再额外提供每年1100万日元的运营补贴。但日本政府提供运营补贴的期限是3年,汽车厂商的补贴则将于2020年左右结束,因此日本政府又制定了到2020年将加氢站的建设费用和运营费用减半的目标,通过更改《高压气体安全法》规定的隔离距离和有关设置加氢站的规定,放宽禁止普通消费者加氢的限制等,这样可以削减设备费用和人工费用。

2014年6月,日本经济贸易产业省成立的氢能/燃料电池战略协会发布了名为《氢能及燃料电池战略路线图——氢能社会的加速投入》的路线图,它总结了氢气制造、运输、存储、利用各阶段的目标和实现目标所需产业界、教育界和政界的努力。2016年3月,日本经产省对路线图的目标进行了调整,计划至2020年建成约160座加氢站,2025年建成约320座。日本加氢站的建设情况

根据日本燃料电池商用化协会(FCCJ)最新的统计,截止到2018年11月,日本正在运营的加氢站共有102座,其中52座为移动加氢站、50座为固定站(15座站内制氢加氢站、35座站外供氢加氢站),规划建设的加氢站13座,是世界上加氢站数量最多的国家。

日本加氢站集中于关东、中部及九州地区,且围绕东京、大阪、名古屋、福冈4大城市圈为中心而建,目前正在运营及规划中的加氢站的详细分布如下:北海道·东北地区(北海道、宫城、福岛、新潟)有4座加氢站正在运营、2座在规划中;关东地区(茨城、琦玉、千叶、东京、神奈川、山梨县)有41座加氢站正在运营(15座移动站)、4座在规划中;中部地区(静冈、岐阜、爱知县)有24座加氢站正在运营(9座移动站)、5座在规划中;近畿地区(三重、滋贺县、京都、大阪、兵库县、和歌山)有14座加氢站正在运营(4座移动站)、2座在规划中;中国-四国地区(冈山、广岛、山口、德岛、香川)有8座正在运营(6座移动站);九州地区(福冈、佐贺、大分)有11座加氢站正在运营(2座移动站)。

日本加氢站的主要运营商有:日本岩谷产业株式会社、JXTG能源公司(ENEOS)、JHyM、大阪燃气有限公司、三重氢站有限责任公司、出光兴产株式会社、广岛丰田公司等等。日本加氢站的氢气零售价格根据运营商的不同,从1000日元/千克到1500日元/千克不等。此外,日本还建成了一系列多功能加氢站:综合加注站可加注氢气、汽油、CNG和LPG;加氢/加气合建站,可加注氢气、CNG和LPG;内建有便利店的加氢站,高速公路加氢站,机场加氢站等。

4.1.2、德国加氢站建设及相关政策欧盟加氢站网络建设相关政策

欧盟作为最早涉及燃料电池的地区之一,一直致力于发展燃料电池产业。其中最重要的政策莫过于2008年成立的欧盟燃料电池与氢能联合事业(FCHJU)。FCHJU成立的目的是支持欧洲燃料电池和氢能技术的研究、开发和示范活动。

FCHJU的三名成员是代表欧盟的欧盟委员会、代表燃料电池和氢气行业的氢气欧洲(HYDROGENEUROPE)以及代表研究团体的N.ERGHY组织,它的目标是通过多方的集中努力把氢和燃料电池技术带入欧洲。为此,FCHJU每年都会主持并资助数项与氢能和燃料电池相关的项目,现阶段的战略目标是到2020年,燃料电池和氢气技术成为未来欧洲能源和运输系统的支柱之一,为2050年向低碳经济转型做出重要贡献。

FCHJU成立之前,欧盟在第6框架研究计划(The6thFrameworkProgrammeforResearch,FP6)的背景下进行了两项关于燃料电池大巴(FCB)和配套基础设施加氢站的研究,这两个项目是欧洲清洁城市交通(CUTE:2001-2006年,9个欧洲国家为期两年的FCV示范运行,探寻不同供氢方式加氢站的效率及可靠性)和欧洲的燃料电池客车示范计划(HyFLEET:CUTE:2006-2009年,CUTE的延续,优化现有的加氢站的效率以及可靠性,在柏林开发并建造新型的加氢站)。FCHJU成立后,欧盟关于氢和燃料电池的项目都由FCHJU主持并提供研究经费。

德国加氢站网络建设相关政策

德国是欧洲国家中推广氢能与燃料电池最早和最为积极的国家。2002年12月即由德国交通运输部和相关行业领导者联合倡议成立了CEP(CleanEnergyPartership)合作框架,其最初目的是测试氢气作为燃料的适用性,有20个行业合作伙伴,比如AirLiquide,BMW、戴姆勒、福特、壳牌、西门子、丰田及大众等,为氢燃料电池汽车的市场推广铺平道路。此外,CEP为氢能技术制定了通用的标准和规范,是德国的氢能基础设施扩张的基石和开创性的示范项目。

2004年德国政府牵头成立了国家氢能与燃料电池组织(NOWGmbH),以支持氢能经济的初期发展。该组织的管理层由德国联通署、建筑与城市发展部等5个部门组成。

2005年,林德集团提出在德国修建1800千米的“氢气高速公路”,并沿路建立40座加氢站,将德国主要城市连接起来,形成环状“氢气高速公路”网络。

2006年。德国政府、产业界和学术界联合出台“氢能和燃料电池技术国家创新计划(NationalInnovationProgramHydrogenandFuelCellTechnology,NIP)”。NIP旨在加速基于这种面向未来技术产品的市场准备过程。截至2016年,NIP在过去的10年间总共投资14亿欧元,其中一半资金由联邦政府提供,而另一半则由参与创新计划的企业共同资助。

2012年6月,德国交通部和业界合作伙伴(法液空、空气产品、戴姆勒、林德和道达尔)联合签署了一份关于未来氢气供应的合作文件:联合开发加氢站网络。在第一阶段,由国家创新计划支持,将在柏林、汉堡、杜塞尔多夫、法兰克福、斯图加特和慕尼黑等大都市地区以及沿着连接这些城市的高速公路上继续推行CEP,建设50座加氢站。这种基本的氢气供应网络对于支持第一阶段燃料电池车辆的销售是必要的。

2013年9月,HydrogenMobility(H2Mobility)倡议合作伙伴由法液空、戴姆勒、林德、OMV、壳牌和道达尔开启。该项目计划投入3.9亿美元使德国加氢站到2023年增加到400座,高速公路沿线相邻两座加氢站之间的距离不超过90千米且德国主要大城市至少拥有10座加氢站。H2Mobility将沿用CEP开发的加氢站标准来进行加氢站的规划、建造和运营。加氢站将可能加建于现有加油站内,以便节省空间与成本。H2Mobility还将设计用于氢储存,压缩和加注的系统标准化组件,通过规模化经济来降低加氢站成本,标准化组件的设计也有助于把加氢站的建设周期降至4到8周。

2016年9月,德国政府通过了未来十年(2016-2026)氢能和燃料电池国家创新计划(NIP),这是对NIP第一阶段(2007-2016)的延续。NIP第二阶段将聚焦于进一步的降低成本、提高氢能和燃料电池技术的可靠性以及市场推广。根据该计划,德国政府未来十年将投入超过20亿欧元来实现氢能和燃料电池技术的创新,其中40%的资金将用于研发示范和市场开发,而剩余的60%主要用于支持市场推广。该计划肯定了H2Mobility加氢站网络计划的部署,并支持使用公共资金在非盈利阶段建立加氢站网络。

德国加氢站的建设情况

德国正在运营的加氢站有60座,另有38座在建设或规划中,柏林、汉堡、莱茵一鲁尔地区、斯图加特及慕尼黑等主要城市早已经覆盖,2015年05月,德国第一座高速公路加氢站正式营业,这座加氢站位于维尔茨堡和纽伦堡之间的A3高速公路上的道达尔服务区,在这之后,德国不断有位于高速公路上或枢纽位置的加氢站开放,这些加氢站试图将德国主要城市连接起来,形成环状“氢气高速公路”网络,截至目前,德国的南部、中部、北部地区都有加氢站分布,驾驶燃料电池汽车贯穿德国已经可以实现,德国已经形成了基本的加氢站网络。

在公布氢气来源的21座加氢站中,有20座采用的是拖车运输站外供氢(5座站采用液态氢运输,其余均为气态氢),5座采用电解水现场制氢,1座采用管道运输。德国目前开放加氢站主要由道达尔(Total)、壳牌(Shell)、大瀑布电力公司(Vattenfall)、法液空(Airliquide)、OMV、FhgISE等6家公司负责运营。

4.1.3、美国加州加氢站建设及运营现状

美国国内的加氢站大部分分布在加利福利亚州,因此这里我们主要介绍加州的加氢站建设情况。加州加氢站网络建设相关政策:

2012年6月,加州燃料电池联盟(CaFCP)发布了加州氢燃料电池路线图:氢燃料电池电动汽车商业化(ACaliforniaRoadMap:TheCommercializationofHydrogenFuelCellVehicles)。根据路线图,空气资源委员会(ARB)、学术/研究机构、汽车制造商、加州能源委员会(CEC)、加氢站运营商、美国能源部(DOE)下属国家实验室将联合起来,为燃料电池电动汽车的大规模商业化建立基础。2014年,CaFCP对路线图进行了更新,提出了加氢站网络建设和燃料电池汽车运行数量的新目标,到2020年加氢站数量要达到87座,到2023年要达到123座、燃料电池汽车要达到6万辆。

2013年初,加州众议院通过第八号法案(AssemblyBill8,AB8),为最初的加氢站网络提供资金支持。该法案的内容包括至少为100个加氢站提供资金支持,并且承诺每年通过能源委员会的可再生替代燃料与车辆技术工程办公室,每年建设8座加氢站,为每座站提供高达2000万美元的资金。这一法案构建了能源委员会、空气资源委员会与产业界前所未有的合作,从而实现在早期的商业化过程中能够实事求是地规划网络,并保证加氢站网络符合早期消费者的需求。该法案通过的同时,众多汽车制造商也发布了自己的燃料电池电动汽车商业化计划,丰田、现代、通用、本田、梅赛德斯/戴姆勒等制造商一直致力于燃料电池的商业化发展。

在燃料电池电动汽车的时代真正到来之前,氢能源基础设施的建设仍然是其实现商业化的最大挑战。为了应对这一挑战,2013年5月,美国能源部(DOE)与汽车制造商以及其他主要利益相关者一起推出了H2USA这一全新的公私合作关系,来应对建设氢能源基础设施所面临的关键挑战。H2USA的目标是解决建设加氢基础设施所面临的障碍,引进燃料电池电动汽车,最终在全美实现燃料电池电动汽车的大规模使用。到目前为止,H2USA支持了约25座加氢站的示范与技术验证项目。

2014年,美国能源部(DOE)燃料电池技术办公室(FCTO)推出氢燃料基础设施研究和站点技术(H2FIRST)项目,试图利用国家实验室的科研能力来解决与加氢站建设等相关的技术挑战,该项目由桑迪亚国家实验室(SNL)和国家可再生能源实验室(NREL)牵头,并得到广泛的公私合作伙伴的支持。H2FIRST的目标是在燃料电池电动汽车引入市场之后(2015-2017年),确保客户具有在传统汽油/柴油站加油相类似的体验,2017年之后向更高级的加氢技术过渡。

2016年9月,加州氢业务理事会(CHBC)举行了“融资建设第101个加氢站”的专家研讨会。会议认为市场的发展必须要引入更多的私人融资,而加氢站数年之后也会变为吸引私人资本的经济产业。尽管在未来可以吸引私人资本的投入,从而代替政府的资金扶持,但是加氢站的发展建设仍然离不开政府层面的支持。除了为加氢站提供建设和运营资金之外,还可以为建设运营商提供多种形式的鼓励政策,比如:税收优惠、低成本贷款和贷款担保等。

2017年2月,加州能源委员会宣布将通过GrantFundingOpportunity(GFO)16—605基金,在加州地区将继续建设16个高容量加氢站,扩大现有的加氢站网络,这些加氢站将会在2019年对外开放。这些加氢站将会进一步提升加氢站网络的密度,助力燃料电池汽车的发展。在2017年6月15号加州能源委员会举办的商务会议,能源委员会发起了众多项目和资助,包括扩大国家现有的加氢站网络、资助能源创新和地热能源的开发。会议批准将资助9座加氢站的建设,这些加氢站将有效地加强加州能源基础设施网络。

加州地区加氢站建设情况

截至2018年底,美国正在运营的加氢站有42座,根据加州燃料电池联盟(CaFCP)的数据,其中39座就位于加州地区,全部为零售型加氢站,此外,维护中、在建或计划中的加氢站有9座,政府议案中提议要建的加氢站有16座。这些加氢站主要由6个运营商负责运营:真零(TrueZero)公司、空气产品(AirProducts)公司、林德(Linde)公司、法液空(AirLiquide)、ITM能源和壳牌(Shell)公司。

39座零售加氢站都能实现35MPa和70MPa双压力加注,而德国和日本极少有双压力加注的站,并且大部分是24小时运营,且一周开放7天。在可查询供应规模的加氢站中,日供应规模都在140-200kg/天的范围之内。在氢气来源方面,大部分加氢站采用的是拖车运输站外供氢并且以气态运输为主。

4.2、国内加氢站的建设情况

国内加氢站网络建设相关政策

我国十分重视新能源汽车的发展,科技部自“十五”以来就不间断的部署了一批氢能与燃料电池方面的研发项目,支持国内燃料电池汽车和加氢站的研发和示范。2006年发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》中,在先进能源技术领域中明确规划了氢能与燃料电池的发展方向。

2012年,国务院颁布了《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》,提出燃料电池汽车、车用氢能源产业与国际同步发展,并继续支持开展燃料电池汽车运行示范,带动氢的制备、储运和加注技术发展。

2014年,为进一步加快发展新能源汽车,财政部、国家发改委等部委发布了《关于新能源汽车充电设备建设奖励的通知》,其中规定对符合国家技术标准且日加氢能力不少于200千克的新建燃料电池加氢站每个站奖励400万元。

2014年11月,国务院印发了《能源发展战略行动计划(2014-2020年)》,氢能与燃料电池技术创新列为15项重点任务之一,氢能产业首次被提升到国家能源发展战略高度。

2015年,工信部发布了《中国制造2025》,提出到2020年,生产1000辆燃料电池汽车并进行示范运行;到2025年,制氢、加氢等配套基础设施基本完善,燃料电池汽车实现区域小规模运行。

2016年10月,由中国标准化研究院和全国氢能标准化技术委员会联合研究编著的《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书(2016)》发布。该书深入剖析了我国氢能产业基础设施的发展现状、存在的问题及发展前景,明确了我国氢能产业基础设施在近期(2016-2020年)、中期(2020-2030年)和远期(2030-2050年)三个阶段的发展目标和主要任务,首次提出了发展路线图,并就加快发展氢能产业基础设施提出了政策建议。到2020年,我国氢能产业基础设施发展将取得重大突破,其中,以能源形式利用的氢气产能规模将达到720亿m3、加氢站数量达到100座、燃料电池车辆达到10000辆、氢能轨道交通车辆达到50列、行业总产值达到3000亿元。到2030年,氢能产业将成为我国新的经济增长点和新能源战略的重要组成部分,产业产值将突破10000亿元、加氢站数量达到1000座、燃料电池车辆保有量达到200万辆、高压氢气长输管道建设里程达到3000千米,氢能产业基础设施技术标准体系完善程度迫近发达国家水平,氢能与燃料电池检验检测技术发展及服务平台建设形成对氢能产业发展的有效支撑。

同月召开的2016中国汽车工程学会年会上《节能与新能源汽车技术路线图》也正式发布,该路线图的出台是为了推动《中国制造2025》在汽车技术层面的贯彻落实。由工信部委托中国汽车工程学会组织行业力量开展了节能与新能源汽车技术路线图的研究及编制工作,包括节能汽车、纯电动和插电式混合动力汽车、燃料电池汽车、智能网联汽车、汽车制造技术、汽车轻量化技术及动力电池技术等七大领域。其中的燃料电池汽车发展路线图中也涵盖了氢能基础设施的发展路线目标,其中的加氢站发展目标与前述蓝皮书一致。在上述路线图及蓝皮书的指引下,中国的氢能燃料电池产业发展已呈现出进入快车道的趋势,上海市率先出台了国内首个地方氢能燃料电池产业发展规划《上海市燃料电池汽车发展规划》,其中关于加氢站的发展目标是在2020年建设加氢站5-10座,至2025年建成50座。

国内加氢站的建设情况

截至2018年底,我国已有23座加氢站在运营,大部分都是以35Mpa加注氢气,并且以外供氢气为主。

对于全球而言,通过上文的分析,我们认为加氢站及网络的建设主要难点并不是在技术层面上,其主要难点是如何降低成本。不仅是建设成本,还有日常运营成本。据日本主要的加氢站建设运营商岩谷产业预计,加氢站的一年运营费用为5000万日元(300万人民币)左右,要想实现盈利,每个站点需要有700-1000辆FCV(固定客户)来加氢,然而在目前的普及程度上,这是不可能达到的。

我国在加氢网络的建设上还处于起步阶段,核心设备基本依赖进口,加氢站数量也比较少,整体比较薄弱。通过对日本、德国、美国的加氢站及网络建设情况的分析,我们可以借鉴:

助听器电池的正确使用是很重要的,在日常使用中也有一些需要注意的地方。应保存在凉爽的地方,比如钱包、衣服抽屉等地方,如果长期不戴助听器,至好把电池取出,以免腐蚀电池接触板;如果暴露在潮湿的空气中,要定时擦拭,不要将锌空电池放在干燥盒内,使用时要撕掉粘在电池负极的纸片。如果电池被雨淋,或放置于高湿度的环境中,要擦拭干净。不要把锌空电池放在助听器的清洁工具包内。电池放入助听器之前,要确信电池表面不要带有封条。晚上,电池要从助听器取出,此时可用电池测试器检测一下,不要在早晨测试,因为微弱的电池经过一个晚上后,电池电压会重新恢复,但使用时只能持续很短的时间,电量不足的电池应该丢弃。若电池欠压,不要放起来等第二天再用。

目前广泛使用的锌空电池。锌空电池的使用时间比汞电池长,而且对环境的污染小。相对与碱锰电池,虽然使用时间短,但锌空电池的成本远远低于碱锰电池,受到广大用户的喜爱。锌空气电池以空气中氧气为正极材料,所以就不必再在电池内放入,电池内就有空间装更多的负极材料。因此,它的容量比其它电池高3-10倍,是所有实用电池体系中至高的。这种电池还具有工作电压很平稳,杂音很小等优点,是耳背式,耳内式和耳道式高级助听器的至佳电源。电池工作时必须有空气,所以在电池壳上要有透气孔。出厂时用保护胶带将气孔粘上,使用时才撕下。另外,它的开路电压在气孔封闭时较低,气孔畅通时较高,所有其它电池都无此特征。助听器使用锌-空气电池供电。使用时应先撕下电池上的密封贴纸,等待约60秒钟,让足够的空气进入,以激活电池。放置电池是应注意正负极,通常正极向上。常见助听器电池有4种型号:A675,A13,A312,A10。电池实际使用时间与电池容量和助听器数字智能处理功能,听力损失的程度,助听器的增益甚至使用环境等都有关。一般来说,助听器体积越大听力损失越轻,使用时间就越长。

A675型电池一般使用6-50天,大多数用20-30天;

A13型电池一般使用6-30天,大多数用10-20天;

A312型电池一般使用6-18天,大多数用8-15天;

A10型电池一般使用5-12天,大多数用7-10天。

三元前驱体材料是镍钴锰氢氧化物,化学式为NixCoyMn(1-x-y)(OH)2,是生产三元正极材料的重要上游材料,通过与锂源(NCM333、NCM523、NCM622用碳酸锂,NCM811、NCA用氢氧化锂)混合后烧结制得三元正极成品。三元正极材料是制作锂电池的关键性材料之一,其终端下游包括新能源汽车、储能、电动工具以及3C电子产品等。

三元前驱体的生产具有高度定制化的特点,其元素配比、形貌、粒径等组合不一。按粒径大小分,前驱体可分为小颗粒前驱体、中颗粒前驱体、大颗粒前驱体,一般小颗粒前驱体粒径分布在3~5微米,由于其在混锂烧结步骤所需温度相对较低,出于成本角度考虑多用于制作需要烧结温度更高的单晶型三元正极材料(相同元素配比、粒径大小,单晶三元正极烧结温度比普通型要高100~200度);中颗粒前驱体一般在6~8微米;大颗粒前驱体粒径一般在10微米以上,其混锂烧结步骤所需温度更高,出于成本角度考虑一般用于制作多晶/二次球三元正极材料。按元素摩尔比分,前驱体可分为111型、523型、622型、811型以及NCA型,或高镍型、低镍型。

三元前驱体生产的主要流程如图所示,主要原料包含硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰和氢氧化钠,为了避免金属离子被氧化,整个前驱体制备过程需要在惰性气体氮气的保护下进行。主要流程包括:

1)前处理:将盐配置成一定浓度的混合盐溶液,将氢氧化钠配制成一定摩尔浓度的碱液,并使用一定浓度的氨水作为络合剂;

2)反应:将过滤除杂后的盐溶液、碱溶液、络合剂以一定的流量加入反应釜,在合适的反应条件下进行反应生成三元前驱体晶核并逐渐长大;

3)后处理:当粒度到达预定值后,将反应浆料过滤、洗涤、干燥,得到三元前驱体。

前驱体生产工艺可分为间歇法和连续法两种。间歇法在反应过程中,反应浆料通过溢流管不断溢出到浓缩机进行浓缩,清液滤掉进行废水处理,物料则返回反应釜让晶体继续长大,直至反应釜内前驱体粒径达到要求,然后转去陈化釜静置一段时间,以完善前驱体晶体结构形貌,然后进入后道过滤、洗涤、干燥、包装流程。连续法则在反应过程中,同时进料和出料,反应浆料通过溢流管不断溢出到陈化釜,经过陈化静置,然后进入后道过滤、洗涤、干燥、包装流程。

间歇法生产前驱体粒径分布极窄,连续法生产产能更高。间歇法生产物料在反应釜内停留时间较为均一,生产出前驱体粒径分布更窄,适用于生产高端型如高镍、单晶型前驱体产品;但存在生产连续性差,批次稳定性差缺点。连续法生产产率更高,相同容积反应釜连续法生产产能约为间歇法产能两倍,并且批次稳定性好;但由于一边进料一边出料,物料在反应釜内停留时间分布较宽,生产出的前驱体粒径分布也更宽,尤其存在一些粒径过小颗粒,在正极烧结过程中会导致过烧,从而影响正极品质,目前主要用于生产中低端前驱体产品。

反应过程中需要控制的工艺参数有:盐和碱的浓度、氨水浓度、盐溶液和碱溶液加入反应釜的速率、反应温度、反应过程pH值、搅拌速率、反应时间、反应浆料固含量等。以下就以上提到的工艺参数分别展开讨论。

2.1氨水浓度

当不含有氨水等络合剂时,加入沉淀剂后会导致成核与生长剧烈,形成疏松、振实密度低的二次颗粒。这样很难生长出粒度均一,振实密度高的前驱体。而氨作为络合剂,可以有效地络合加入的金属离子,既减缓原料加入对沉淀平衡的扰动,控制溶液中沉淀物的过饱和度,又能降低成核与生长的速度,让晶体缓慢生长,便于调控。

氨水浓度,并非越高越好,排除成本和污染因素外,比表面积和振实密度都会随着氨水浓度的变化而呈现抛物线变化规律:

(1)氨水浓度低时,络合的金属离子少,带来更高的过饱和度,生长速度过快,导致了一次颗粒尺寸小,缝隙多,颗粒形貌疏松多孔,致密性差。

(2)氨水浓度高时,一次颗粒能长的粗大,这些粗大的晶粒会再次导致缝隙增多,比表面积变大。

此外,氨水作为反应络合剂,主要作用是通过络合金属离子,达到控制游离金属离子目的,络合剂用量过多或过低,会使前驱体的镍、钴、锰的比例偏离设计值,而且被络合的金属离子会随上清液排走,造成浪费,给后续废水处理造成更大的困难。所以制备不同组成的三元前驱体,所需的氨水浓度也不同。

氨水对前驱体、正极、锂电池性能影响传导主要通过影响元素配比、颗粒形貌:

1)氨水浓度过高会导致前驱体团聚体中的一次颗粒过大,造成材料间空隙变多,从而导致前驱体比表面积过大;氨水浓度过低会导致前驱体晶体生长过快,球形度变差,材料间空隙变多,从而导致前驱体比表面积过大。

2)前驱体比表面过大,导致经烧结后生成的正极比表面积过大,一方面导致正极振实、压实密度下降,锂电池能量密度下降,同时正极材料与电解液界面反应加剧,电池循环寿命下降;另一方面由于空隙变多,锂离子传输通道变多,电池倍率性能提升。

3)此外,氨水浓度偏离,会造成前驱体中元素配比失衡,镍元素含量变化会继承到正极材料中,进而影响锂电池能量密度。

2.2pH值

沉淀过程中的pH直接影响晶体颗粒的成核、生长。不同pH值条件下得到不同形貌的前驱体颗粒的原因可以解释为沉淀pH条件对晶体成核速度和生长速度的影响。当pH值偏低时,由于溶液中过饱和度较小,前驱体颗粒生长速度大于其成核速度,易于得到形貌较好的颗粒。而在高pH值条件下,溶液体系中过饱和度较大,晶核的形成速率很快,而前驱体颗粒的生长速度较慢,因而形成颗粒较小的微晶结构。

反应过程的pH值直接影响前驱体的形貌和粒度分布。通过调节pH值,可以控制一次晶粒和二次颗粒的形貌:

pH值偏低:利于晶核长大,一次晶粒偏厚偏大;二次颗粒易发生团聚,导致二次球成异形。

pH值偏高:利于晶核形成,一次晶粒成薄片状,显得很细小;二次颗粒多成圆球形。

同时,也可以在反应过程中适当调节pH值使同一个二次球颗粒拥有不同形貌的一次晶粒。如图所示,后长的一次晶粒团聚而成的二次球体表面有一些细小的晶粒,这些细小晶粒是在反应末期将pH值调高所形成的。

PH值对前驱体、正极、锂电池性能影响传导主要通过影响元素配比、颗粒形貌:

1)PH过高会导致前驱体晶体成核速度过快,一次颗粒小而致密,但二次颗粒粒径分布会变宽;PH过低会导致成核速度过慢,晶核生长占主导,导致前驱体团聚体中的一次颗粒过大,二次颗粒间团聚体增多,造成材料间空隙变多,从而导致前驱体比表面积过大。

2)前驱体比表面积过大,将导致正极振实、压实密度下降,锂电池能量密度下降,同时正极材料与电解液界面反应加剧,电池循环寿命下降;另一方面由于空隙变多,锂离子传输通道变多,电池倍率性能提升。前驱体粒径分布变宽,会导致混锂烧结步骤部分小颗粒前驱体过烧,使得正极成品品质下降。

3)此外,PH值偏离,会造成前驱体中元素配比失衡,镍元素含量变化会继承到正极材料中,进而影响锂电池能量密度。

2.3反应温度

温度主要是影响化学反应速率。在前驱体的反应中,温度升高成核和生长速度都变快,但是温度过高会造成前驱体氧化,以及造成反应过程无法控制、前驱体结构改变等问题,所以在不影响反应的前提下温度尽量高一点。

沉淀温度对前驱体的影响,主要体现如下:

(1)温度的提升会导致沉淀生长的速度发生改变,对于成核和生长速率,都随着反应温度的升高而增大,即反应温度的升高会导致反应速率的提升,从而引发生长速度加快。

(2)反应体系中,难溶晶体的溶解与离子的沉淀是同时存在的,其平衡点可用溶度积表示,而溶度积随着温度的提升而增加,即温度越高,反应将向固体溶解方向偏移,导致沉淀变难,加上氢氧化物前驱体的结晶过程是放热过程,因此温度升高成核反应将受到抑制,晶体生长占主导。

(3)温度过高,会加剧体系中氨的挥发,使体系的氨浓度降低,结果同氨的浓度降低一致,使得体系金属络合量降低,不利于生长。

(4)当温度过低,溶度积(Ksp)低,使反应偏向于成核,同时离子及分子扩散速率低,会减缓前驱体的生长,此时若搅拌不够充分,还会导致进料口的局部金属离子浓度过高,造成局部爆发式成核。

温度过高或过低对成核和生长均不利,只有在一定的温度下才最有利于成核和生长。

温度对前驱体、正极、锂电池性能影响传导主要通过影响颗粒形貌、晶体结构:

1)温度过高会导致前驱体晶体生长占主导,成核变次要,导致一次颗粒过大,球形度变差,材料间空隙变多,从而导致前驱体比表面积过大;温度过低会导致晶核形成占主导,晶体生长变次要,易造成爆发式成核,导致球形度变差,前驱体比表面积过大。

2)前驱体比表面过大,将导致正极振实、压实密度下降,锂电池能量密度下降,同时正极材料与电解液界面反应加剧,电池循环寿命下降;另一方面由于空隙变多,锂离子传输通道变多,电池倍率性能提升。

3)此外,温度过高还会造成前驱体氧化。

2.4不同组分前驱体的反应控制

由于镍、钴、锰三元素的沉淀pH值不同,故不同组分三元材料前驱体的最佳反应pH值不同;络合剂主要的作用是络合镍和钴,对锰的络合要低2个数量级,故不同组分三元材料前驱体的所需络合剂浓度也不相同。如图所示为镍钴锰比例分别为111、424、523、622、701515、811时,制备出振实密度在2.2-2.3g/cm-3之间,粒度分布相近的前驱体所需要的氨水浓度和反应pH值。从图中可以看出,随着前驱体镍含量的增加,所需的氨水和反应pH值都相应提高。同时,不同pH值下制备出来的前驱体形貌也是不同的。从图中可以看出,所需氮水浓度和反应pH值较低的NCM111的一次晶粒是厚片状,随着材料镍含量的增加,一次晶粒也越来越细小。

2.5反应时间和反应气氛

前驱体的粒度和振实密度达到预定值需要一定的时间。正常情况下,要得到D50大于10μm且振实密度大于2.0g/cm3的前驱体,反应时间至少需大于20h。在一定时间内,前驱体的粒度、振实密度和反应时间成正比关系。但反应时间也不能太长,过长的反应时间会使前驱体粒度过大,对前驱体的品质产生不良影响。且超过一定时间后,前驱体的振实密度增长也趋于平缓。

前驱体反应气氛的控制对前驱体产品品质的影响较大,其中包括对前驱体的形貌、晶体结构、杂质含量的影响。二价锰的氢氧化物化学式为Mn(OH)2是白色或浅粉色晶体。Mn(OH)2曝置在空气中会很快被氧化成棕色的化合物:2Mn(OH)2+O2→2MnO(OH),即便是水中溶解的微量氧,也能将Mn(OH)2氧化。若前驱体反应使用的纯水中有溶解氧未除去,或反应过程中让反应浆料与空气直接接触,都会导致前驱体浆料严重氧化,其颜色为深棕或黑色。图表为不同气氛条件下反应出的NCM前驱体的XRD图。从图中可以看出,空气气氛下反应出的前驱体和氮气保护下的前驱体晶体结构差别很大。进一步的,从SEM图像中,可以观察到,无氮气保护情况下制备出的三元前驱体,形貌为大小不一的块状及其团聚体,产品的振实密度很低。NCA前驱体没有锰元素的存在,反应过程中若有氧气或溶解氧存在,浆料颜色不会发生明显变化,粒度分布也不会有异常波动,但空气气氛和氮气气氛下反应出来的前驱体,晶体结构稍有不同。

2.6其他影响前驱体反应过程的变量

除氨水浓度、PH值、温度、反应气氛和时间外,固含量、搅拌速度、流量、杂质、生产工艺等也均会对前驱体形貌、理化性能产生直接影响。

固含量:在前驱体反应过程中,前驱体浆料的固体质量和液体质量的比值。目前大部分厂家反应釜中前驱体的固含量在5%~10%左右。不同的固含量对产品性能行有一定影响,适当提高固含量能优化产品形貌、提高产品的振实密度。如图表15所示,相比较于10%固含量的情况,20%固含量下产品的形貌较为规整,二次颗粒表面较为致密。

搅拌速度:转速越小,平均粒径越大,振实密度也越大,这是由于搅拌桨转速越大,边缘速度越大,导致了对二次颗粒的流体剪应力越强,从而让新的晶粒难以在原二次颗粒上继续生长,而转速的降低减弱了这一作用,出现颗粒的生长。高转速条件下的颗粒尺寸明显要小于低转速的尺寸,低转速下小尺寸的二次颗粒团聚现象更加严重。

搅拌速度对前驱体、正极、锂电池性能影响传导主要通过影响颗粒形貌。搅拌速度过低会导致前驱体晶体生长过快,球形度变差,材料间空隙变多,从而导致前驱体比表面积过大;搅拌速度过高会导致前驱体团聚体中的一次颗粒过大,造成材料间空隙变多,从而导致前驱体比表面积过大。前驱体比表面过大,将导致正极振实、压实密度下降,锂电池能量密度下降,同时正极材料与电解液界面反应加剧,电池循环寿命下降;另一方面由于空隙变多,锂离子传输通道变多,电池倍率性能提升。

流量:主要是指金属盐溶液的流量。流量直接和产量相关联,在保证前驱体品质的前提下,流量越大越好。一个反应釜所能达到的最大流量不仅和反应工艺有关,还和反应釜体积、反应釜内部结构、反应釜电机功率有关。

杂质:硫酸镍和硫酸钴的制备过程中会用到有机萃取剂,若有机萃取剂残留其中,会带入到反应体系,造成前驱体颗粒无法生长、D50和振实密度无法达到预期值,形貌为非球形等情况。原材料会带入的另一类杂质是Ca2+、Mg2+等,其沉淀pH值和沉淀系数和镍钴锰相差较大,对反应造成较多负面影响,如前驱体形貌不成球形,振实密度很低等。

生产工艺:前躯体制备方法包括间歇和连续合成法两类,连续合成法不可避免会造成前驱体材料中存在一定数量的粒度大小在1微米以下的小颗粒,而且还会导致粒径分布较宽,致使大颗粒和小颗粒结晶性不同,一次颗粒有差别;间歇法可以有效控制小颗粒数量,缩小粒径分布,但工艺条件苛刻,调控手段复杂,并且间歇法工艺在粒子生长到目标粒径后必须停止反应,分批式生产会影响生产效率和批次间的一致性。

2.7反应条件控制精度

三元材料前驱体生产是盐与碱在一定pH值及温度下的共沉淀反应,pH值是该反应最重要的参数,各阶段pH控制波动范围小于±0.05,pH值的稳定又依赖于温度的稳定以及氨水浓度的稳定;氨水浓度、搅拌速度以及温度的波动也会对前驱体形貌、粒径、元素配比等造成直接影响,几种因素的稳定与否对反应产物的性能有决定性的作用,因此生产过程中反应条件的控制精度可以体现各家企业技术水平。

在三元前驱体湿法反应中,一般采用自动控制工艺来达到对反应过程中关键参数的控制与调节。其主要表现在以下几个方面:1pH值控制;2温度控制;3搅拌控制;4数据采集。

PH值控制:实现PH值自动控制采用闭环控制系统。按照PID调节器控制原理,结合调节阀门的作用,得到控制pH值的流量自动调节控制方法。假定固定盐溶液的流量,反应釜的pH值经传感器来样送至pH分析仪,分析仪根据来样信号显示成pH值并转换成电流模拟信号传送给PID调节器,经PID调节器按照控制规律处理偏差后输出电流信号传送给调节电动控制阀门,调节阀门按照控制信号增大或减小碱的流量,从而控制pH值。

温度控制:前驱体反应中的温度控制主要有反应前底水加热和反应过程中恒温。多数反应釜只配备加热,要使反应系统保持稳定的温度,光有加热是不够的。可在反应釜外壁设置夹套,夹套分成两段,上面段夹套通冷却水,下面段夹套通入高温热媒。反应前需要加热底水,因此在下夹套通入高温热媒加热。反应中由于存在反应热,热的聚集使温度升高,大于反应温度时,通入冷却水降温。如图由一只调节器分别控制两个执行器工作,而且每个执行器必须全程工作,因此需要把调节器的信号分成两部分,每部分的信号使执行器在全程范围工作。控制方框图如图表18所示。反应开始,底水加热,调节阀门b动作。反应中段温度升高,系统需要冷却,调节阀门a动作。反应后陈化阶段无反应热,或外界温度原因,温度降低,加热,调节阀门b动作。

2.8前驱体核心检测指标

前驱体的品质主要从以下方面判断:1总金属含量、2杂质含量(磁性异物是重点)、3水分含量、4pH值、5粒径分布、6振实密度、7比表面积、8形貌等。其中杂质的检测主要为铁、钙、钠、镁、锌、铜、硫酸根、氯根等。另还需分别检测钴、镍、锰三种金属的含量。这些指标都会对三元成品性能产生影响,进而影响电池的性能。

除生产工艺外,三元材料的性能和成本还与关键设备的选择有关。前驱体的关键设备包括反应釜、过滤和洗涤设备、干燥设备等。

反应釜:反应釜是前驱体反应核心设备,其结构设计核心技术掌握在前驱体生产企业手中。反应釜的釜体大小、搅拌器形式、挡板数量及尺寸、有无导流筒、进料位置、有无增固装置等结构特征均影响前驱体的密度、形貌、比表面积、结晶程度、粒度大小及分布等性能。反应釜属于定制化设备,一般由前驱体厂家设计,并由反应釜生产厂商依照图纸加工、组装完成。

过滤和洗涤设备:过滤和洗涤作用是将反应得到前驱体浆料实现固液分离,然后采用洗涤液对得到前驱体滤饼进行洗涤,去除残留在滤饼中的硫酸根、氯根、钠离子等。目前主流厂家均采用过滤洗涤一体化设备,包括压滤机、离心机、微孔过滤机、过滤洗涤“二合一”设备等。

干燥设备:干燥操作单元决定前驱体成品的的水分含量,并且对晶体结构有一定的影响。干燥设备能否正确选择直接关系到产品的质量、操作环境和生产成本。常用前驱体干燥设备包括热风循环烘箱、盘式干燥机、闪蒸干燥机、回转滚筒干燥机等。选择三元前驱体的干燥机至少需要考虑:1产品水分含量要求,2滤饼的水分含量以及滤饼含水量是否均匀,3干燥机生产能力,物料的进给方式,4干燥机耐碱性,并且不能代入金属杂质或其他杂质,5需要达到的干燥温度,6干燥成本,7自动控制水平要求,8热源类型,9环保法规,10厂房空间。

前驱体生产设备领域目前难以诞生上市公司。在前驱体生产设备中,最为核心的是反应釜,但由于其高度定制化特点,较难形成标准化产品,限制了其大规模商业化应用。除反应釜外,其余主要设备如过滤洗涤设备、干燥设备、储罐等属于通用型工业设备,受前驱体行业发展带动幅度较小,也不足以诞生专业化上市公司。

4.1三元前驱体直接决定正极材料核心电化学性能

目前工业生产三元材料的主流方法是采用氢氧化物共沉淀法得到前驱体,然后经过混锂、煅烧等工序后获得三元材料,由于高温混锂烧结过程对三元材料前驱体结构影响很小,即三元材料对前驱体具有很好的继承性,因此前驱体的粒径、均一性、球型度、比表面积、振实密度等会直接影响三元材料结构性能,进而影响正极在锂电池中表现出的电化学性能。具体表现为:

1)前驱体的杂质会直接带入到正极材料中,影响正极杂质含量。尤其磁性异物在电池充放电过程中容易从正极析出进入电解液甚至在负极析晶,影响电池电极极化甚至造成短路。

2)前驱体的粒径大小直接决定正极材料粒径大小,前驱体的粒度分布直接决定正极材料的粒径分布。一般前驱体颗粒越大,正极颗粒越大,比表面积越小,循环寿命上升,倍率性能下降;前驱体颗粒越小,正极颗粒越小,比表面积越大,倍率性能上升,循环寿命下降。但存在大颗粒前驱体在与锂源混合烧结成正极过程中,锂迁移路径过长,晶体结构不完整,造成大颗粒正极循环寿命反而下降。前驱体粒径分布不均,会造成正极粒径分布不均匀,电池充放电过程会存在大小颗粒间不同程度的过充和过放现象,影响材料的电化学性能与结构稳定性,造成循环寿命下降。

3)前驱体的比表面积直接影响正极材料的比表面积。一般正极比表面积越大,振实密度、压实密度越低,电池容量越低,循环寿命越差,但倍率性能越好;正极表面积越小,振实密度、压实密度越高,电池容量越高,循环寿命越好,但倍率性能越好。

4)前驱体的元素配比直接决定正极材料的元素配比。不同镍含量的正极材料需要严格对应元素配比前驱体来生产,比如333、523、622、811正极,分别需要对应的333型、523型、622型、811型前驱体来完成生产,前驱体元素配比失衡,将造成正极材料元素配比失衡,进而导致锂电池的容量、循环寿命收到影响。

因此,要满足三元正极材料高比容量、高倍率、长循环寿命等要求,前驱体的理化性能质量至关重要。

4.2新型三元正极材料有待前驱体不断突破

单晶、高镍化是提升正极能量密度的核心途径。锂电池能量密度的提升,除了提高比容量以外,还可以通过提高充电截止电压、提高正极材料压实密度来实现。合成单晶三元正极材料是提高充电截止电压、压实密度的有效方法之一,可以通过前驱体的选型、烧结温度的调整以及大小粒子的搭配等方法来实现,而比容量的提升主要源自使用更高镍含量的三元前驱体以及合成工艺的改善。

普通三元正极材料存在局限性。普通三元正极形貌为一次单晶颗粒聚集成的球形或类球形二次颗粒,由多个微粒结合而成,粒度分布较宽。其主要缺陷有

单晶型三元正极材料具有压实密度更高、循环寿命更好优点。通过把三元正极材料做成单晶颗粒,不仅能够提高材料充电截止电压发挥材料容量优势,同时可以有效改善材料的高温循环、胀气、容量恢复等方面的问题。具体来看单晶三元正极材料具有以下优点:

因此,开发单晶三元正极材料的研究正成为锂电池材料研究的新方向,目前主流正极材料产品正逐渐切换为单晶型。

单晶型三元材料对前驱体生产工艺提出更高要求。单晶型三元材料除在烧结工艺需要特殊处理外,对前驱体的合成工艺也提出新的挑战。单晶正极一般选用小颗粒前驱体,因为小颗粒前驱体固相反应活性更高,更容易生产单晶结构,所需烧结温度以及烧结时间也更短。

小颗粒前驱体合成工艺难度更高。目前大部分厂商采用连续法制备常规颗粒尺寸(10μm~15μm)的三元前驱体材料,此方法不仅产量高,而且批次稳定性好。但在制备小颗粒尺寸(3μm~5μm)的三元前驱体材料时,采用连续法生产粒径分布难以控制,造成粒径误差较大。为了获得形貌较好的颗粒,一般采用间歇法生产,即通过釜内物料的高固含量(200~250g/L),加入一定表面活性剂等手段,以降低颗粒生长速度,延长颗粒生长时间,以获得较好的球形度。

间歇法优点:粒径分布更窄,产品一致性更好。但存在缺点:1)产量低,2)每次开釜均需重新配置底液,耗费大量的纯水、蒸汽、电能、人员工作量等,增加生产成本,3)批次稳定性差。

高镍三元正极材料单晶化较普通三元更难。(1)高镍三元正极热稳定性更差,对包括前驱体在内全流程磁性异物要求更为严格。(2)高镍三元前驱体由于起稳定结构作用的锰元素含量下降,其结构受生产条件波动影响更为敏感,对前驱体生产工艺精度控制要求更高。

磁性异物影响有两点:a)有可能直接刺穿隔膜造成短路,b)在电池循环过程中,随正极电位升高容易发生氧化还原反应溶解,通过电解液扩散,然后在负极表面析出堆积,最终刺穿隔膜,形成短路。普通前驱体对磁性异物要求在10~100ppb,高镍前驱体对磁性异物要求一般在10ppb以下。对磁性异物的控制涉及原材料纯度控制、生产过程控制、工人操作管理、前道和后道除磁等全过程管理,技术壁垒较高。

除单晶、高镍化趋势对前驱体制备工艺提出的新挑战外,一些特殊结构前驱体也在不断发展中。比如放射状生长而成的前驱体,可制备出放射状结构正极材料,内部可形成由内到外的锂离子扩散通道,从而表现出优异的倍率性能;比如内高比容量、外层高稳定性的核壳结构或梯度结构,既能发挥内层材料高比容量特点,又能提升充电截止电压和循环稳定性;比如掺杂型前驱体,通过共沉淀方式将掺杂步骤从后道正极烧结转移到前道前驱体合成,相较于火法掺杂,湿法可以获得更好的掺杂均匀性。

总体而言,我们认为前驱体具有高技术壁垒、高技术迭代速度的特点,企业工艺、技术水平的提升,需要长时间的经验积累,走在技术前沿的企业有望持续保持领先地位。

5.1三元前驱体集中度持续提升,议价能力好于下游

三元前驱体近三年产量复合增速为71.8%。随着三元锂电池需求量的增长,国内三元前驱体行业迅速扩张。据鑫椤资讯对国内16家三元前驱体企业产量的统计情况来看,2018年三元前驱体产量为21.8万吨,同比2017年增长68%。

三元前驱体前三甲占据行业总产量46.8%。2018年三元前驱体前三甲企业总产量超过10万吨,占行业总产量的46.8%,与第二梯队差距明显,并且较去年提高了5.3%,近三年呈现持续提升态势。目前前驱体龙头企业产能呈现供不应求状态,随着格林美、中伟、优美科长信等龙头企业进一步扩大规模,前驱体行业集中度有望进一步提升。下游正极材料方面,前三甲出货量占比约为30.51%,集中度低于前驱体,由于NCM523技术路线已经非常成熟,在现有以NCM523为主要正极材料背景下,正极材料龙头企业优势尚不明显,集中度的提升有待高镍化路线普及后显现。

前驱体材料毛利率高于正极材料。从毛利率对比上来看,前驱体企业毛利率水平整体上高于三元正极企业,格林美、邦普循环、道氏技术等前驱体业务毛利率均维持在20%以上;三元正极企业除当升科技超过20%,其余整体落在20%以下,也反映出前驱体产业链议价能力要好于正极材料。

格林美前驱体产能产量均居国内榜首。2017年,我国三元前驱体主要生产企业中,格林美以3.5万吨的产能雄踞榜首,在我国主要厂商产能中占比18%,行业前三甲为格林美、中伟与优美科长信,三家公司总产能合计为8万吨,占当年全国总产能的44.44%;2018年,前驱体产量前三甲依旧是格林美、优美科以及中伟新材料三家。公司目前已有8万吨前驱体产能在产,同时公司拟在荆门新建3万吨三元前驱体产能,以及在福建宁德通过控股60%子公司新建年产5万吨三元前驱体以及2万吨三元正极产能。

5.2受益于新能源汽车拉动,三元前驱体长期需求无忧

动力电池能量密度提升是大势所趋,三元正极优势明显

2017年2月,我国工信部、国家发改委、科技部、财政部四部委联合发布《促进汽车动力电池产业发展行动方案》指出:到2020年,新型锂离子动力电池单体比能量超过300wh/kg;系统比能量力争达到260wh/kg、成本降至1元/wh以下。三元正极材料的比容量及能量密度高于磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂等正极产品,符合提高能量密度趋势要求,除在客车领域受政策限制,预计未来在乘用车领域仍将是绝对主流。

3C锂电池领域三元有望替代部分钴酸锂正极

3C产品锂电池传统以钴酸锂为正极材料,其优势在于电压平台高、压实密度高、倍率性能好,但缺点在于成本较高、电池寿命短。与钴酸锂正极材料相比,三元正极材料具有价格优势,同时在循环稳定性、热稳定性和安全性能上有所改善,能量密度上也较钴酸锂更有优势,因此未来三元正极在3C锂电池领域将对钴酸锂正极形成一定替代。

低速车、电动自行车领域有望替代铅酸电池

我国是全球电动自行车生产、销售和出口第一大国,2017年电动自行车产量为3,113万辆,其中90%以上电动自行车运用的是铅酸蓄电池;此外,国内低速车近几年呈现高增速态势,国内年销量在百万量级,目前主要装载电池也以铅酸电池为主。工信部于2018年5月公布修订的《电动自行车安全技术规范》要求整车质量(含电池)不超过55Kg,低速车新国标也在制定中,相关企业均在谋求产品升级以满足新国标。锂电池充放电次数比铅酸电池高1倍,能量密度是铅酸电池3倍以上,并且随着锂电池价格持续下降,未来在低速车、电动自行车领域替代铅酸电池。

储能领域是尚待开发的蓝海

随着风电、光伏等新能源发电在能源结构中占比不断提升,由于新能源发电受季节、天气条件影响波动性较大,高效储能技术的应用将越来越迫切,同时伴随着锂电池成本的不断下降,电化学储能在峰谷电价套利、新能源并网以及电力系统辅助服务等领域的应用场景正不断开发出来,未来锂电池在储能领域的市场空间将不比新能源汽车领域小。

三元正极材料的应用主要集中在动力电池中的乘用车上,此外还有少部分用于3C消费与储能领域。2014年以来国内新能源汽车产销量的快速增长,带动了车用动力电池产量及装机量的快速增长,根据中国汽车工业协会和GGII披露数据,2018年新能源汽车产量、车用动力电池装机量增长率分别达到52%、57%。随着新能源乘用车产销量持续爆发式高增长,新能源客车产销量保持平稳,新能源专用车保持较快增速,我们预计2019~2021年国内动力电池装机量增速分别达到48%、46%、46%。

为辅助判断三元前驱体需求前景,我们对全球锂电池需求量及对应三元前驱体需求量进行估算。我们假设每年动力电池库存、替换需求量占装机量比重为15%,3C锂电池、储能锂电池产量每年分别保持3%、10%增速,未来正极材料需求增量均来自三元正极,国内锂电池总产量占全球锂电池总产量的比重维持50%,估算出2019~2021年全球三元前驱体需求增量分别达到9.87万吨、13.73万吨、18.64万吨。

1.为什么高级助听器一定要使用锌空气电池?这种电池有何特点?

锌空气电池以空气中氧气为正极材料,所以就不必再在电池内放入,电池内就有空间装更多的负极材料。因此,它的容量比其它电池高3-10倍,是所有实用电池体系中最高的。这种电池还具有工作电压很平稳,杂音很小等优点,是耳背式,耳内式和耳道式高级助听器的最佳电源。

这种电池工作时必须有空气,所以在电池壳上要有透气孔。出厂时用保护胶带将气孔粘上,使用时才撕下。另外,它的开路电压在气孔封闭时较低,气孔畅通时较高,所有其它电池都无此特征。

2.电池底部的胶带是做什么的?电池不用时再贴上是否可以保护电池?

胶带用于封闭透气孔,避免电池不用时空气中的水蒸汽等各种成分对电池造成的影响。这时电池处于休眠状态,可以长时间保存。如将用了一段时间的电池从助听器中取出,再用胶带将气孔封上,可以少量延长电池寿命,助听厂商,但一般没有必要这样做。

3.为什么有的新电池刚刚放入助听器就没有电?

可能是您刚撕下胶带或电池温度过低。电池进气孔出厂时已用胶纸粘上,此时电池处于休眠状态,撕去胶纸后几分钟电池被逐渐激活。另外,在北方寒冷季节,刚刚从室外拿回来的电池由于温度低,需要待温度回升到室温后才能使用。

4.每天晚上不用助听器时,是否要将电池放入干燥盒?长时间不使用助听器,是否要取出电池?

锌空气电池易受环境影响,最佳使用湿度为60%左右,太干燥或太潮湿均会缩短使用时间。在夏天或雨季潮湿的时候,每天晚上应将电池仓打开,将电池与助听器一起放入干燥盒。在正常或干燥的条件下,晚上不要将电池放入干燥盒,以免过度干燥。长时间不用,由于空气会进入电池内部逐渐影响电池性能,甚至发生漏液等情况,所以必须将电池取出。

近日,广东发改委发布关于进一步明确我省优先发展产业的通知。

在这份通知中,纯电动汽车、固态电池、空气电池、钠硫电池等新体系动力电池研发与制造,燃料电池、氢能设备及其关键零部件制造等作为绿色低碳产品均被划为优先发展产业。

在提到的几种动力电池中,固态电池及燃料电池经常被人们提起,较为熟悉。相对而言,空气电池则较少出现在人们视野中。本文将对空气电池做简单介绍:

空气电池是化学电池的一种。构造原理与干电池相似,所不同的只是它的氧化剂取自空气中的氧。根据阴极材料的不同,空气电池也分为不同种类。目前已知的有镁空气电池、锌空气电池、锂空气电池、铝空气电池等。其中,锂空气电池因其理论能量密度上限达到11000Wh/kg,远超过锂电池目前200+Wh/kg的实际能量密度,因此被认为是一种非常有潜力的高比容量电池技术。

以锂空气电池为例,锂空气电池主要由阳极、阴极、隔膜几部分组成,金属锂为负极,氧气为正极。反应主要发生在电解液,导电剂(碳)与空气的三相界面。具有上限达到11000Wh/kg的极高理论容量、反应简单、成本低廉等优点。但其缺点则桎梏了其大规模应用推广:一是反应过程很难发生,可逆性差,需要催化剂协助;二是空气电极容易堵塞,衰减严重,倍率性能差;三是电解液容易挥发、分解。此外,由于锂空气电池并非在密闭空间工作,空气中的水蒸气和二氧化碳等气体对锂空气电池亦有极大危害。

国内研究现状

目前,国内企业对锂空气电池展开研究的企业仍旧稀少,主要是研究机构在开展研究工作,譬如中国科学院、中国科学院大学、复旦大学、南京大学、南开大学等。

国外研究现状

近日,美国伊利诺伊大学研究人员研发了多款2D材料,用这些2D材料做锂空气电池的电极催化剂时能够提高电池内部的化学反应速率,使锂空气电池的效率更高、充电能力更强,电池保存能量的能力和提供能量的能力被大大提升了。研究者认为,该新型材料或许能够使电动车的续航里程提升到800公里,彻底解决里程焦虑问题。另有美国科学家在《NATURE》上发文,宣称成功制成了可在类空气气氛中循环超700次的电池,很好的解决了之前很多体系只能与纯氧反应、循环寿命很差(常常只有几十次)的问题。

其他空气电池

在其他种类空气电池方面:韩国蔚山国际科学技术研究所(UlsanNationalInstituteofScienceandTechnology)的研究人员研发了一款铝空气电池,该电池可提高电动汽车续航里程,并且电池组是可更换的,无需慢慢充电;NantEnergy则将率先推动锌空气电池的商业化应用,该公司宣称将蓄电池成本降至100美元/千瓦时以下;印度初创公司——Log9则推出了一款金属空气电池,此种电池技术可将电池能量密度提高十倍,几分钟内将该电池金属更换好后,电动汽车续航里程可超过1000公里。但该电池非常笨重,体积会占据整个汽车后座,因此该公司现正努力缩小其体积,加快商业化推广。

1.1.燃料电池发电:环保高效,优势明显

燃料电池是一种不经过燃烧过程的高效电化学能转换装臵。利用水的电解的逆反应,将氢气(等燃料)和氧化剂中的化学能连续不断地转化为电能。燃料电池的工作原理:H2到达气体扩散层后,在催化剂作用下氧化成H+和e-,H+通过电解质膜与在阴极的O2反应生成水,在阳极产生的e-则通过外电路从阳极流向阴极,从而形成电流。在燃料电池的反应中,氢气作为燃料被消耗,而电能的产生取代了热能的释放。

效率高,更环保,燃料电池发电优势明显。对比传统石化燃料的发电方式,燃料电池主要具有八点优势:

1)发电效率高。不受卡诺循环限制,理论发电效率能达到85%-90%,目前燃料电池的能量转化效率能达到40-60%,若实现热电连供则能实现80%以上。

2)环境污染小。若以天然气做燃料,CO2排放比热机减少40%;避免高温燃烧过程几乎不会排放NOx和SOx。

3)比能量高。液氢燃料电池比能量是镍镉电池的800倍,目前燃料电池实际比能量只有理论值的1/10,但是仍高于一般电池。

4)噪音低。燃料电池结构简单,运动部件少,即使在11MW级别燃料电池发电厂附近,所测得噪音也低于55dB。

5)燃料范围广。只要含有氢原子的物质都可以作为燃料,例如:天然气、石油、酒精、甲醇等。

6)可靠性高。当负载变动时,燃料电池响应快,无论出于过载或低载运行,都能较好承受且保证效率。

燃料电池的缺点主要在成本较高,对燃料的要求较高。燃料电池的价格是其他发电机组(内燃机、燃气轮机)的2~10倍,燃料氢气等的制备也相对较为复杂。

1.2.燃料电池分类:质子交换膜燃料电池最适合用于汽车

燃料电池通常按电解质种类分类,质子交换膜燃料电池前景广阔,最适用于汽车等移动交通工具。主要有以下六种:

碱性燃料电池(AFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)、直接甲醇燃料电池

(DMFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SPFC)六种,主要特点如表1所示。

直接甲醇燃料电池(DMFC)不直接使用氢气作为燃料,而是使用了液态甲醇,这种电池的功率很低,但作为可移动电子设备的电源仍有很大潜力,可应用于需长时间工作但耗电少而平稳的设备中。

磷酸燃料电池(PAFC)是世界上广泛应用和最早投入商业化生产的燃料电池,由国际燃料电池公司(现为UTC燃料电池公司)和一些日本公司生产的200kW的燃料电池已在美国和欧洲安装。氢燃料的问题通过重整天然气来解决,但这也增加了设备的成本与复杂性,且这类燃料电池的电解质对电堆的腐蚀性较强。

碱性燃料电池(AFC)的重要性相对降低,也缺少巨大的研究热情,但这类燃料电池的电压损失较小,且其电解质氢氧化钾的成本比任何一种类型的电解质成本都低很多,但同时也存在CO2与碱性电解质反应的问题。

固态氧化物燃料电池(SOFC)在500至1000°C之间工作,这意味着无需昂贵的催化剂就能达到相当高的反应速率,且像天然气这样的气体可以直接应用,或者在电池内部重组,无需一个独立的制氢系统,但由陶瓷材料构成的电池很难加工制造,生产成本很高,还需大量额外设备。

同样作为中高温燃料电池,熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)可以利用余温增加效率,适用于大型电站,但高温运作会同时带来安全隐患。

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是目前应用前景最为广阔的燃料电池类型,适用于汽车、移动电源、小型发布式发电、潜艇推动等领域,具有低温快速启动的特点,且不适用有腐蚀性的液态电解质,但这类燃料电池直接使用氢气作为燃料,成本与技术要求较高。

1.3.蓝海市场高增速,交通领域应用前景最广阔

燃料电池历史悠久,当前已经逐步具备产业化条件。

早在1839年,英国科学家WilliamGrove就发明氢氧气体燃料电池。采用铂片电极、稀硫酸做电解液。但由于质量不高,燃料电池的输出功率和电压均较低而没有得到应用。

1900年,W.Nernst制作出第一个固体氧化物燃料电池(SOFC)。

1958年,美国通用电气的科学家LeonardNiedrach和WillardThomasGrubb研制出世界第一个质子交换膜燃料电池。

1983年加拿大巴拉德公司在固体电解质材料上取得重大进展,将电解水的Nafion膜用于燃料电池,使燃料电池功率提升千倍。

如今,燃料电池行业正处于快速导入期,自2009-2018年实现九年九倍的行业增长。根据E4Tech的报告,2009-2018年,全球燃料电池出货量从最初的86.5MW增长至当前(估计)的803.1MW,实现9年9.3倍的增长,年均复合增速约28%。2018年全球燃料电池的出货量为7.43万套,同比增长5.4%,对应规模803.1MW,同比增长21.9%,2015至2017年的年增长率均在25%以上,至今仍保持快速增长。

在各类燃料电池中,质子交换膜燃料电池(PEMFC)的应用最多,2018年的占比达到73.4%。根据E4Tech数据,2009-2018年PEMFC出货量从60MW增加至589.1MW,九年十倍,复合增速29%。2018年全球PEMFC出货量589.1MW,占比73.4%,大幅领先第二名PAFC(97.3MW)和第三名SOFC(91MW)。出货台数方面,PEMFC出货台数从2013年略有下滑,但是单台容量提升推动了增长。

交通运输已逐渐成为燃料电池的主要应用领域。燃料电池主要在固定电站、便携电源和交通运输领域应用,根据E4Tech提供的数据,交通运输用途的燃料电池的全球出货量近年来持续走高,且增幅明显,在2018年用于交通运输的燃料电池按规模达到562.6MW,同比增长29.1%,占2018全年的全球燃料电池出货量的70.1%,已经成为燃料电池最广泛的应用市场。

2.1.商业化落地加速,清洁+加氢快是FCV的比较优势

燃料电池汽车是通过燃料电池发电驱动电机运转的汽车,也是电动车的一种。燃料电池汽车的工作原理为:作为燃料的氢在汽车搭载的燃料电池中,与大气中的氧气发生氧化还原化学反应,产生出电能来带动电动机工作,由电动机带动汽车中的机械传动结构,进而带动汽车的前桥(或后桥)等行走机械结构工作,从而驱动电动汽车前进。

燃料电池汽车相比纯电动汽车有燃料清洁环保、能量密度高、补充能量快的显著优势。目前氢燃料的主要来源是工业副产氢(焦炉气中提取)、化石燃料(天然气)制氢等,但未来可以利用水电、太阳能、风能、地热能等再生能源制取氢燃料,且燃料电池汽车的加氢时间仅需3分钟,相比纯电动车动辄1小时的充能时间有着明显的优势,燃料电池汽车的能量密度也更高,一辆汽车行驶500km,大约需要37L燃油、6kg氢气或者100kWh的电能,不同储能介质和设备的体积重量差别很大,锂电池的能量密度最小,燃料电池则介于锂电池和燃油之间。燃料电池汽车具备多方面性能优势,未来有潜力取代纯电动汽车成为未来交通工具的最佳解决方案。

目前丰田、本田、现代等车企在燃料电池汽车取得的成果来看,燃料电池汽车的技术已经初步成熟,也具备了和纯电动车竞争的能力,未来加氢站的建立与布局将与燃料电池汽车商业化发展紧密相关。

燃料电池汽车已经发展了八十余年,在2014年随着丰田Marai推出,实现了在乘用车领域的商业化。燃料电池汽车并不是新概念,早在1933年第一辆质子交换膜燃料电池汽车(EnergyPartnerConsulier)问世,标志着质子交换膜燃料电池正式登上燃料电池汽车的历史舞台,并一直延用至今。在1966年美国通用汽车就开发了世界上第一辆燃料电池车(ChevroletElectrovan),行使里程约120公里,最高速度可达70公里/小时,但成本昂贵,只生产了这一辆。2008年戴姆勒、福特、通用、本田、现代-起亚、日产-雷诺、丰田等七大全球汽车制造商签署谅解备忘录,将2015年作为大举推进燃料电池汽车量产的时间节点。在2014年,丰田推出售价约为37万人民币的燃料电池汽车Mirai,600公里的续航历程、3分钟加氢时间,宣布氢燃料电池车实现商业化,进入了商业推广阶段。

2.2.政策持续加码助推,车企发布FCV战略规划

2.2.1.美、日、欧:三个国家和地区均出台燃料电池中长期规划

美国非常重视新能源的建设,是最早进行燃料电池乘用车研发的国家之一,政策也大力推动了美国燃料电池汽车的发展。目前美国能源部(DOE)和国防部(DOD)成为发展涉及氢能和燃料电池发展的两大核心部门。早在2005年美国出台《能源政策法》,将发展氢能和燃料电池技术的有关项目及其财政经费授权额度明确写入法中,今后10年间将投入123亿美元支持氢能和燃料电池技术研发。2012年美国能源部(DOE)宣布将投资240万美元用于收集和分析加氢站氢气加注部件的数据,同年颁布新能源投资税抵免政策,任何氢能基础设施的运行均可享受30%-50%的税收抵免。根据美国能源部燃料电池技术办公室(U.S.DOEFCTO)2018年发布的报告,2017年底美国在氢能和燃料电池技术领域已累计获得超过650项美国专利,其中大约30项技术已被工业界商业化,例如电解槽和氢能燃料电池系零部件,另外大约75项技术在未来几年内很可能商业化。

根据AutoAlliance/HISMarkit的数据,2018年全美燃料电池汽车累计销量4819辆。同时美国在城市中心进行了许多燃料电池客车项目,通过政府提供燃料费用和补贴来鼓励交通公司使用燃料电池客车,通过评估这些巴士的试运营情况,评估燃料电池的系统运行情况,并将其中的经验用于下一代燃料电池系统,根据美国可再生能源实验室(NREL)提供的数据,截止2018年12月11号,这项计划共有40个燃料电池巴士项目,其中在运营12个,规划中9个,已完成9个,正在运营的大巴数量达到了35辆,另外有39辆大巴正在制造。此外,美国在加州大力建设加氢站,截止2018年2月美国共有39座加氢站处于运营中,保有量世界第三,其中31座属于零售站,加利福尼亚州有35座。根据外媒报道,丰田将与壳牌合作,在美国加州建造7座加氢站,两家公司将为该项目出资1140万美元,而加州能源委员会也将出资1640万美元,旨在实现在2024年前拥有100座加氢站的目标。

日本政府受制于能源压力,大力推广燃料电池汽车产业。日本的能源结构问题严峻,能源资源严重依赖于海外供给,存在严重安全风险,根据2018年日本经济产业省公布的《第五期能源计划》,由于核电发展停滞等情况恶化,日本能源自给率从2010年度的20%降至2016年度的8%左右,且政府面临巨大减排压力,日本一直致力于清洁可持续能源的开发利用。日本人口密度大、地域面积小,对氢能的运输和加氢站的建设都比较有利,因此日本从2009年起,就通过购臵补贴等手段推广燃料电池汽车的发展。

2014年日本氢能和燃料电池战略委员会制定了《氢和燃料电池战略路线图》,2015年NEDO发布《氢能源白皮书》,将氢能源列为第三大支柱,随后在2017年12月发布《基本氢战略》,2018年7月提出《战略能源计划》,并于2018年10月发布《东京声明》,根据日本产经省METI的计划,日本将在2020年底之前产能达到4万辆燃料电池电动汽车,到2025年将达到20万辆,2030年达到80万辆,丰田等车企也在推动燃料电池堆和高压氢罐的大规模生产,日本政府长期、明确的发展战略推进了氢燃料电池产业在日本的发展,目前日本在氢燃料电池领域的技术在世界领先。

日本经济产业省发布的《氢能基本战略》也明确制定了加氢站的建设目标:2020年要达到160个,2025年要达到320个,2030年要增加到900个,以推动日本迈入氢能社会。

欧盟于2008年出台了燃料电池与氢联合行动计划项目(FCH-JU),至2013年至少斥资9.4亿欧元用于燃料电池和氢能的研究和发展。2014年至2020年,欧盟启动Horizon2020计划,在该计划中氢和燃料电池的投入预算可能达到220亿欧元。而根据2019年2月下旬欧洲燃料电池和氢能联合组织(FCH-JU)发布的《欧洲氢能路线图:欧洲能源转型的可持续发展路径》,欧盟提出面向2030、2050年的氢能发展路线图,为欧洲大规模部署氢能和燃料电池指明方向,阐明了发展氢能的社会经济效益:到2030年氢能产业将为欧盟创造约1300亿欧元产值,到2050年达到8200亿欧元,届时氢气可以提供高达24%的总能源需求,或者达到欧盟2251TWH的能源需求。

加氢站方面,根据H2stations.org发布2019年发布的第11期全球加氢站统计报告,截止2018年底,全球共有369座加氢站。其中欧洲152座,德国拥有的60座加氢站已经可以像传统加油站一样使用。此外,德国已经计划在特定地点增加38座加油站,其中34个地点由H2MobilityGermany运营,这种规划令德国有望保持“全球第二大加氢基础设施国家”的地位,持续领先于美国。而根据2019年2月发布的《欧洲氢能路线图》,至2025年欧洲将预计建设超750座加氢站,到2030年氢能产业将为欧盟创造约1300亿欧元产值,到2050年达到8200亿欧元。

2.2.2.中国政策大力支持燃料电池汽车发展

我国也对燃料电池汽车推广发展给予了诸多政策和补贴支持。早在2009年,国家首次开始在试点城市对燃料电池乘用车和客车分别给予25万/辆和60万/辆的财政补贴。2011年提出对纯电动汽车、燃料电池汽车和插电式混合动力汽车免征车船税。2016年10月,中国标准化研究院资源与环境分院和中国电器工业协会发布的《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书(2016)》首次提出了我国氢能产业的发展路线图,对我国中长期加氢站和燃料电池车辆发展目标进行了规划:到2020年,加氢站数量达到100座;燃料电池车辆达到10000辆;氢能轨道交通车辆达到50列;到2030年,加氢站数量达到1000座,燃料电池车辆保有量达到200万辆;到2050年,加氢站网络构建完成,燃料电池车辆保有量达到1000万辆。2019年3月26日,四部委联合印发了《关于于进一步完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》,对2019年及过渡期间的新能源汽车补贴方法给出了最终指示。新能源汽车补贴的整体退坡较大,在60%以上,燃料电池汽车的补贴政策还未正式公布,在过渡期期间销售上牌的燃料电池汽车将按2018年对应标准的0.8倍补贴,相对的燃料电池汽车补贴更优渥一些,暂时没有出现大幅下滑。

我国地方政府也在推出地方性政策大力推动燃料电池汽车发展。2018年广东、上海、武汉、佛山、苏州等10个省市出台了燃料电池相关政策。在10个省市出台的燃料电池政策中,广东明确将大力推进燃料电池汽车产业化,而且明确了将省级补贴资金的30%用于支持燃料电池。广东佛山的补贴力度最大,最高补贴可达800万元。武汉按中央1:1补贴;上海、海南、青海按中央1:0.5补贴;重庆按中央1:0.4补贴;河南按中央1:0.3补贴。苏州规划到2020年,氢能产业链年产值突破100亿元,建成加氢站10座,氢燃料电池汽车运行规模力争达到800辆。武汉明确了加氢站的项目选址、报建、施工、经营全过程的审批及管理流程和相关监管职能部门,是全国首个加氢站审批及监管地方管理办法。除了这10个省市出台燃料电池规划或补贴外,上海、大同、抚顺、济南、南通、镇江、台州、六安、武汉、新乡等10多个城市正规划建设氢能产业园。

2.2.3.国内外车企纷纷加快燃料电池汽车发展规划

国内外各车企对燃料电池汽车加紧规划布局。丰田计划到2020年前后全球FCEV年销量达到3万辆以上,为提升核心零部件的产能,丰田在日本新建厂房用于增加氢燃料电池堆的产能,并新建高压储氢罐专用生产线。本田则与通用合资在美国成立子公司,合作生产新一代氢动力燃料电池系统,并力争2020年左右开始投入量产。现代汽车集团于2018年发布“FCEV2030规划”,计划在2030年前实现年产50万辆燃料电池电动汽车的目标,决定投资7.6万亿韩元并新增雇佣5.1万名员工,将燃料电池电动汽车的生产能力从现在年产3000辆扩大到2022年的年产4万辆。而国内汽车企业上汽、长城、东风等也纷纷加紧布局燃料电池汽车。

2.3.燃料电池汽车处于快速引入期,海外技术和产业化领先于国内

2.3.1.燃料电池汽车空间广阔,增速迅猛

全球燃料电池汽车销量仍处于极低水平,主要集中在北美和亚洲市场,且市场竞争集中。根据InformationTrends公布的数据,2013至2017年全球燃料电池乘用车累计销量仅6475辆,仍处于极低水平,其中2017年销量为3260辆,同比增长41%;市场仅有三类车型,丰田Mirai、本田Clarity和现代ix35分别占燃料电池乘用车总销量的76%、13%和11%;其中从地区分布看,燃料电池乘用车销售主要集中于北美和亚洲,销量占比分别为53%和38%。

燃料电池汽车市场前景广阔,MIT估计全球燃料电池销售量在2035年超过1600万辆。据GlobalMarketInsight的预测,全球燃料电池汽车销量预计将在2024年前后突破30万台;麻省理工的研究预测全球燃料汽车市场销售量将在2035年增至1602万辆;InformationTrends预测燃料电池汽车将在2020年后高速增长,在2032年销售额将达到2552亿美元。

而根据GlobalMarketInsights,Inc2018年的一项调查,各大主机厂不断增加的研究投入为燃料电池汽车的发展铺平了道路,并通过规模效应令其成本一路走低,与此同时,对于氢燃料电池汽车的市场需求也正持续提升,预计到2024年全球氢燃料电池汽车的市场规模将超过90亿美元(约合人民币567亿元),燃料电池汽车的盈利能力将在7年内提升42%。

燃料电池系统成本将随技术提升和规模化生产不断下降。根据美国能源局DOE的2020燃料电池行业发展规划,在产量不断提升和技术升级的影响下,燃料电池成本将不断下降,以目前的技术水平和10万套年产量的生产规模,燃料电池系统的成本为$46.16/kW,当年生产规模达到50万套,燃料电池系统成本将在2025年降至$38.34/kW,技术提升后成本最终降为$30/kW。

2.3.2.燃料电池汽车海外车企技术布局领先,国内处于追赶者行列

日系车企和韩系车企在燃料电池乘用车布局领先。目前世界上实现商业化量产的燃料电池汽车商家主要有丰田,本田和现代等,根据InformationTrends提供的数据,丰田Mirai、本田Clarity和现代ix35分别占2017年燃料电池乘用车总销量的76%、13%和11%,现代于2019年推出新一代燃料电池汽车Nexo,将续航里程提升至612km。

丰田Mirai作为第一辆实现商业化生产的燃料电池汽车,在不影响车内空间和实用性的前提下实现了良好性能和长距离的续航里程,其3.1kW/L功率密度的燃料电池堆重量仅56kg,体积仅37L,输出功率却达到了114kW,是目前世界的最高水准,同时采用70MPa的高压储氢瓶,5kg的储氢量实现更长的续航历程。

本田也是最早涉足氢燃料电池汽车的车企之一,2016年发布了旗下首款氢动力车型ClarityFuelCell,采用和Mirai相同功率密度的燃料电池和70MPa高压储氢瓶,首次实现将燃料电池动力总成集成在发动机舱内,相比丰田Mirai的4座位空间,本田Clarity实现了五座大空间,实用性进一步增强,同时电机功率和续航里程也占有优势。Clarity还实现了平台化,本田希望打造一个兼容燃料电池、纯电、插电混动的多车型平台,满足多种需求的同时降低研发成本。

2013年现代就推出ix35燃油电池汽车,是世界上第一辆实现量产的燃料电池汽车,但因成本过高、加氢不便等原因未真正使燃料电池汽车实现商业化,现代于2019年推出了新一代Nexo,该车具备三个总储存量为156.6L的氢气储罐,满载氢气时续航里程达到612km,这一数据与先前的两款车型拉开差距,且总加注时间仅5分钟,该车型还配备了多项主动安全配臵以及与自动驾驶相关的便利性配臵。

此外奔驰于2018年推出了GLCPHEV氢燃料电池车,以插电式电动技术与氢燃料系统做结合,进而达成零碳排放的目标,续航里程为481公里。此外通用和日产也推出了燃料电池汽车车型。

燃料电池汽车基础研究:概述与市场空间

燃料电池在国内发展缓慢,处于半停滞状态。我国的燃料电池汽车目前仍属于商业化发展初期,经过近20年的研发,产业集群逐步形成,主要集中在辽宁、河北、山东、上海等省市。2016年我国共销售燃料电池汽车629台,2017年1247台,2018年1527辆,相比海外2016年共销售2270台燃料电池汽车,2017年3200多台,2018年前11个月3000多台。从数量上看,海外优于国内。从结构上看,海外燃料电池主要用于乘用车,国内主要以客车和物流车为主,乘用车难度更高,总体来看,我国燃料电池汽车行业在材料、工艺与海外差距较大,目前仍处于试验阶段,离批量化生产距离较远,且在燃料电池车设计层面国内和海外也有较大差距。

我国的燃料电池汽车以客车和物流车为主。截止到2018年底,全国超过13个城市陆续开展了燃料电池汽车示范推广工作,2017年6月,全国首条商业化载客运营的氢能源公交示范线分别在佛山、云浮两地运行,共计28辆车。2018年,由重塑科技等公司在上海市示范推广运营500台燃料电池物流车;2018年9月,上海首条燃料电池公交线路正式上线

从加氢站筹建部署情况来看,国际上加氢站的扩张正处于持续、迅猛地向上势头。加氢站是为燃料电池汽车提供燃料的基础设施,根据H2Station发布的全球加氢站建设评估报告,截止2018年底,全球已建设加氢站369家,同比增长12.5%,从全球分地区加氢站的建设情况来看,以欧洲、美洲和亚洲为代表地区加氢站的建设数量不断增加,其中前期以欧洲和美洲的建设数量较多,随着亚洲对氢能源汽车的研发推广,2016年后以日本和中国为代表的亚洲加氢站的建设数量不断增加,截止2018年,欧洲、亚洲和以加州为代表的北美地区共建设加氢站153、136、78家。

我国目前的氢能基础设施建设不发达,国家原规划2020年建成100多家加氢站,2025年建成300家,但2018年才建成17座加氢站,其中14座在运营中。

3.1.燃料电池汽车产业链较长,燃料电池系统占单车成本50%

燃料电池汽车产业链条较长,燃料电池系统为新增的市场。我们这里暂不考察氢气供应环节的产业链,燃料电池汽车本身的电驱动系统主要由燃料电池系统与驱动电机及其附件组成。

燃料电池汽车的主要成本来自于燃料电池系统和储氢系统,占总成本的50%和14%,其中燃料电池电堆是燃料电池系统的主要成本支出。根据美国能源局披露的燃料电池成本情况,2018年燃料电池的成本为$46.16/kW,不同整车部件的成本构成占比分别为:燃料电池系统(50%,绝大部分)、储氢系统(14%)、电驱动系统(7%)、车身(23%)。其中,电堆成本占燃料电池成本的60%。

燃料电池系统成本将随技术提升和规模化生产不断下降。根据美国能源局DOE的2020燃料电池行业发展规划,在产量不断提升和技术升级的影响下,燃料电池成本将不断下降,以目前的技术水平和10万套年产量的生产规模,燃料电池系统的成本为$46.16/kW,当年生产规模达到50万套,燃料电池系统成本将在2025年降至$38.34/kW,技术提升后成本最终降为$30/kW。

燃料电池系统市场空间广阔。根据E4Tech的报告,至2020年全球燃料电池汽车的产量将达到50万辆,当80kW的质子交换膜燃料电池汽车年产量达到50万辆,DOE估计2020年燃料电池成本目标为$40,对应的燃料电池系统市场空间为16亿美元,燃料电池电堆市场空间为9.6亿美元,其中核心材料市场空间分别为催化剂3.68亿美元、双极板2.56亿美元、质子交换膜1.28亿美元、气体扩散层0.80亿美元、膜电极垫片0.48亿美元。

3.2.燃料电池汽车产业链子领域竞争概况

3.2.1.电堆:海外车企布局领先,国内产品批量较少

电堆是发生电化学反应的场所,也是燃料电池动力系统的核心,由多个单体电池以串联方式层叠组合构成。将双极板与膜电极交替叠合,各单体之间嵌入密封件,经前、后端板压紧后用螺杆紧固拴牢,即构成燃料电池电堆。电堆工作时,氢气和氧气分别由进口引入,经电堆气体主通道分配至各单电池的双极板,经双极板导流均匀分配至电极,通过电极支撑体与催化剂接触进行电化学反应。

乘用车因为空间限制,目前只能采用高压金属板电堆的技术方案。国外乘用车厂大多自行开发电堆,并不对外开放,例如丰田、本田、现代等。也有少数采用合作伙伴的电堆来开发发动机的乘用车企业,例如奥迪(采用加拿大巴拉德定制开发的电堆)和奔驰(采用奔驰与福田的合资公司AFCC的电堆)。目前国外可以单独供应车用燃料电池电堆的知名企业主要有加拿大的Ballard和Hydrogenics,欧洲和美国正在运营的燃料电池公交车绝大多数采用这两家公司的石墨板电堆产品,已经经过了数千万公里、数百万小时的实车运营考验,这两家加拿大电堆企业都已经具备了一定产能,Ballard还与广东国鸿设立了合资企业生产9SSL电堆。此外还有一些规模较小的电堆开发企业,例如英国的Erlingklinger、瑞典的PowerCell、荷兰的Nedstack等,在个别项目有过应用,目前产能比较有限。

国内能够独立自主开发电堆并经过多年实际应用考验的只有大连新源动力和上海神力两家企业。大连新源动力采用的是金属板和复合板的技术路线,与上汽合作,开发了荣威950乘用车和上汽V80客车。上海神力成立于1998年,是中国第一家专业的燃料电池电堆研发生产企业,目前两家都建成了燃料电池电堆中试线,正处于从小批量到产业化转化的关键阶段。另外有一些新兴的燃料电池电堆企业,例如弗尔塞、北京氢璞、武汉众宇等,也开发出燃料电池电堆样机和生产线,正处于验证阶段。

根据E4Tech的报告,至2020年全球燃料电池汽车的产量将达到50万辆,此产能下美国能源局DOE2020年燃料电池成本目标为$40,对应的燃料电池系统市场空间为16亿美元,而燃料电池电堆的成本支出占总电池系统的60%,则至2020年燃料电池电堆市场空间将达到9.6亿美元。

3.2.2.催化剂:降低铂含量是研发重点,海外企业领先国内

质子交换膜燃料电池商业化进程中的主要阻碍之一是价格高昂的贵金属催化剂,铂载量如今已大幅下降,减少铂的使用量是降低催化剂成本的有效途径,未来研究重点是催化剂超低铂或无铂。由于铂资源具有稀缺、昂贵的属性,大量的研究工作仍集中于降低铂载量、增强催化剂的耐久性、或是开发新的催化剂来替代铂的使用。

减少铂的使用量是降低催化剂成本的有效途径。根据DOE统计,如果以现有技术进行燃料电池汽车商业化,燃料电池对Pt资源的需求将远超过世界年产量,针对燃料电池催化剂的研究目前主要集中在以下几个方面:一是提高催化剂活性和稳定性通过对铂的结构进行改进,减小催化剂的粒子直径、使其均一分散来扩大催化面积,还可以通过减小催化剂厚度的方法提高反应性;二是改进铂材料的利用率,可以通过铂与其它金属形成合金来制造催化剂,目前大多采用铂与钌的合金来解决,或者将铂的活性组分担载在载体上,主要以碳载体为主;三是研究铂以外的新材料,例如氧化钼、钴、石墨烯-碘等物质,但是技术尚未成熟,工业化应用前景较低。

在燃料电池催化剂领域,海外企业处于领先地位,已经能够实现批量化生产,而且性能稳定。其中英国JohnsonMatthey和日本Tanaka(本田燃料电池车Clarity催化剂供应商)是全球铂催化剂的巨头。

我国催化剂核心材料长期依赖高成本进口,严重制约了我国氢能源产业的自主发展。唯一的上市标的公司贵研铂业用催化剂开发进展进入实验室放大阶段,暂时还没有产品应用,2018年清华大学氢燃料电池实验室与武汉喜玛拉雅光电科技股份有限公司合作成立了联合研发团队,攻克了氢燃料电池催化剂生产难题,未来可实现催化剂的量产。

随着Pt用量的减少,催化剂成本将不断下降,DOE对降低Pt用量的目标是到2020年,燃料电池电堆的Pt用量降至0.108g/kW;至2025年催化剂用量达到降至0.065g/kW。而催化剂的规模效应也很显著,E4Tech预测至2020年全球燃料电池汽车的产量将达到50万辆,而根据DOE在2018年的报道,年产量为1万套时,催化剂的成本为$756.6/套。当年产量升至50万套,催化剂成本支出将降至$492.3/套,届时Pt的市场空间将达到$3.68亿。

燃料电池汽车基础研究:概述与市场空间

燃料电池汽车基础研究:概述与市场空间

3.2.3.双极板:石墨双极板已经国产化,金属双极板仍存差距

双极板的基体材料的选择直接影响燃料电池的电性能和使用寿命,是燃料电池的关键组件之一。其主要起到起输送和分配燃料、在电堆中隔离阳极阴极气体的作用。双极板占整个燃料电池重量的60%,成本的13%。根据基体材料的不同,双极板可以分为石墨双极板、金属双极板和复合材料双极板。

石墨双极板已实现商业化大规模应用,目前已实现国产化。目前主流供应商有美国POCO、SHF、Graftech、日本FujikuraRubberLTD、KyushuRefractories、英国Bac2等。国产厂商主要有杭州鑫能石墨、江阴沪江科技、淄博联强碳素材料、上海喜丽碳素、南通黑匣、上海弘枫等。

金属双极板易于批量化生产降低成本,是替代石墨双极板的最佳选择,目前国内外有一定技术差距。丰田Mirai、本田Clarity和现代NEXO等乘用车均采用金属双极板,目前金属双极板主要供应商有瑞典Cellimpact、德国Dana、Grabener、美国treadstone等,国内氢璞创能在各种性能指标上已超越巴拉德,且拥有全国现在第一条、也是目前为止唯一一条全自动化产线,大部分研究机构还处于研发试制阶段,包括新源动力、大连化物所等。复合双极板的研发目前还比较少,国内仅有大连新源动力和武汉喜玛拉雅等企业有所涉及,实际应用情况还未见报导。

3.2.4.质子交换膜:海外公司技术领先已经产业化,国内仍处研发阶段

目前常用的商业化质子交换膜有全氟磺酸膜和复合膜。质子交换膜是燃料电池关键材料,其作用是在反应时,只让阳极失去电子的氢离子透过到达阴极,但阻止电子和其他分子通过,主流的质子交换膜在高温时易发生化学降解,传导性变低,因此各机构也在研究其他类型的膜,包括高温膜、碱性膜等。

全氟磺酸膜已实现产业化,其供应商集中于日本和欧美国家,其中应用最广泛的是美国科慕公司的Nafion系列膜,国内能够批量化供应只有山东东岳,其产品已进入奔驰的供应链体系。此外国内的武汉理工新能源公司、上海神力科技、大连新源动力和三爱富都有均质膜的生产能力,武汉理工的产品还出口国外。

在复合膜方面,戈尔占据的全球市场份额最高,其Select复合膜广泛应用于燃料电池,丰田Mirai、本田Clarity和现代ix35均采用戈尔Select系列膜,国内武汉理工已向国内外数家研究单位提供测试样品;大连化物所、上海交大也在质子交换膜的研究领域有所突破。

随着燃料电池批量化生产,质子交换膜生产成本降幅明显。根据E4Tech的报告,至2020年全球燃料电池汽车的产量将达到50万辆,而美国能源局DOE在2018年预测在实现能产量50万套燃料电池系统时,质子交换膜支出成本将达到$16/m2,市场空间将扩大为$1.28亿。

3.2.5.膜电极:已经逐步国产化,但仍落后于外资

膜电极是电化学反应的核心部件。由电催化剂、质子交换膜、气体扩散层组成。

国产膜电极性能与国际水平接近,但专业特性上(例如铂载量、启停、冷启动、抗

反极等)与国际水平还有一定差距。批量化生产工艺和装备差距较大,国外已实现

连续化生产。随着国内市场的快速增长,国内工程化和质量控制的差距有望进一步

缩小。

膜电极国内外存在一定技术差距。国外膜电极的供应商主要3M、JohnsonMatthey、Gore、Ballard等。丰田、本田等乘用车企业自主开发了膜电极,但不对外销售。国内专业的膜电极供应商主要是武汉理工新能源,其产品大部分出口到美国的PlugPower公司,大连新源实现自主生产,主要是自用为上汽的发动机配套。此外昆山桑莱特、南京东焱氢能、苏州擎动等企业都开发了膜电极的样品,但未形成量产。

膜电极生产成本规模化效应明显。根据E4Tech的报告,至2020年全球燃料电池汽车的产量将达到50万辆,在这一产能规模下美国能源局预测膜电极的成本支出将降至$100/m2,膜电极垫片的市场空间将达到0.48亿美元。

3.2.6.气体扩散层:海外垄断,国内处于研发阶段

气体扩散层是加工费用主导成本的部件,气体扩散层主要作用是为参与反应的气体和生成的水提供传输通道,并支撑催化剂,因此,扩散层基底材料的性能将直接影响燃料电池的电池性能。气体扩散层主要利用炭纸、炭纤维布、无纺布和炭黑纸等,有的利用泡沫金属、金属网等来制备。根据StrategicAnalysis2014年发布的数据,当生产规模从1000套提升到50万套时,成本会从$2,661/套降到$102/套。

目前气体扩散层的生产主要由国际大厂垄断,如日本东丽、加拿大Ballard、德国SGL等。东丽目前占据较大的市场份额,生产的炭纸具有高导电性、高强度、高气体通过率、表面平滑等优点,但由于其脆性大而不能连续生产的特点导致其难以实现规模化生产,极大地限制了供应量的增长。我国对炭纸的研发主要集中于中南大学、武汉理工大学以及北京化工大学等高校,国内江苏天鸟具备优秀的碳纤维织物的生产能力,但由于燃料电池市场太小,尚无量产计划。

3.2.7.储氢装臵:低温液态是发展方向,国产化进程较高

车载储氢技术是氢燃料电池车发展的关键,直接影响氢燃料电池汽车的续航里程和成本等。氢燃料电池车载储氢技术主要包括高压气态储氢、低温液态储氢、固体储氢和有机液体储氢等。其中,高压气态储氢技术成熟,应用广泛、成本低,是目前储氢应用的主要方式。而仅从质量和体积储氢密度分析,低温液态储氢是比较理想的储氢技术,是未来重要的发展方向,它的运输能力是高压气态氢气运输的十倍以上,可配合大规模风电、水电、光电电解水制氢储运。

当前高压气态储氢技术比较成熟,是目前最常用的储氢技术。该技术是采用高压将氢气压缩到一个耐高压的容器里。目前,高压气态储氢容器主要分为纯钢制金属瓶(I型)、钢制内胆纤维缠绕瓶(II型)、铝内胆纤维缠绕瓶(III型)及塑料内胆纤维缠绕瓶(IV型)4个类型。由于高压气态储氢容器I型、II型储氢密度低、氢脆问题严重,车载储氢瓶大多使用III型、IV型两种容器。

III型为金属内胆碳纤维全缠绕气瓶,是目前我的国发展重点,已开发35MPa和70MPa,技术和产品成熟,其中35MPa已被广泛应用于氢燃料电池车,70MPa刚开始推广,国外的技术已经成熟,但车用以IV型为主。IV型则为塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶,相比III型有明显的成本低、轻量化优势,国内目前仍处于研发阶段,国外的乘用车以该类型为主,美国的技术已经全球领先,已成功研制多种不同规格型号的纤维全缠绕高压储氢气瓶。

新能源车自燃事件,在最近一个月内一波未平一波又起。自燃背后,行业面临着哪些新问题?新能源车风险真的很大吗?

最近频频出现在新闻中的电动汽车自燃事件,似乎打击了整个行业的信心。车企忙于公关清除负面,技术人员加班加点寻找解决方案,而用户也对购买一辆新能源汽车产生了前所未有的担忧。

自燃,这两个字对于新能源汽车究竟意味着什么?我们又该如何理性地看待新能源汽车自燃?笔者作为一名汽车专业人士、汽车行业从业者,同时也是一名真实的纯电动汽车车主,在此聊聊自己的观点,与大家共同探讨。

目前绝大多数电池均采用锂作为得失电子,即发生电化学反应的载体。它有极高的化学活性,当金属锂与氧气直接发生接触时,便会引起剧烈的燃烧与爆炸。

了解这一特性后,在研发锂电池时会遵循两大基本安全规律:

相反地,只有当这两大设计同时失效,电池的自燃才会发生,具体表现为:

除此之外,不可忽视的还有在电池内局部发生热失控的情况下,即使短时间内没有空气侵入,依然有可能因为相变生热(例如隔膜液化等现象),发生包括短路等一系列连锁物理化学反应,导致能量急剧累积或容积尺寸快速改变,并最终引发爆炸。

锂金属与空气发生的剧烈氧化还原反应,与电池内部的热失控,很难说彼此之间非常泾渭分明,情况可能同时发生于某次自燃事件中。但是现有锂电池已经形成了一套包含可闭隔膜空隙、排气阀、局部热管理、过充保护等技术的完整电池保护方案,使锂电池的安全性完全达到可以投入商业应用的场景。

既然已经有了这么多考虑,那么这些电动汽车自燃的案例,究竟是哪些环节没有做到位呢?

目前,动力电池组的安全性能指标与测试方法,已有工信部制定的《GB/T31485-2015》国家标准统一进行规范。

从标准中可以看出,蓄电池组需要经历过充、过放、短路、跌落、加热、挤压、针刺、海水浸泡、温度循环、低气压等严苛的测试条件,且在一定的观察周期内(1h起)不发生起火、爆炸或漏液等严重问题,方可交付量产。

电动车自燃“烧”出新问题:厂商、用户、保险,你们该做些什么?

这样的测试条件,几乎远超出普通用户使用的条件边界,能通过这样的测试并量产的电池,理论上来说在用户常规用车过程中是不会出现能够引发自燃的问题。

那是自燃的电动汽车动力电池都被这样“蹂躏”过?也不尽然。从国标测试项目来看,尽管每一项都十分极限,但是各个测试环节之间存在独立性,既不会有同一个电池参与多个项目测试,对于每个项目的评价也没有关联。而真实用车场景中,尽管很少出现极端情况,但复杂工况造成的交变、交叉影响,却是目前的标准测试很难反映的。

正如之前所分析,只有当若干安全性设计思路同时失效,才会导致电池组内部的失控。不妨大胆猜测,如果将品控问题导致的出厂缺陷也算在内,自燃车辆至少发生了两种或以上的非正常电池工作状态(例如发生碰撞后再过度充电),而类似这种复合型测试,目前并未被列入动力电池强制考察的标准范围内,这也是从测试环节无法发现的结构性风险。

对于真实用户的使用场景而言,两种或以上对动力电池产生损害的非正常工况在时间维度上往往不具备连续性。这意味着如果某种非正常工况对于电池的结构性损害可以通过BMS电池管理系统的直接或间接参数测量被及时发现并采取相应的报警或补救措施,就可以避免更严重的自燃等情况发生,从而避免人身安全危机与财产损失。

但遗憾的是,新能源车的动力电池问题并不像传统内燃机车油液不足或发生泄露那么容易观测,甚至内部已经出现机械损伤的动力电池从外观看上去和正常电池也许都没有什么区别。而BMS通过电池电压、温度、内阻等间接测量信号进行动力电池健康状态的准确估计与安全预警,这项技术目前在全行业都还处于不断探索的阶段。

但能够进行动力电池健康状态的准确估计,并对潜在的隐患进行提前预警,几乎是解决电动汽车自燃及其它突发性危害工况的唯一途径。换言之,只有找到这些间接测量信号数值与动力电池真实存在的风险或失效形式之间的关联,才有可能在最终事故酿成前及时采取措施。

显然,对于动力电池自燃原理性的认知,有助于把握这种关联潜在的表达形式。例如,某个动力电池单体异常的升温,极有可能是高度危险的信号;动力电池单体电压的不均衡度超过一定限值,或者某个动力电池的内阻与其它差异过大,同样可能会引发动力电池过热。

但是,就如同结构工程师研究碰撞实验后的车身一样,只有研究足够多极端失效情况前的测量数据样本,利用大数据不断进行机器学习,才能总结出高效、高准确度的动力电池安全预警模型。

然而,目前国内的新能源汽车行业现状是,利用动力电池的台架测试积累数据尚不能完全满足动力电池健康状态与安全预警模型的准确建立。而真实运行的新能源汽车,无论是绝对数量还是数据收集与统计分析,对于类似的失效样本,都还远远不够。

这就引发了一系列问题:在新能源汽车发生碰撞后,哪怕是一个很小的追尾事故,对于动力电池的状态会不会产生影响?即便外观无法看出异常,但电池内部是不是已经有了潜在的风险?而车辆在日常保养、碰撞后的维修中,有没有专门针对动力电池进行安全检测的流程及方法?厂商是不是能清楚地告知用户,在车辆碰撞维修后,动力电池是不是处于安全使用的状态?

新能源汽车时代,无论是对厂商的售后流程规范、技术手段,还是对车辆的保险规则制定、定损方式,都提出了新的挑战。

相较一百三十多年历史的内燃机车成熟技术而言,电驱动的相关技术规模化发展不过就是近三十年左右的事情。因此存在认知水平的差距在所难免,由此引发一系列的风险,也是无可辩驳的事实。但放眼社会的进化史,却无不是由“风险控制”与“风险消化”两种主旋律贯穿始终。

从控制风险的角度出发,更全面的组合型测试规则、更严苛的企业标准,或许是验证动力电池安全性的未来发展方向。同时,微观领域的研究,以及测量技术的进一步发展,有助于为BMS系统决策提供更多有价值的信息。在因为追求动力电池能量密度提升,而使正极活性更高的NCM811电池即将普及的今天,这些研究的方向对于风险控制显得尤为关键。

在风险仍然存在的当下,如何将风险合理消化,更具体地说,如何为新能源汽车的自燃险重新定义与定价?对于碰撞事故的定损,新能源汽车是否会有全新的计算模型?或许都是保险公司开始值得认真思考的话题。而新能源汽车的保险模式、保险规则,注定会因为技术条件的不同与传统汽车产生巨大差异,当下依然按照传统汽车制定保额、定损的模式,已经逐渐显露出它的不适应性。

在用户层面,鉴于对车辆操作驾驶的不熟练,对车辆突发情况处理的冷静程度,以及对新能源汽车三电系统工作原理、车辆维保流程的欠缺了解,我们并不推荐单纯因为指标、牌照等政策客观因素而盲目购买新能源汽车作为自己的第一台车。而在厂商层面,对于用户发生新能源汽车碰撞、高强度非铺装路面行驶、涉水等情况,也要对其产生的动力电池风险有足够的安全提示及后期应对措施。

同时,站在保险行业的角度,诸如自燃险等传统汽车中少有关注的险种,应当在新能源汽车上得到更多的重视。而新能源汽车碰撞后的定损、理赔及对接下来保费的影响,除了和传统汽车同样的规则外,针对动力电池这一部件,也应当有专门制定的规则。

而这一切,除了依赖于技术研发层面的不断进步,更加需要新能源汽车样本数不断增加后对大数据的收集、统计、分析。数据,显然在新能源汽车时代,变得更加重要。

其实在新能源汽车自燃的问题上,笔者切身感受到一种悖论的存在——因为新能源产品的不成熟性,用户不希望成为“小白鼠”,但是只有当行业依赖足够大的样本基础,才能有效做到“风险控制”与“风险消化”,进而提高产品的成熟性。纵观历史,先进技术的发展无不需要经历这样的阶段。

这样的悖论何解?最终还是落脚在“幸存者偏差”上——空难看似危险,但飞机依然是最安全的交通方式之一。同理,以目前的技术水平,从统计学的角度,选择新能源汽车对用户的人身危险仍然是小概率事件。如果希望享受新鲜、低负担的用车体验,同时又能身体力行推动技术进步,那么为何又要因噎废食全面否定新能源汽车呢?

决定权,仍然在用户自己手中。

选择使用锌空气助听器电池的助听器使用者都对锌空气助听器电池的使用有很多疑问,专家总结了锌空气助听器电池使用十五问供大家参考学习。

1.为什么高级助听器一定要使用锌空气电池?这种电池有何优点?

锌空气电池以空气中氧气为正极材料,所以就不必再在电池内放入,电池内就有空间装更多的负极材料。因此它的容量比其它电池高3-10倍,是所有实用电池体系中最高的。这种电池还具有工作电压很平稳,杂音很小等优点,是耳背式,耳内式和耳道式高级助听器的最佳电源。

2.怎样判断锌空气助听器电池的真假?它与其它电池有什么区别?

这种电池工作时必须有空气,所以在电池壳上至少要有1个透气孔。出厂时用胶带将气孔粘上,使用时才撕下。另外它的开路电压在气孔封闭时较低,聋校教学,气孔畅通时较高,所有其它电池都无此特征。

3.锌空气助听器电池共有几种型号?各用于哪种助听器?

锌空气助听器电池共有五种型号,A675用于耳背式(BTE)助听器;A13用于耳背式(BTE)和耳内式(ITE)助听器;A312用于耳内式(ITE)和耳道式(ITC)助听器;A10用于耳道式(ITC)和深耳道式(CIC)助听器。A675P型用于电子耳蜗。

4.一只电池一般可以用多长时间?国际标准是多少?

电池实际使用时间与助听器型号,放大功率,个人听力损失程度,每天使用时间及使用时调节的音量等因素有关,差别非常大。一般地,听力损失越小,使用的时间就越长。从我们了解的实际使用情况看,A675型电池一般使用20-30天;A675P型电池用于电子耳蜗一般用3-5天;A13型电池一般使用10-20天;A312型电池一般使用10-15天;A10型电池一般使用7-10天。

按照国际电工技术委员会IEC60086标准,学习园地,锌空气助听器电池采用标准条件下的恒电阻放电方法测试容量。将电池与电阻串联放电记录时间,直至电池的负载电压降至0.9V为止。具体标准如下:A675型:用620欧姆电阻放电至少195小时;A13型:用1500欧姆电阻放电至少195小时;A312型:用1500欧姆电阻放电至少90小时;A10型:用3000欧姆电阻放电至少90小时;

5.每天晚上电池是否应该和助听器一起放在干燥盒里?

锌空气电池易受环境影响,最佳使用湿度为60%左右,太干燥或太潮湿均会缩短使用时间。在夏天雨季或南方春天梅雨季节潮湿的时候,每天晚上应将电池仓打开,将电池与助听器一起放入干燥盒。在正常或干燥的条件下,晚上不要将电池放入干燥机,以免过度干燥。在我国北方大部分地区,电池基本全年不需要干燥。

6.电池用完或无电时,是不是要立即从助听器中拿出来?

用完或无电的电池在助听器中会处于过度放电状态,容易导致电池漏液或过度膨胀,必须立即取出。

7.为什么我的助听器很短时间就要换电池?有没有更高容量的助听器电池?

可能因为您的助听器用的电池较小,而您的听力损失程度较重,这样,电池的消耗就会很快,很可能4-5天就要换电池。如果听力损失较重,最好佩带使用大电池的助听器。(A13,A675型)没有任何其它电池容量比锌空气电池更高。

8.电池放在什么地方保存较好?保质期一般多长?

请保存于阴凉干燥处。高温高湿及太阳直射均对电池有很大损害。正常保存条件下,至力音悦直卡装电池保质期一年,至力长声转盘装电池保质期两年。

9.电池底部的胶带是做什么的?电池取出时再贴上是否可以再用?

胶带用于封闭正极的透气孔,隔绝空气,避免电池不用时空气中的二氧化碳水蒸汽等各种成分对电池造成的影响。这时电池处于休眠状态,可以长时间保存。如将用了一段时间的电池从助听器中取出,再用胶带将气孔封上,虽然可以少量延长电池寿命,但由于电池已经部分放电,内部已经发生氧化反应。

10.为什么有的新电池刚刚放入助听器就没有电?

可能是您刚刚撕下胶带或电池温度过低。电池底部进气孔出厂时已用胶纸粘上,此时电池内无氧气,处于休眠状态,撕去胶纸后5-30分钟电池被空气逐渐激活。另外,在北方寒冷季节,刚刚从室外拿回来的电池由于温度低,需要待温度回升到室温后才能使用。

11.助听器电池标称电压是1.4V,为什么我测量时电压很低?不够1.4V?

可能您测量时电池带有胶带,或刚撕下胶带。电池底部进气孔出厂时已用胶纸粘上,此时电池内无氧气,处于休眠状态,聋校教学,电压偏低且不均匀,不能作为检测标准。撕去胶纸后电池被逐渐激活,开路电压会逐渐升到1.4V左右。

12.个别电池发霉,底部膨胀,胶带自动脱落,或上面有白点是怎么回事?

这种电池发生了漏液现象,请勿使用。任何厂商生产的电池都不可能保证绝对不发生漏液现象。生产中已经进行了严格控制,防止其发生。

13.为什么用某些验电器检验新电池时,大一点的电池灯亮有电,而放入小电池时灯只亮一下就很快熄灭?是否说明新电池无电?

验电器有很多种,基本原理都是电池与一个电阻和小灯串联。整个电路的电阻大小要根据不同型号的电池选择。具体大小请参考问题4中IEC的国际标准。某些通用验电器是按大电池的情况设计的,它的电阻很小,造成电池负载很大。这样,在放入小电池的时候,就超过了电池的设计负载能力,灯只亮一下就很快熄灭,这并不说明电池无电。实际上用小电池的助听器的实际负载要远小于这种验电器的负载,小电池的功率完全可以负担得起。

14.至力长声系列转盘装电池和至力音悦系列直卡装电池有什么不同?

使用时间更长:使用全新日本零件及德国高能锌粉,放电容量提高30%达到国际先进水平;

放大功率更强:重负载能力提高,即使是最新型的大功率全数字式助听器亦完全满足其要求;

声音更清晰:由于内阻减小,声音放大失真更小,声音更清晰;

保质期更长:通过改进工艺及采用日本进口密封胶带,使电池保质期长达两年以上;包装更美观方便:采用国际流行转盘包装及颜色标记系统,各型号电池更易识别,携带更方便。

15.使用锌空气助听器电池还有什么要注意的地方?

勿让幼儿玩弄电池。勿吞入腹中。勿充电。勿投入火中。勿短路。

1.1新能源汽车产业技术业态创新正劲

技术催动变革,量能的积累将引发质的突破。从绝对数量来看,经过数年的发展,全球新能源汽车的产销量已突破200万台/年,产值突破2000亿元,产业规模已蔚为可观,且造就出如Tesla、宁德时代一众的明星上市公司。然而,相比于已发展了一百多年的燃油汽车,新能源汽车技术业态的革新仍远未停息,无论是造车新势力、固态/燃料电池、SiC器件、大功率/无线充电等都尚处于起步阶段,新技术的萌生到茁壮将一次次颠覆产业格局,新的赛道即意味着新的可能。

新能源汽车行业深度报告:科创板之“跃”

海外市场方面随着特斯拉平价车型Model3批量交付,北美地区Model3成为入门豪华品牌轿车销量冠军;其中18年7月以来,Model3销量超过其他豪华入门品牌轿车销量总和。

特斯拉Model3在北美的成功证明新能源汽车全面启动消费化进程。19年特斯拉启动Model3/Y的国产化,并多次下调中国区Model3售价;奔驰EQC、奥迪Q2-etron、宝马iX3等新能源车型也将于19年国产。全球新能源乘用车市场将迎来消费级产品的爆发,这必将带动产业链内公司快速成长。而特斯拉在电池新材料体系的勇于尝新,也将为这个快速变革的行业带来持续的机会。

在新能源浪潮下,特斯拉对传统车企的逆袭激励了一大批新兴的造车企业,也促进了中国造车新势力的崛起,截止目前我国造车新势力品牌已超过49个,成立时间多集中在2014-2015年,股东主要来自互联网企业、传统车企、零部件经销商企业等。

相比传统车企,造车新势力具有轻包袱、新体系、强基础等特点。

造车新势力优势显著:

传统车企难以快速摆脱燃油车的“包袱”、为满足严格的燃油车政策法规、车企也需要投入大量资源。尽管我国已成为全球最大新能源汽车市场,但新能源车渗透率不足4%,传统车企的销量与利润仍主要依赖燃油车,各国油耗法规及排放法规也愈加严格,传统车企不得不继续投入大量研发资源来提升发动机热效率与变速箱传动效率、采用更多的混动技术来满足即将实施的国六排放法规要求。

新势力机制好、体系新、更具活力。新势力理顺产品生产机制,打造新的价值链模式,实现新的创收模式,公司没有燃油车包袱,新造车势力的全新的团队模式、企业架构,对人才尤其是互联网、软件人才的吸引力要强于传统车企。

硬件技术储备不弱于传统OEM。电池体系大家都站在同一起跑线,在驱动电机电控体系上,电机电控占新能源汽车成本比例为11%,可类比于传统车的变速箱,是新能源车的核心产品,新势力不弱于人,预计未来自供为主。举大众MEB平台为例,平台电机电控三分之二预计采取外购方式,三分之一采取自给自足方式,未来自给自足方式会逐渐增多。目前新造车势力和传统车企我们认为在电驱动技术上并没有显著差距,基本都是自供应商处采购,处于同一起跑线。

1.2新赛道、新挑战、新可能

1.2.1造车新势力冉冉升起

我们认为,科创板将会吸引类似于特斯拉一类的造车新势力上市。

其中蔚来汽车已经赴美上市,我们以威马汽车为例,对有望登陆科创板的新造车势力企业进行分析。

威马汽车—平价电动车打造者

公司于2015年底建立,创始团队主要为沈晖(曾任沃尔沃中国区董事长)、杜立刚(曾任职于飞利浦)、徐焕新(先后在FEV、大众、奔驰、沃尔沃任职)、张然(曾任职吉利集团CFO)、林仕翰(产品规划,曾任职上汽通用、吉利、奇瑞)。

公司在德国设立了研发团队,生产基地采用自建模式,工厂位于温州市瓯江口,2016年奠基,未来将拥有年生产20万台新能源智能汽车的生产能力,目前具备10万台产能,计划销售额200亿元,单车补贴前售价基本在20万元。

公司建立128战略,围绕1个核心架构,规划STD和PL两个整车平台,衍生出8款汽车,计划2018-2019年形成紧凑型SUVEX5和大型六座SUVEX6两款产品组合,自2019年开始,每年至少推出一款产品,至少8款高品质主流智能汽车,2018年起,以每年超过一款新车的速度逐步推向市场。

公司从低价产品突破、量产经验丰富

公司管理层多是来自于传统车企,对于制造、采购、销售的理解程度要比其他互联网造车势力更深入,但是公司第一款车以平民车起步,其车型与传统车企的纯电车型也并没有显著区别。

首款车型从平民电动车开始。威马EX52018年9月开始交付,对标大众途观,补贴后售价9.9-21.6万,产品于2018年9月开始交付,订单约为1.3万台左右,最大续航500公里,综合工况下300-460公里。目前EX5已经开始交付,计划于2019年向用户交付10万辆车。

2018年国内实现新能源乘用车销售105.3万台,同比增长82.5%,成为全球第一大新能源乘用车市场。乘联会数据显示,截止19年2月,我国新能源乘用车累计销量14.2万台,同比增速达到134%,新能源汽车保持产销快速增长趋势。造车新势力终将成长为推动我国消费级新能源乘用车普及的重要驱动力。

1.2.2新材料迭代如火如荼

新能源汽车产销快速增长的同时,产品技术性能持续提升,新的技术变革不断涌现。更高的动力电池能量密度、更远的续航里程、更强的安全性能,用户端对于新能源汽车的要求,促使每一次新技术变革都快速落地产业化。每一次新技术的产业化都带来细分行业的爆发式增长和一个细分领域龙头的快速崛起。

在可以预见的3-5年内,正极材料体系无钴化、负极材料硅碳化、功率单元轻量化将是行业发展的大势所趋。

正极材料无钴化:NCA、OLO、NCM811登上历史舞台

我国正极材料产业目前处于新技术持续产业化、多技术路线并行发展的阶段。富锂锰基、NCA、NCM811等先进正极材料体系产品实现配套装车,NCM体系加速实现高镍化。

相比当前主流的镍钴锰333/523体系,NCA/NCM811高镍体系具备更高的容量密度,同时含钴量更低,在材料综合成本领域更具优势;富锂锰材料则同时具备更高的电压平台和容量密度,更低的小金属含量,具备综合性能优势和成本优势。

NCA体系已经在特斯拉Model3产品上批量应用,NCM811体系也获得LG动力领域应用实践。

在工信部发布的新能源汽车推广应用目录中,已有多款配套新型正极材料的产品入选;国内先进正极材料体系产业化应用初现端倪。

中国在传统消费LCO正极领域已然位居全球顶峰,动力新正极体系仍处于产业化导入的爆发前夜。国内自主配套方面,湖南杉杉宁夏基地NCM811产能已经点火试产,宁波容百高镍产品已经获得圆柱产品批量应用,当升科技也已经进入高镍产品导入阶段。

海外产业链配套方面,华友钴业与韩国LG合资建设正极工厂量产NCM712以上级别高镍产品,贝特瑞及参股公司芳源环保与松下开启NCA正极及其前驱体的量产导入。

国内正极企业有望在本轮技术升级中再次诞生细分领域黑马。

宁波容百-高镍三元正极领军者

宁波容百成立于2014年9月,由北京矿冶研究总院教授级高工白厚善、韩国L&F创始人刘向烈(韩国)创立,集结中韩两支具有二十余年锂电正极材料行业专家团队。

公司规划有浙江本部、湖北鄂州、贵州遵义三大生产基地,截止18年底三元正极材料产能达到1.87万吨,配套前驱体产能1.44万吨;18年实现收入29.9亿元,实现归母净利润2.13亿元,当期研发费用1.2亿元。

公司自创立伊始,就确立以高能量密度三元正极材料为主产品的策略,是国内首家量产NCM811的正极材料企业,目前已经成为CATL、LG、BYD、孚能科技等国内外多家顶级动力电池企业的合作伙伴。公司已申报科创板上市并获得受理。

公司通过前驱体控制结晶、气氛烧结技术、表面处理、大小颗粒掺混等核心技术,可以制备Ni含量超过90%的高容量、高压实正极材料,较常规NCM811、NCA产品能量密度高出10%,具有更好的循环寿命和更低的表面残Li。

负极材料硅碳化:高能量密度兼顾循环寿命,硅碳导入进行时

目前在锂电负极材料领域,石墨化碳材料是主流技术路线,其比容量最高可达370mAh/g。而硅的比容量最高可达到3000mAh/g,显著高于石墨负极材料。

但是硅在嵌锂后体积膨胀超过300%,巨大的体积效应导致材料粉化从集流体脱落,以及SEI膜反复破坏再生消耗电解液中的Li+,最终导致电池容量的下降以及循环寿命的不足。

因此,负极产业内采用SiC复合体系/SiO体系等方案,满足提升容量的同时尽量延长循环寿命。

杉杉股份量产硅基负极材料容量密度已经达到450mAh/g,并可以根据客户需求定制450mAh/g以上容量密度产品;公司量产硅基负极材料产品系列已经超过10个,产业化进程位居全球前列。

目前国内上海杉杉、贝特瑞两家负极传统领头羊企业已经具备硅基负极材料批量出货业绩,多家负极企业也都有规划硅基负极材料产能。

松下电器NCA-SiO体系圆柱电池在Model3中的批量应用直接加速全球硅基负极材料的产业化进程。

功率单元IGBT进化,碳化硅SiC材料崭露头角

功率单元IGBT模块是整个电控系统的核心,新能源汽车对电控系统高功率密度和高可靠性的需求,催生了新一代材料碳化硅SiC的应用。

相比IGBT,以碳化硅SiC为材料的功率模块具备低开关损耗、高环境温度耐受性和高开关频率的特点,因此采用碳化硅SiC材料的新一代电控效率更高、体积更小并且重量更低。

目前英飞凌、三菱等传统功率器件大厂均在争相研发下一代碳化硅器件,国内包括比亚迪、泰科天润、芯光润泽和士兰微等企业也在积极研发和探索碳化硅器件的产业化。丰田于2015年内推出了基于碳化硅SiC功率器件的原型车用于测试新一代材料的输出性能,国内比亚迪计划在2019年推出搭载碳化硅电控的新能源汽车,并在2023年实现旗下电动车全面使用碳化硅电控。

新能源汽车行业深度报告:科创板之“跃”

新能源汽车行业深度报告:科创板之“跃”

综上我们认为,新能源汽车产业作为一个体量快速增长、技术持续革新的战略新兴产业,将在汽车电动化渗透率提升的过程中为多个细分技术领域提供广阔的舞台;产业链内有望涌现多家技术领先型的黑马企业。

1.3特斯拉的“美国科创板”之路

特斯拉(Tesla)成立于2003年,主要从事纯电动汽车的设计、制造和销售,也向第三方提供电动汽车动力系统的研究开发和代工生产服务,其产品涵盖跑车以及其他大众型车辆。特斯拉电动汽车在质量、安全和性能方面均达到汽车行业最高标准,并提供OTA空中升级等服务方式和完备的充电解决方案;降低了全球交通对不可再生能源的依赖,其于2010年在纳斯达克上市,先后进行4次增发融资。

特斯拉2010年上市之初Roadster和ModelS共计销量约1500辆,仍处于亏损状态,IPO融资额为2.26亿美元,上市时估值为28亿美元,约为24倍PS。

特斯拉于2011、2012、2013、2017年多次增发,主要原因是缓解现金流压力,其中2012年面临现金危机,2013年出于二级市场良好表现进行增发融资还清联邦贷款,2017年公司增发主要拓展Model3核心车型产能。

2018年下半年业绩拐点初现。特斯拉18年全年实现净利润-15.58亿元,同比增长50%,已是2015年以来连续四年亏损;其中2018H2实现净利润54.41亿元,扭亏为盈、拐点初现,且2018年3季度到4季度经营现金流已经2个季度连续转正。

自特斯拉上市以来至今,其股价最高涨幅已经达25倍,充分彰显其卓越的公司品质以及机构对纳斯达克的认可,投资者愿意给予板块估值溢价。

前期国内上市制度对于盈利能力的要求,使得部分处于行业发展初期、尚未获得稳定盈利能力的创新型企业不得不赴美股、港股市场上市。科创板的设立,将引导创业型企业重回国内资本市场;而中国的科创板也有望培育出如同特斯拉这样改变行业生态的优秀企业。助力行业快速发展的同时,也为投资者带来丰厚的投资回报。

通过中外新能源整车企业估值对比可以发现,估值上差异显著,资产质量和公司资质的不同导致各公司估值差异较大,优质公司给予的PB倍数更高可达20倍左右,盈利能力反而处于次要地位。

2.1科创板制度创新对新能源汽车企业的影响

在上交所发布的科创板企业上市推荐指引中,进一步细化了重点支持的六大领域,其中新能源汽车产业属于在节能环保领域中重点支持的行业。

科创板的核心特征是:发行审核注册制+发行承销市场化+交易适度放开+持续监管更严格,对于新能源汽车企业来说,科创板更加包容的上市制度和更快的上市时间使得具有潜力的企业在发展的早期,即使暂时未能盈利,但是有一定规模的营收时,便可通过科创板上市进行直接融资,获得助力企业加速成长的资金。

上市条件更加包容,放宽了对上市公司盈利的要求

科创板根据上市企业的预估市值,主要对公司的营业收入提出了要求,在净利润、现金流等方面的要求较为包容,给予了成长企业更多的业务发展时间。

上市时间缩短,原则上6个月审核+20日注册

上交所的审核时限原则上是六个月,即上交所自受理之日起六个月内出具审核意见,其中,上交所审核时间不得超过三个月(首轮询问在二十个工作日内,多轮询问在十个工作日内),而发行人及中介机构回复问询的时间不超过三个月,但是中止审核、请示有权机关、落实上市委意见、实施现场检查等事项不计算在时限内。在上交所审核通过后,证监会会在20个工作日内完成注册。

大幅放宽股权激励条件,持股5%以上股东可成为激励对象

科创板对公司的股权激励所涉及的股票数量、对象、价格和期限上都大幅放宽,有利于调动公司核心人员的积极性,推动企业成长。

降低向战略投资者配售条件要求,引入发行人高管与核心员工认购安排

公开发行1亿股以上的,战略配售占比如果超过30%需在发行方案中充分说明理由;1亿股以下的,战略投资者不得超过20%。其中,战略配售投资者可以依法设立特定投资目的的证券投资基金等主体以参与股票配售,不过不参与网下询价,且应当承诺获得本次配售的股票持有期限不少于12个月。另外,发行人的高级管理人员与核心员工也可以设立专项资产管理计划参与本次发行战略配售,其限额限制为10%。

再融资采用注册制

科创公司并购重组,由交易所统一审核;涉及发行股票的,由交易所审核通过后报经中国证监会履行注册程序。

对于新能源汽车产业来说,由于行业仍处于成长期,市场容量快速增长,技术更新迭代迅速,新参与者不断涌现,企业若能在科创板上市,可以较快的获得企业发展所需的资金,投入更多资源进行技术研发和产能扩张,帮助企业在激烈的竞争中赢得先机,在行业进入成熟期前尽可能的提高市占率,成长为行业龙头。

项目融资可以脱离主体企业面临的景气周期

科创板可以使企业具备核心技术与广阔市场空间的业务获得输血能力,不受项目主体企业的景气周期影响。例如长城汽车之前拟增发150亿元投资关键配件,由于受整车周期性影响,导致增发未能成功。由于科创板的上市及再融资规则更加注重营收与研发投入,使得企业中有较好市场前景的项目可以及时获得资金支持。

2.2科创板落地对新能源汽车产业格局的影响

2.2.1新能源汽车企业-制度活力及资本支出开创未来

科创板带来的融资便利有望加速上市企业的产业升级和资本支出力度,现有产业格局可能会被更改。我们认为上市企业以下几点可能会超越未上市公司:

1、加大对自有产能的开支与建设,无需代工;

2、加大对核心零部件电机、电控、电池系统的研发力度,具备技术先发优势;

3、股权激励有望刺激员工与高管活力;

我们认为科创板的落地,将助力行业的挑战者改变市场格局;而未能把握机会的企业或将在本轮融资浪潮结束后,面临竞争对手的崛起。

2.2.1动力电池-软包电池崛起之机

在当前国家补贴政策倾向补贴高续航、高能量密度电池的竞争环境下,动力电池行业集中度持续向以宁德时代、比亚迪为首的动力电池一线龙头集中,而技术路线方面三元材料由于高能量密度的特征也获得了全市场过半的市场份额。

2018年国内动力电池装机总量为56.87Gwh,其中宁德时代装机23.5Gwh,市场份额达41%;行业CR5达到74%。其中宁德时代已经获得了上汽、广汽、东风、吉利、长城国内主流乘用车企订单,以及奔驰、宝马、大众、起亚、日产等主流合资乘用车企的远期订单。

宁德时代、比亚迪一线龙头均主要采用方形硬壳技术路线,因此18年国内方形封装渗透率达到74.1%,远超其他封装形式;同时软包封装渗透率达到13.4%,正式超越圆柱电池,成为国内第二大封装形式。

软包封装形式凭借轻外壳、高安全、设计灵活度高等优势,在高端3C消费电池领域全面替代方形硬壳等技术路线,这一趋势有望在动力电池领域得到复制。

三元材料体系在能量密度方面的优势将在提升纯电乘用车续驶里程的过程中持续放大,其相对不稳定性也将通过软包动力电池的高安全性优势得到弥补,三元体系与软包封装相得益彰。我们认为,掌握三元核心工艺与产业链、掌握软包技术将成为动力电池行业下一阶段竞争的重要决胜力。

海外新能源乘用车型中,累计销量最高的日产Leaf采用AESC软包电池配套,并即将更新为LG的新一代三元软包动力电池;雪佛兰Volt车型、沃尔沃品牌、奔驰品牌等亦多采用LG软包电池配套。软包电池的高安全性已经获得海外主机厂的一致认可。

奔驰EQC400产品已经申报工信部机动车新产品第318批目录,该车型海外采用LG软包动力电池配套;东风雷诺也有4款新能源乘用车采用南京LG配套申报本批目录。软包电池在国内应用有望在合资车企带领下提速。

国内软包动力电池龙头孚能科技2018年实现动力电池装机1.9Gwh,名列国内第五;公司产品已经获得戴姆勒定点。亿纬锂能也通过与SK合作,获得戴姆勒、现代起亚等海外车企动力电池软包订单。国内软包动力电池供应商快速成长,行业格局仍未落定。捷威动力、卡耐动力、中信国安盟固利、多氟多等企业也是软包电池领域较强的行业参与者。

动力电池企业具有较高投资门槛,目前单吉瓦时的土建/设备等固定资产投资仍达到2-3亿元,加上铺底流动资金将达到3-4亿元。而为了维持较高的产品一致性,和车企峰值需求应对,未来1-3年动力电池单企业产能达到5-8Gwh是基准要求,即投资总额约为20-30亿元。

动力电池产业链资金链仍较为紧张,凭借自有资金滚动很难在短期完成固定资产投资,因此通过资本市场融资将是软包动力电池新晋企业把握最后窗口期,占据国内动力电池市场一席之地的必由之路,否则将在规模壁垒下逐步丧失竞争力。

2.2.2电池材料-研发高强度投入期

动力电池核心材料仍处于技术快速变革期,新技术层出不穷,新产品导入加速。目前高镍三元材料体系正式步入大批量导入期,硅碳负极材料进入产业化中后期,动力电池材料体系即将迎来换代。

在材料体系变革过程中,不断有新企业崭露头角,也不断有传统大企业泯然众人。之所以发生这一种情况,主要是因为产品快速变革期需要不断投入高强度研发,保持技术的先进性,否则将面临难以解决的产品断代问题。

目前已经在资本市场交易的上市企业均为行业领先企业,18年上半年企业研发支出约为5000-9000万元,占公司营业收入比例为3-5%;预计其全年研发投入金额均达到1亿元量级。

以高镍三元正极材料为例,湖南杉杉18年上半年研发投入金额达到0.9亿元,而其投资建设的宁乡正极生产基地一期一阶段1万吨项目固定资产投资约为5.8亿元,铺底流动资金约1.5亿元,流动资金投资总额约为15亿元。当升科技18年上半年研发投入金额约为0.5亿元,其计划投资建设的金坛正极基地一期5万吨项目总投资额达到33.5亿元。

因此动力电池正极材料单吨投资额到5亿元以上,动力电池材料领域已经建立了较高的投资壁垒和研发投入壁垒。

若不能在本次科创板落地过程中实现融资,材料行业企业将面临两重难题

行业参与者也将逐步失去与现有行业龙头角力的机会。

2.2.3电机电控-新技术战略投入期

电机电控市场仍处于成长期,行业内竞争格局尚未稳定。电机电控市场的竞争参与者可以分为整车厂商和独立供应商。整车厂如比亚迪自行生产电机电控供本企业使用,基本不参与向外部车企供货的竞争;独立供应商包括上海电驱动、深圳大地和等专门生产电机电控的公司和汇川技术等从工控领域向电动车业务延伸的公司。目前整车占据电机电控市场近一半的市场份额,独立供应商的市场份额集中度低,市场竞争格局仍在快速变化中。

新技术不断涌现,需要厂家投入大量资金进行产品研发。新能源汽车提升续航里程的需求,促使电机电控产品不断向高能量密度、高功率密度的方向演变。在电控领域,比亚迪除了在推出传统的IGBT功率器件用于新能源车驱动外,正在加紧研发基于碳化硅SiC的下一代电控系统;国内独立电控供应商中,上海电驱动牵头承担了国家重点研发计划在2018立项的“基于碳化硅技术的车用电机系统技术开发”。预计碳化硅技术会在未来三年内实现大规模商用,将改变目前国内电控产品同质化严重,功率密度和博世等国际大厂的产品仍有差距的局面。在驱动电机领域,扁线电机等新一代产品能够在现有基础上大幅提升能量密度,已经有少量商用。除了国外Remy、HITACHI等厂商具备该项技术外,国内独立供应商中华域电动具备少量的产能,方正电机也在筹备该项技术和产线。

我们判断,碳化硅、扁线电机和电驱动桥等新技术将会加速行业洗牌,打破现在电机电控市场份额零散的局面,具备技术优势的厂家将从竞争中胜出。与此同时,各合资车厂也在国内市场加速投放新能源车型,国内电机电控供应商也将面临快速提升产品性能的需求。科创板的落地,使得新能源汽车产业链中具备新技术,同时暂未盈利的企业能够快速获得进行持续研发投入和产线建设所需的资金,将加速产业技术更迭的步伐;对于未能在科创板上市的企业来说,若不能在本轮技术更迭的大潮中跟上产品技术更新和产能升级的步伐,将有可能在后续的行业洗牌中处于劣势。

科创板更加包容的上市制度和更快的上市时间使得具有潜力的企业在发展的早期,即使暂时未能盈利,但是有一定规模的营收时,便可通过科创板上市进行直接融资,获得助力企业加速成长的资金。这将加速原有产业投资孵化产业链内相关企业的速度。

整车和零部件企业受下游景气度+库存影响周期特征明显,在整车周期低点时整车企业体内零部件企业往往无法进行合理融资。科创板有望助力相关企业在景气度低点也能实现相关融资,帮助企业改善现金流金额资本开支压力。

建议关注已设立产业投资基金的上市公司,其现存投资项目有望获得独立上市机会;建议关注体内业务板块较多的上市公司,其非核心业务剥离独立上市将带来股权投资价值的重估。

推荐关注新宙邦(天奈科技、张家港瀚康)、宁德时代(湖南邦普)、杉杉股份(杉杉能源、上海杉杉)、长城汽车(蜂巢易创、曼德)的投资机会。

空气电池是一种特殊的燃料电池,它以金属为燃料,通过与空气中的氧气发生化学反应产生电能。由于氧气可以无限量供应,理论上空气电池的蓄电量可以达到锂离子电池的5至10倍,有“终极蓄电池”之称。

制作空气电池可选用的原料比较多样,已经取得研究进展的空气电池主要有铝-空气电池、镁-空气电池、锌-空气电池和锂-空气电池等。其中,锌-空气电池和铝-空气电池已有实际应用,正在研制中的锂-空气电池性能最好,同等体积和重量下,比功率和比能量远高于目前使用的锂离子电池,因此被寄予厚望,是当前的研发热点之一。

战场应用优势突出

与普通蓄电池相比,空气电池用氧气取代金属,重量大幅减轻,具有轻便、能量密度高等优点,符合装备使用电源“更小、更轻、更有效”的要求,在军事应用中具有诸多优势。

机动性能好。空气电池的氧化剂来自空气,电池重量大大减轻,贮运方便,具有较好的机动能力。它还可以模块化使用,作为大功率移动电源为军事装备和设施供电。

保障效能高。空气电池具备能量密度高、放电电压稳、循环使用寿命长等优点,且结构简单,作战中通过快速更换金属电极和电解液,可持续提供电能保障。

环境适应性强。空气电池采用的金属电极原材料丰富多样,即便在严苛的战场环境下也较容易获取。

生存能力高。空气电池的反应物和产物无污染,热辐射和电磁辐射等信号特征弱,与普通电池相比,可提高装备的战场生存能力。

后勤维护率低。在作战中,空气电池几乎不需要维护保养,减少战时后勤负担。

由于结构局限,空气电池的不足主要体现在利用率低、寿命短、能量密度小、高功率输出不足等方面,制约其走向大范围应用。近年来,各国加快空气电池研发速度,提高电池性能,推动实际应用。据《日本经济新闻》报道,日本计划在2025年实现锂-空气电池实用化,目前多家企业已取得技术突破。

加快实用化步伐

空气电池既可用于建造大、中型基地电站,也可用作电动车辆、无人机和小型潜艇的电源,同时还可作为单兵装备、笔记本电脑等小型设备的便携式电源,推动上述装备小型化、轻量化,更好地适应未来战争形态和作战需求。

水下装备的理想电源。小型潜艇等水下装备对电池的要求包括安全性高、比能量高、稳定性好等,空气电池的特性非常符合这些要求,被认为是最佳水下装备动力源。特别是采用空气电池后,系统基本不向外排放废弃物,装备的尾流特征极小,声音特征也远低于采用常规动力,可大大提高隐身作战能力。

目前,美国海军已推出采用铝-空气电池为动力的无人潜水器,水下连续作业时间长达258小时。加拿大海军使用铝-空气电池替代银锌电池,使潜水器航程从290千米增加至870千米,比能量达160瓦时/千克,续航能力提高到原来的5倍。挪威开发的自主潜水器采用铝-空气电池后续航能力提高到60小时。

提升无人机续航能力的强劲电源。空气电池也适用于中小型无人机。美国一家公司专门为无人机研制出一款锌-空气电池并已通过测试,该空气电池具备功率大、质量轻等特点,可大幅增加无人机续航时间。

将空气电池与蓄电池联合使用,是外军探索的另一种方案。其中,空气电池为无人机巡航飞行提供动力,蓄电池则满足其峰值功率需求。不过,由于技术所限,目前尚没有实例。

电动车辆、单兵电子设备的潜力电源。锂-空气电池被看作是便携式设备和电动车辆的理想电源,具备较大的发展潜力,加上无环境污染,满足战场上军用车辆的低目标特征要求。

信息化战场上,海量作战数据需要传输,单兵电子设备能否获得稳定、高效、持续的电源保障,一定程度上影响作战进程和结果。美军历来重视单兵装备的供电保障,特别是在经历伊拉克和阿富汗战争后,更加重视研发轻质移动电源,减少电池带来的负担,提高单兵作战能力。空气电池是理想的小型化、便携式电源,未来主要替代便携式蓄电池。

此外,空气电池还可设计成集成电池组,用作发电机组或其他蓄电池的备用应急电源,在野战条件下为军事基地、通信基站等提供稳定可靠的电力保证。

电池PACK一般指的是组合电池。

动力电池pack一般是指包装、封装和装配,譬如:2个电池串联起来,安照客户要求组成某一特定形状,我们就叫它pack。在Pack行业,常常把没有组装成可以直接使用的电池叫做电芯,而把连接上PCM板,有充放控制等功能的成品电池叫做电池。

拓展资料

PACK成组工艺是动力电池包生产的关键性步骤,其重要性也随着电动汽车市场的不断扩大而显得越来越明显。目前,汽车用动力电池基本上由以下几个系统组成:电池模组、电池管理系统、热管理系统、电气及机械系统。以奥迪A3Sportback-etron混合动力车的PACK为例,可以更直观的看下它的构造。

不同种类电动汽车的结构和工作模式的不同,导致对动力电池的性能要求也不一样。动力电池系统的设计流程一般如下:确定整车的设计要求;确定车辆的功率及能量要求;选择所能匹配合适的电芯;确定电池模块的组合结构形式;确定电池管理系统设计及热管理系统设计要求;仿真模拟及具体试验验证。

纯电动汽车行驶完全依赖于动力电池系统的能量,电池系统容量越大,可以续航里程越长,但所需电池系统的体积和重量也越大,充放电的电流也相对较大。整车厂会针对要设计的整车,在考虑安全设计、线束连接线设计、接插件设计等相关要求后,形成一个有限的动力电池系统空间大小。

动力电池系统设计要以整车的设计为标准,首先要满足动力和空间的要求,同时要考虑电池系统自身的内部结构和安全及管理设计等方面。这时PACK就要考虑的就相对多些,载流量与发热量的关系、模块之间连接的稳定可靠性、模组间的温差、整包的抗震性、防水性等等。

其中,电芯除了要对其正极材料做出选择外,还要选择它的形状。现在市场上的电芯,主要分为圆柱、方形以及软包这三种,各自的优缺点也十分明显,具体如下表所示:

什么是电池PACK?

在一定程度上,电芯的性能决定了电池模组的性能进而影响整个动力电池系统的性能。因此在进行动力电池系统设计,一定要根据整车的设计要求去选择电芯的材料及形状,保证电池单体及模块均匀散热,保证电池的一致性,提高电池系统的寿命与安全。

除此之外,电池管理系统(BMS),主要功能是通过检测电池组中各单体电池的状态,来确定整个电池系统的状态,并根据它们的状态对动力电池系统进行对应的控制调整和策略实施,实现对动力电池系统及各单体的充放电管理以保证动力电池系统安全稳定地运行。

在动力电池管理系统中的软件设计功能一般包括电压检测、温度采集、电流检测、绝缘检测、SOC估算、CAN通讯、放电均衡功能、系统自检功能、系统检测功能、充电管理、热管理等。整体的设计指标包括最高可测量总电压、最大可测量电流、SOC估算误差、单体电压测量精度、电流测量精度、温度测量精度、工作温度范围、CAN通讯、故障诊断、故障记忆功能、在线监测与调试功能等。

电气及机械系统主要包括高压系统、电池箱体、连接线束、机械接插件等,其中高压系统主要由继电器、电流传感器、电阻和熔断器等器件组成。电气系统能够保证设备运行的可靠与安全,实现某项控制功能。电池系统的箱体则要固定安装到整车上,是电动汽车的一个重要的零部件组成。因此,电池箱体必须具备一些基本功能,如与整车的信号通信,电源输出,增程器充电输入,维护开关设计等。

其中,高压系统的安全设计尤为重要,在高压线路上配置手动维修开关,自动断路器、动力控制继电器、系统互锁和高压熔断器。整个箱体内采用电木和环氧板进行高压电绝缘;箱体外部与车底盘可靠连接;电池管理系统对系统绝缘电阻实施监控。

电池热管理系统是从使角度出发,用来确保电池系统工作在适宜温度范围内的一套管理系统,主要由电池箱、传热介质、监测设备等部件构成。动力电池的冷却性能的好坏直接影响电池的效率,同时也会影响到电池寿命和使用安全。目前常规的冷却方式有四种:自然冷却、强制风冷、液冷、直冷四种,这几种制冷方式的优缺点如下表:

什么是电池PACK?

随着电池能量密度的提高,PACK热管理技术日益突出,未来液冷、直冷等冷却方式将会成为主流。

近几年,随着国家相关政策对新能源汽车的补贴、鼓励及支持,进而促使各个汽车厂商纷纷进入新能源领域。电动汽车的占有量越来越多,但是你了解电动汽车的电驱系统吗?今天就一起来看看电动汽车的电驱系统吧!

现代电动汽车电驱动系统主要由四大部分组成:驱动电机、变速器、功率变换器和控制器。驱动电机是电气驱动系统的核心,其性能和效率直接影响电动汽车的性能。驱动电机和变速器的尺寸、重量也会影响到汽车的整体效率。功率变换器和控制器则对电动汽车的安全可靠运行有很大关系。

纯电动汽车驱动电机

按电力驱动系统的组成和布置形式不同,纯电动汽车分为机械传动型、无变速器型、无差速器型和电动轮型四种类型。

由发动机前置后轮驱动的燃油汽车发展而来,保留了内燃机汽车的传动系统,只是把内燃机换成了电动机。这种结构可以提高纯电动汽车的起动转矩及低速时的后备功率,对驱动电动机要求低,可选择功率较小的电动机。

驱动系统的最大特点是取消了离合器和变速器,采用固定速比减速器,通过电动机的控制实现变速功能。这种结构的优点是机构传动装置的质量较轻、体积较小,但对电动机的要求较高,不仅要求有较高的起动转矩,而且要求有较大的后备功率,以保证纯电动汽车的起步、爬坡、加速等动力性能。

GKN吉凯恩三合一电驱系统

结构采用两个电动机,通过固定速比减速器分别驱动两个车轮,每个电动机的转速可以独立调节。当汽车转向时,由电子控制系统实现电子差速,因此,电动机控制系统比较复杂。

将电动机直接装在驱动轮内(也称为轮毂电动机),可进一步缩短电动机到驱动车轮之间的动力传递路径,但需要增设减速比较大的行星齿轮减速器,以便将电动机转速降低到理想的车轮转速。这种结构对控制系统控制精度和可靠性的要求较高。

智能电驱

电动汽车三合一电驱系统技术是指将电控、电机和减速器集成为一体的技术,随着电动汽车技术的不断演进,集成化设计将无可争辩地成为未来发展的趋势。

何为电动汽车的电驱系统,有何作用?

电驱系统-动力分配单元

在不需要纯电动或混合动力驱动时,可以通过一个集成的切断装置将电动机从传动系统中断开,该装置采用了机电驱动离合器。GKN还对齿轮和轴承布置进行了优化,实现更高的效率、更好地NVH性能和耐久性。

博世Bosch新动力系统e-axle电动轴,使电动轴驱动可提供更佳的续航力。博世BOSCH电驱动桥特点:高度集成化、简化冷却管路和功率驱动线缆、平台化设计灵活适配不同车型。

采埃孚(ZF)研发的适用于小型和中型轿车的电动车驱动产品,能很好的适应未来的城市交通状况。利用多面压合连接技术来实现铝制推力杆与钢制横结构的链接,具备电能转化效率高和性能优异的特点。

朱玉龙,资深电动汽车三电系统和汽车电子工程师,目前从事新能源汽车电子化工作,10年以上的新能源汽车专业从业经验,在电池系统、充电系统和电子电气架构方面有较深的认识和实践,著有《汽车电子硬件设计》,开设《汽车电子设计》公众号。

在经历了多年的纯电动汽车为主的新能源汽车发展后,燃料电池在2019年越来越火热。如下图所示,我们可以看到中国的燃料电池也是从很早开始起步,经历了萌芽、早期阶段、规划阶段和热度提升阶段。其中,燃料电池和与之配套的氢能源产业的状态还是需要我们了解的:

1.燃料电池目前是政府的政策为导向、处在资源投入期的状态:目前的政府政策,主要是通过路线图和展望的性质影响到高校和科研机构,产业链各个环节的企业前端研发,根据自身的情况出发,针对各个阶段提出了燃料电池产量、燃料电池汽车规划、加氢站建设数量等具体目标。

2.工程技术和产业化问题:燃料电池技术特性在峰值效率、系统能量密度、低温启动等性能已经与商业化应用很接近了,中国需要做的事情和韩国类似,在关键材料和技术上实现完全的国产化,进一步降低成本(降低铂等贵金属催化剂用量)和提高系统耐久性。这个过程的参考对象并不是和纯电动汽车来比,而是和自身的发展特性相比较。

3.各国政府面向2030和2040年宏大的期许和规模,是建立在有足够长的时间可以在技术层面逐渐突破,有更多的科研和探索资源随着引导方向同步投入进来,解决瓶颈问题之后的预期结果,这些结果短期内是无法探测的。

有点像15年前的纯电动汽车,这个领域也需要一家类似特斯拉这样的公司。

【第一部分:政府的氢能源方向和规划】

如何看待燃料电池在未来五年的发展?|特约评论

1)萌芽阶段:从2006年更早开始,中国在燃料电池和氢能源科研上面提供科研经费,并且在《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006~2020)》就进入了初步筹备的萌芽阶段,为商业化和产业化做尝试和准备。

2)早期阶段:燃料电池在2009-2014年,在补贴有、免购置税等与锂电相当的措施下,受到早期技术压制的状态,大量的研究人员、从业人员从燃料电池转入锂电行业。我们可以看到这个阶段最主要的问题,在于燃料电池方向中国的核心材料国产化程度低,成本降低很困难,与锂电池的不断降低成本和提升的性能来对照,燃料电池在商用车和乘用车方面的表现,没有体现出与纯电动汽车相当的快速成熟性。

3)规划阶段:在我们持续加码动力电池的阶段,中国主要是把氢能作为一种技术路线对冲,参照隔壁日韩由于国家能源战略的原因(搞电力方面没有中国这么好的禀赋和优势),在规划上面是战略的,这个阶段还处于对冲的考虑。

4)热度提升阶段:2018年是个很特殊的年份,我们从5月份开始复盘,国家领导人去日本访问参观是个转折点,接下来开始一系列的变化。2019年3月份,也就是上个月,不管是政府工作报告、补贴政策还是博鳌论坛的提法,整个走向开始变化了。

从国外的环境变化来看,尤其东亚两个邻国在氢能和燃料电池方面的投入态度非常关键,这种规划和投入对于我们也是有着很大的影响——

1.2018年6月日本经济产业省公布了第五期《能源基本计划》,提出了面向2030年及2050年的能源中长期发展战略,其中燃料电池和氢能作为一个重要的战略抓手——氢能作为日本的能源血液,就有了极大的二级能源的战略价值,构建氢能制备、储存、运输和利用的国际产业链,积极推进氢燃料发电、氢燃料汽车发展,推进"氢能社会"的构建。

2.2019年1月份,韩国政府发布了《氢能经济活性化路线图》,把氢能产业定为三大战略投资领域之一。韩国的目标是到2030年,力争在氢动力汽车和燃料电池领域占据全球市场份额第一的位置。到2040年可创造出43万亿韩元(约合2592亿元人民币)的年附加值。在燃料电池方面,韩国府争取到2040年把燃料电池产量扩大至15GW,到2040年在居民和用电领域提供2.1GW(940,000个家庭)的燃料电池。而氢动力汽车将在2019年普及4000辆,到2022年普及8.1万辆,2030年普及180万辆。2040年氢燃料电池汽车累计产量增至620万辆。

3.2018年美国燃料电池汽车销量2368辆(丰田Mirai销量为1700辆,占比达到71.79%)美国加氢站保有量居世界第三,截至2018年底美国拥有42座公共加氢站,主要集中在加利福尼亚和东北部城市。

4.欧洲将继续加大对氢能及燃料电池的投入。2019年2月,燃料电池和氢能联合组织(FCHJU)发布"欧洲氢能路线图",该路线图提出了欧洲氢能未来30年的发展规划,到2030年,氢的预计部署将为欧盟公司的燃料和相关设备创造约1300亿欧元的产业。

客观来说,现实的燃料电池的推进情况,和各国政府的宏伟蓝图相比有很大的差异,燃料电池对于现在当下车企推进产品走向市场,还是很早的。早期投入氢能产业链的前端所需要的资金,也需要政府一步步的推进兑现。2018年全球新增48座加氢站,在建的加氢站需要逐渐投进去。而且,各国政府的目标,并没有基于现实的燃料电池所面临的技术和工程瓶颈,在细节层面需要的突破需要很多科研和探索的资源,政府只能提供引导方向但是不能依靠自己把目标变成现实。

【第二部分:燃料电池和纯电动汽车比较】

随着汽车产业有关于排放、油耗和新能源积分政策,甚至在讨论"禁止燃油车"的时间表,全球来看众多车企需要检讨自身在动力总成方面的选择,在现实的产品组合和未来的规划方面需要尽早做决定。我们可以看到从去年开始,不少的车企在乘用车燃料电池领域做出策略上的调整,优先满足车企集团在2025年与竞争对手保持一致,统一的在燃料电池的问题上做一些延迟的决定。

如福特汽车公司、戴姆勒公司以及加拿大巴拉德动力系统公司三方成立的汽车燃料电池合资公司,也在6月初宣布即将关闭;戴姆勒集正将业务重点转向电动汽车领域,未来戴姆勒将自主研发汽车燃料电池技术;日产-雷诺-三菱联盟将冻结2013年与戴姆勒、福特签署的燃料电池车(FCV)商用化计划——日产-雷诺-三菱联盟指出,由于燃料电池车开发耗资巨大,难以同时开发多项技术,所以决定冻结日产-雷诺、戴姆勒和福特三方氢燃料电池汽车联盟的商用化计划,并将未来经营资源集中用于纯电动汽车汽车的研发;奥迪与现代汽车就氢燃料电池电动汽车(FCEV)组件和技术,签订了多年期专利交叉许可协议,现代和奥迪将共同努力发展FCEV,现代汽车集团将授予合作方获得基于现代汽车专有技术零部件的权利,包括ix35氢燃料电池车和NEXO上积累的技术。

以目前较为激进的现代汽车集团为例,到2025年的整体规划,HEV、PHEV、EV和FCV几条技术路线,目前2018年整体的规模在13.5万台,未来到2025年要推进到167万台。目前在规划中能够看到的是一款燃料电池车型,规划的数量为1.3万台。与之对比的,现代会在中国推出不少的专门纯电动车型,并且开发面向纯电动汽车的专用平台,以提升自己的纯电动汽车竞争力。

而纯电动汽车得益于成本降低的速度,在过去的一段时间内使得其面向普通消费者的竞争力远远超过了现阶段的燃料电池汽车。

小结:中国在燃料电池和氢能领域的政府政策引导,从世界范围内来看是对于未来氢能领域技术研发、关键材料国产化的一种战略跟随,有助于在动力电池产业之外开辟另一个有价值的研究方向,但是对于车企来说,在面临新能源汽车补贴退坡的情况下,需要从政府补助下快速发展的轨道转到市场化方向,而燃料电池并不一样。

在这个新能源车飞速发展的今天,虽说电池续航里程也在逐渐的增长,但新能源车纯电续航也一直是困扰消费者选择的最主要因素之一。消费者在选择新能源车时能参考的续航里程数据一般有NEDC续航里程及60Km/h等速续航里程这两大主要数据,其中NEDC是欧洲的续航测试标准,在我国,工信部在对纯电动车的综合里程进行测试的时候,采用的就是NEDC测试标准。这一标准,主要在欧洲、中国、澳大利亚使用,NEDC循环工况中,包含4个市区循环和1个郊区循环(模拟),其中市区循环的车速较低,郊区循环的车速则较高一些。但是,消费者在实际使用过程中往往达不到工信部提供的NEDC续航里程。本文车叔给消费者回答如大标题的两个问题。

影响纯电动车续航的因素

动力电池的容量

动力电池的容量会直接造成纯电动汽车的续航高低,目前主流的动力电池类型有:三元锂离子电池、镍氢电池、磷酸铁锂电池等。几种动力电池种类因为所使用的材质和结构的不同各有优缺点。比如三元锂电池在寒冷条件下的活性会降低,在高温条件下易分解,有自然的风险;镍氢电池存在较强的记忆效应,在彻底放电的情况下有较强的电池容量衰减效应;磷酸铁锂电池的重量较大等等。处于电动车第一梯队的特斯拉的电池容量目前做到了100Kwh,国内自主品牌大多数在50~70Kwh区间内。

动力电池的能量密度

动力电池的能量密度控制了在同样重量下的电池容量大小,动力电池的能量密度与电池容量成正比例增长。主流的三种电池类型中,能量密度做的最好的就是三元锂离子电池。目前大部分厂商也都纷纷采用了这种电池类型,特斯拉也不例外。

车辆整备质量

众所周知,车辆在越轻的情况之下想要获得同样的加速度时电动机输出功率一定越小。所以在其他外部环境相同时,质量越轻的车辆想要获得同样的加速度时一定比质量重的车辆消耗的电能少。就目前来看,新能源汽车品牌也是越来越重视这一点,有许多厂商也采用了全铝和碳纤维的车身构架。对于异类材料在车体的投放上也越精准。

车辆风阻系数

电动机的运转特性决定这一点对于新能源纯电动汽车尤为重要。所有车在跑高速都要克服来自空气的阻力,但是电动机的动力输出曲线与传统燃料发动机完全不一致,加之传统燃料汽车有变速箱来调节发动机转速。而电动机有一个基速转速,也就是说在基速转速之前具有恒扭矩特性,基速转速之后有恒功率特性。(下图为极低风阻0.2375cd的吉利几何A)

动力电机类型

目前安装在汽车中的动力电机主要有三种:开关磁阻电机、永磁同步电机、感应异步电机。其中开关磁阻电机因为运转时的高噪音和震动没有解决,所以没有安装在乘用车上,在商用车上运用的比较广泛。永磁同步电机的功率密度比感应异步电机的功率密度高,所以在其他外部条件一致的情况下,永磁同步电机比感应异步电机能耗低。但是,感应异步电机的功率和扭矩都能做的更高,所以一些注重性能的新能源纯电动车都采用了感应异步电机。例如:特斯拉ModelS、ModelX、蔚来EP9等等。

轮胎滚动阻力

轮胎滚动阻力决定了在同等外部环境时同等速度下车辆能滑行的距离大小和动能回收的多少。所以一套低滚阻的轮胎对于汽车的能耗有一定的帮助。(下图为固特异低滚阻轮胎)

行车电脑的优化

这一点控制了动能回收力度、电动机输出功率限制等等。一套好的数据标定虽然不能解决硬件不足的问题,但是能配合硬件发挥出符合硬件自身实力的水平。

车载电器功率及效率

在汽车行驶的过程中,不仅仅是动力电机在耗电。还有很多其它辅助行驶的电器在默默无闻的工作。例如:空调、车辆灯光系统、方向助力系统、刹车助力系统等等。他们的工作也会产生电耗,所以他们的功率以及工作效率也会影响车辆的续航里程。(下图为格力发布的车用热泵空调)

驾驶者的驾驶习惯

养成良好的驾驶习惯不仅仅能在新能源车型上能节省电能,同时在传统燃油汽车上也能节省燃料。尽量做到相对匀速的行驶,减少急刹车和急加速是节能的不二法宝。

外界环境温度

外界环境的温度会影响电池的活性,温度越低电池活性越差,同等条件下电池的充电速度会变慢,电池的实际容量也会变低。从而也会影响新能源纯电动车的续航里程。

NEDC续航是否实际?

在文章的前部车叔已经提到了NEDC续航的测试办法,NEDC续航测试来自欧洲,用不同的速度值在台架上做模拟阻力做四个城市循环和一个郊区循环。不同的实验测试标准得出来的续航数据也一定也是不一致的。同样测试能耗以及续航的标准还有来自美国的EPA标准,日本的JC08标准。同样的一款车,外部条件一致时,用这三套标准测试得出的能耗标准和续航里程也是不同的,与我们实际使用过程中的续航也是不一致的。

NEDC续航的确有一定参考性,但是我们同时作为消费者,在日常使用过程中不能盲目相信续航一定会达到NEDC续航值。在实际的新能源纯电动车使用中还是要根据实际的速度、距离、外界环境温度等等各方面的条件综合判断实际续航里程。另外我国还在更新新的续航及能耗的测试标准。这套新的标准WLTC同样来自欧洲,新的标准实施以后,排放会越来越严格。同时标称的续航里程一定也会越来越精确,这对消费者无疑是一个好消息。

习近平总书记说发展新能源汽车是中国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路。动力电池技术能不能占领制高点,已经成为当今世界新能源汽车行业竞争的焦点,目前世界范围内动力电池的研发和产业化主要集中在三个区域,分别位于德国、美国,及中日韩所在的东亚地区,我国电池企业数量最多,产能最大,但是在技术方面还有待提高竞争力。

3月30日—31日,在中国上海新能源汽车人才培训基地,针对目前我国动力电池的现状、政策法规、标准体系、研发测试流程及方法,对电动汽车及关键部件测试开发人员进行了动力电池专场的高级培训,本次培训亮点主要是聚焦于动力电池,深度讲解这一关键部件的知识,主要涉及动力电池单体及模组系统的成组技术、安全性分析及评价、回收利用技术等。

众所周知,零部件强则汽车产业强,正是因为零部件领域的相对弱势,导致中国汽车产业依然处于大而不强的状态,因此中国汽车工程学会零部件产业研究会常务副理事长董建平认为,新能源汽车零部件的发展,不能重蹈传统汽车产业不重视零部件的覆辙,最终造成被合资企业抢占市场,自主品牌被边缘化。

随着新能源补贴的退坡,新能源汽车市场面临的压力越来越紧迫,最严峻的考验就是成本问题,而动力电池责无旁贷。无论是电池企业还是整车企业都应该清醒认识到的是,当政府购车补贴淡出之时,就是外资与合资品牌大举进入中国市场之日。

中国汽车技术研究中心副主任吴志新则认为,产业转型升级要有自己的研发优势,目前我国零部件弱,但是全球新能源汽车发展有可能扭转这一局面,在新能源电池方面掌握技术优势,就有可能实现弯道超车,就发展迅速的锂离子动力电池市场来说,比亚迪、宁德时代、沃特玛等企业已表现出强劲的攻势。

另外,吴志新围绕研究背景,国内外新能源汽车蓄电池和燃料电池技术现状与发展趋势、愿景目标、发展路线,解读了新能源汽车技术路线图。他提出,我国在电池及管理系统方面,原始创新能力不足,大规模生产控制能力与系统集成能力仍落后于国外,整车电控系统目标设定和功能分解工作不够系统;在机电耦合系统方面与国外的差距明显,表现在集成化设计能力与输入转速范围的落后上;而燃料电池于国外的差距表现在寿命低、成本高、催化剂及质子交换膜等关键技术产业化能力弱,因此中国动力电池产业应该在技术水平、产业能力、基础设施等方面下大功夫。

关于动力电池系统测试,中国汽车技术研究中心首席专家王芳、北汽新能源电池工程部部长杨重科、CATL产品研发总监胡建国分别从标准法规、关键性能评价要求、安全性分析方面予以阐释。

有消息称,目前工信部正在对动力电池规范门槛做修订,在产能、生产条件、技术研发能力等方面设置新的准入标准,王芳女士则称,有关部门将于4月6日讨论新的GB标准的制定,或许新的准入标准将指日可待。基于大量的实验数据,王芳对动力蓄电池的标准体系、安全测试、单体测试评价以及热—电化学耦合测试评价体系进行详细阐释。她表示,虽然动力电池准入标准一直在变,但是新的标准是在现有国标的基础上做出的调整,不是翻天覆地的变化,为相关企业消除产品或设备“半途而废”的顾虑。

对于动力电池来说,标准的参考来源还应该取决于消费者,而电池安全、冬季电池衰减、续航里程短、充电时间长一直是消费者的痛点所在。因此,北汽杨重科针对目前用户主要痛点,结合整车性能指标,从能量、功率、充电、低温、寿命以及安全六大方面分解出动力电池关键性能指标。针对这些性能指标,杨重科展示出北汽新能源现阶段将在电池能量密度方面持续提升,同时在安全领域继续深耕,持续推进模块化、标准化发展,并结合低温性能、快充性能全方位改善并提升用户体验。

动力电池作为一种非常活泼的高能量载体,在不需要外部刺激的情况下本身就能够因能量非正常状态而产生很大的破坏力量,所以要求能量必须以可控的方式进行电能和化学能的转换和流动,对系统集成能力要求很高,基于此,CATL胡建国结合动力电池的特性和安全设计的思路,总结出电池系统产品安全。

近两年伴随着新能源汽车产销量的飙升,作为新能源汽车心脏的动力电池也进入高速发展期,2020年全国新能源汽车保有量将达到500万辆,随着销量的不断增多,必须承认废旧电池将会给环境带来很大压力。来自北京理工大学的李丽教授从经济和资源的战略角度展示了废旧锂电池回收的巨大意义,并从物理法、化学法和生物法方面讲述了锂电池回收的方法。由于目前废旧锂电池回收效率并不高,李丽建议各企业应该从源头就建立起完善的回收机制,不至于动力电池流入市场“有去无回”。

对于动力电池系统的设计开发、分析验证以及电池管理系统安全和智能管理的技术,来自中航锂电、杭州捷能科技、华霆动力的技术专家也进行了探讨。此次中国汽车人才研究会主办的电动汽车及关键部件测试开发人员高级培训班,有来自全国90多家主要整车、零部件企业及科研机构的近200位技术人员参加培训。中国汽车人才研究会通过本次专题课程,旨在深入分享国家权威科研检测机构与优秀企业在实际工作及产品开发测试过程中的经验,搭建测试开发技术人员深入沟通平台,推动国内动力电池及新能源汽车产业的快速良性发展。

因在能量密度和单体产品成本方面有明显优势,三元锂电池备受期待。

近年来,中国新能源汽车发展迅猛,带动了对动力锂电池的旺盛需求。正极材料是锂电池中最为关键的原材料,在当前市场上,动力电池正极材料具有体系多元化、需求个性化和市场多变化三个特点。

第一个特点是体系多元化。目前市场上的动力电池正极材料主要有锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂和镍钴二元材料体系,不同的材料体系各有特点,有着各自的应用领域和市场需求。

锰酸锂体系具有低成本、高平台、安全性能优异等特点,在取代铅酸电池和低速物流车等领域占有较大份额。但这种材料体积比容量低、高温循环差,导致其在商用车、物流车等应用领域受限。

磷酸铁锂是目前中国市场上应用较多的动力电池材料。这种材料的高安全和循环稳定等特点,使其在商用车、专用车等应用领域占据一定地位。

镍钴锰酸锂和镍钴二元材料近年在动力市场占比提升。火爆全球的特斯拉电动车开启了三元电动车的新纪元。基于对体积比能量的不断追求,越来越多的电动物流车和乘用车选择采用这类材料。

需求个性化是动力电池正极材料的第二个特点。市场发展初期,新能源汽车百花齐放,对动力电池及材料的要求也各不相同。目前,动力电池产品有软包、铝壳、圆柱等多种体系,各体系对性能的要求及其在各电池厂的应用需求也不尽相同。汽车厂商重点考虑电池管理系统配套和应用环境的差异,对电池性能要求也存在较大差异。如部分厂家对电池的高温循环要求较为苛刻,部分厂家更为关注低温循环寿命,还有部分厂家更关注快充性能等。

市场多变化是动力电池正极材料的第三个特点。2016年三元电池的“遭遇”可谓跌宕起伏,时而被否定,时而受追捧。新的补贴政策首次在产品技术要求上提出以电池能量密度作为参考指标,三元材料得以“解禁”。在更高能量密度的发展方向上,高镍三元材料无疑会成为今后一段时间研发和产业化的热点。

新能源汽车行业从2012至2015年的起步发展,到2016至2017年的调整发展,预计2018年之后将高速发展,未来动力电池正极材料的应用和发展备受关注。综合来看,动力电池正极材料未来发展具有以下几个特点。

首先是目标明确化。人类历史上每次成功的能源变革都有一个清晰的主线逻辑,即能量密度出现数量级上的跃升。如煤炭比木柴高160倍,石油比煤炭高2倍。新能源只有在能量密度上具备碾压性优势,才有能力颠覆传统能源。

2015年起,国家逐步对新能源汽车行业进行规范,2016年10月《节能与新能源汽车技术路线图》发布,对动力电池能量密度和成本提出了明确目标及要求。在保证安全性能的前提下,实现动力电池的能量密度提升、充电时间更短是消费者的客观需求,因此对动力电池正极材料的优化和技术提升至关重要且刻不容缓。

其次是路线多样化。2016年底公布的新能源汽车补贴方案中提出,补贴与体积比能量挂钩,间接引导了材料体系的升级,具有体积比容量优势的NMC三元材料成为产业化热点。目前,动力电池材料均达不到2020年动力电池能量密度300wh/kg的要求,国家补贴积极鼓励新型电池的开发,炙手可热的高镍三元电池、瞄准电动汽车产业中长期发展的固态电池、被誉为新能源汽车终极目标的燃料电池……全球关于动力材料的研究如火如荼,未来新能源市场谁主沉浮,仍是未知数。

第三是过程精细化。电动车领军企业特斯拉近年来频频发生起火事件,动力电池安全问题引发行业担忧,由此对正极材料研发、技术、生产的标准也提出了更高要求。一方面,需全面提升生产智能制造水平,提升产品合格率和一致性,控制因材料磁性物质等引发的自放电问题等;另一方面,研发技术信息化、智能化需进一步提升,提高研发有效性,避免走弯路。

新能源汽车动力电池在续航里程、快充、成本、安全、寿命等方面的要求极高,要求我国的动力正极材料企业要对产业链进行全盘考虑,确保材料的开发、设计、验证和制造满足新能源汽车动力市场的持续发展应用。在全球目前正极材料产销规模第一的湖南杉杉能源2020年前近10万吨/年的产能规划中,镍钴锰酸锂和镍钴二元材料产能规划占到七成。湖南杉杉能源将从两条路线进行产品研发,一方面向高镍三元方向发展,另一方面在中镍高电压三元方向展开研究。

天空阴冷,街头偶尔会驶过一辆低速电动车。这里是山东省齐河县,虽然地理位置离济南更近,但行政区划却归属德州——那座以扒鸡闻名的城市。除了扒鸡,现在它还有一张名片是低速电动车。

当然,这也正是御捷汽车董事长张立平2013年把又一个工厂选址齐河的重要考虑因素。

2月8日,记者来到齐河御捷工厂。工厂内的空地上,停放着大片大片身型小巧的低速电动车。工厂的员工也已经结束了春节的休假,开始上班。

而此刻,工厂之外,低速电动车正陷于一场论争的漩涡之中。

逐步从铅酸电池过渡到锂电

2016年10月,《四轮低速电动乘用车技术条件》国家标准正式立项。2016年年末,标准工作组召开了三次工作会议,确定低速电动车的定义、动力蓄电池技术路线、最高车速以及碰撞安全标准等标准细则。

多年以来徘徊在管理灰色地带的低速电动车终于迎来了转正的曙光,但根据工作组会议透露的内容,低速电动车的标准可能会“接近乘用车”,这让整个行业陷入张皇之中。

这份目前还在争议中的技术标准被视为低速电动车行业的生死状。以前说等待低速电动车转正就像等待戈多,现在戈多的脚步声响起来了,整个行业却又不安起来。

2月7日,被工信部装备司指派为四轮低速电动车标准起草组的组长董扬发文,对标准制定的几个焦点问题进行表态,在最为关键的电池问题上,董扬的观点是不允许使用铅酸电池。

在低速电动车标准制定最为关键的电池问题上,标准起草组的组长董扬的观点是不允许使用铅酸电池。

虽然标准还在谈论之中,但董扬的表态被视作是为最终的标准定调。

在齐河基地张立平的办公室,他告诉记者,标准应该给低速电动车企业留出从铅酸电池向锂电过渡的时间。

目前,作为国家认可的新能源汽车,A00级纯电动车在2020年以前是有国家补贴和地方补贴的,另外,新能源汽车正在研究碳配额管理办法。而相比之下,低速电动车既没有补贴,也不太可能会被纳入碳积分管理。

张立平认为,“这样就导致A00级纯电动车拿到国家补贴之后,它的成本比现在锂电低速车的成本要低得多。这样的话,这个行业还怎么做?这就等于扼杀了这个行业。”

他的建议是,要给行业留出一个过渡期,比如就到2020年,这样让低速电动车可以逐步从铅酸过渡到锂电。

2020年以后,A00级纯电动车国家没有补贴了,低速电动车再采用锂电,那么两者的市场竞争很明显就拉平了。张立平认为,到那个时候,低速电动车采用锂电也能发展下去。

电的重要性毋庸置疑,承担着保障现代社会正常运行最重要的基础职能。但对于电本身产生及使用方面,也有着诸多负面情况。庞大的电力需求导致因季节、时间节点的差异有着较大变化,断电成为常态;火电等发电方式导致环境污染严重,有背环境保护的社会发展大方向……

特斯拉家用储能电池Powerwall

由此,主打清洁发电方式、能够满足大众多元用电需求的电池储能在近几年成为市场的“宠儿”,众多大佬纷纷布局电池储能市场及企业,想要抢先占领高地。那么,被大佬看上的电池储能技术及产品,未来魔力能够得到尽情散发吗?

王健林、董小姐、“钢铁侠”……纷纷爱上电池储能

今年1月初,在中国制造高峰论坛上,大连万达集团董事长王健林抛出堪比“小目标”的神段子:“五个亿啊,不大。”对于王健林来说不大的五个亿,却是很多企业梦寐以求的目标。而此次让王健林看上的,正是电池储能。对此,王健林甚至表示,“技术不成熟,但我依然要投资。”

不仅仅是王健林看好电池储能市场,爆火的董明珠“董小姐”和大国企中集也不甘落后。最终,董明珠个人、大连万达集团、中集集团等与珠海银隆新能源有限公司签署增资协议,共同增资30亿元,获得珠海银隆22.388%的股权。当然,他们看上的并不是新能源汽车。王健林有着自己的“小算盘”,“它的前途我倒不觉得在新能源汽车上,我觉得更多是在储能上……假设如果把技术商业化,这个公司市值就会翻倍”。

在海外市场,“钢铁侠”马斯克同样热衷于电池储能技术及市场,并推出Powerwall等相关电池储能产品。可以看到,在对待电池储能的前景上,国内外的大佬几乎有着惊人的一致,都十分看好其未来发展态势。

断电压力、清洁能源、庞大市场……让电池储能成为“宠儿”

电池储能主要是指将太阳能、风能等产生的电力存储于多种产品中,进而通过电力系统的能量管理,为企业和用户提供新的电力能源。在节约资金的同时,避免出现断电的尴尬情况和企业、家庭财产等损失。也就是说,电池储能是为了提供可靠的电力储备。

如今,随着电力需求的不断上升,断电已经成为生活中的常态。每逢夏季,为保证工业、生活的正常运行,不给电网造成太大负担,波及多个城市及乡镇的轮流断电事件总是一而再、再而三的上演。在国外断电情况也不少见——近日南澳大利亚就遭遇一系列断电危机。而“钢铁侠”马斯克对此表示,他可以在100天内帮助解决这块区域的电力危机。如果解决不了,马斯克就完全免费供应,其杀手锏就是电池储能产品Powerwall2。

此外,在环境保护被愈发看重的当下,传统的火能发电因为对环境造成较大污染而有着许多危害。而我国又是一个较为依赖火能发电的国家,如何寻找新能源生产方式,减少对环境的破坏就显得尤为重要。而依赖太阳能、风能等清洁能源的电池储能技术,是调节可再生能源稳定性的重要支撑。此前,国家能源局相关负责人就强调了电池储能在现代能源体系建设中的重要作用,明确了在技术研发、示范应用和产业化发展方面的关于储能重点工作。

当然,企业和商人都是无利不起早的,电池储能技术的庞大市场潜力是推动他们杀入这一市场的重要原因。王健林入股珠海银隆,是认为后者的市值会翻倍。而2015年4月底特斯拉推出“Power”系列储能电池仅一周时间,就有高达8亿美元的预计收入。为了能够加快普及速度,特斯拉还将原来电池储能产品的“一锤子买卖”,变成可租赁式,极大缓解了用户的消费压力。

电池储能加速普及国内市场走势趋向明朗化

虽然电池储能有着诸多优点和巨大潜力,但之所以在国内还没有普及开来,关键在于国内相关电池储能技术还不成熟。否则王健林和其他人也不可能以30亿元的价格就能占据20%多的股份——技术成熟的话,收购价肯定得翻好几倍。

不过值得欣喜的是,国家已经注意到电池储能的重要性,开始加速对其进行政策、资金等方面的扶持。目前,储能已被列入“十三五”规划百大工程项目,首次正式进入国家发展规划中。储能与电动汽车、动力电池等上升为“十三五”规划中的“国家战略”,规划中明确将储能与造车、节能系统相结合,构建可持续发展新模式。

可以预见的是,随着时间的推移,电池储能产品将成为完美工作、生活中的一部分。而对于笔者来说,也不用怕写稿子时突然断电了……

目前电动汽车产业在我国进入发展期,新能源汽车品牌遍地开花,动力电池生产标准不一,质量参差不齐。全国人大代表,中船重工风帆有限责任公司董事长、党委书记刘宝生告诉中国经济网记者:“电动汽车动力电池的低端产能过剩,已显现出来,部分企业在2017年、2018年这个节点或将被淘汰。我建议并提醒政府一定要接受光伏产业此类教训。”

刘宝生代表是“电动汽车百人会”成员,对于电池以及新能源汽车均有着长期观察和研究。他认为,从目前来看在新能源汽车,尤其是动力电池领域,低端产品较多,真正高精尖技术较少,成为电动汽车发展的风险。他指出:“国家有关部门应高度重视,受市场经济利益驱使和资金流向规律性,我还是担心国有资、民营资产这些国家财富‘被浪费’。”

在刘宝生看来,市场经济的一个规律就是趋利性,在政策倾向之下,大量的资本投入到了动力电池领域,势必将造成低端产能过剩。他认为2017年、2018年,可能是一个时间节点。相当企业会做不下去,现在已逐步显现。政府一定要接受光伏产业的教训,提前介入、出台政策、合理引导。让投资者冷静、合理地去选择。

他指出,从电动汽车未来发展趋势来讲,即便目前存在一些问题,也并不影响我国该产业快速发展。一方面因为国家发展战略已经确定,这是不容置疑的;另一方面是毕竟起点比较低,基础较小,我国目前每年有将近3000万辆的产量,市场需求巨大。所以说在快速发展过程中,如何去引导健康有序发展,对于我国电动汽车产业发展是非常重要的。

“在电动汽车动力电池技术研发方面,应厚积薄发,发挥我们国家这种产业发展优势环境。”刘宝生代表对中国经济网记者表示,我国高端动力电池处于少短缺阶段,高端产品短缺的原因是技术没建好。怎样能够将研发和技术真正掌握在手,是业内人士今后努力的方向。

在访谈中,王麒表示,有三方面问题制约新能源汽车推广与普及。一是电池的续航能力、二是充电基础设施尚不能满足需求、三是新能源汽车价格一直居高不下。

11日,全国人大代表,四川省工商联(商会)副会长,四川启阳汽车集团董事长王麒做客中国经济网“聚焦2017两会——中经在线访谈特别节目”。在访谈中,王麒表示,有三方面问题制约新能源汽车推广与普及。一是电池的续航能力、二是充电基础设施尚不能满足需求、三是新能源汽车价格一直居高不下。

王麒代表表示,目前中国新能源汽车销量已经超过100万辆,对新能源汽车的推广应用在世界范围内处于领先位置。四川省对新能源汽车的发展有明确要求,未来,四川将会在整车、电池、电控、电机、充电设施等五个方面重点发力。

她认为,在新能源汽车的推广与普及方面存在三方面问题。一是,新能源汽车的电池。电池的续航能力会影响消费者的活动半径,还有待提升。此外,在电池的安全性方面也需要不断技术升级。二是,充电基础设施。去年,新能源汽车的市场销售已经超过了50万辆,但全国范围内10万左右的充电桩数量还远远不能满足新能源汽车保有量的需求。三是,新能源汽车价格一直居高不下。

最后,她表示:“新能源汽车是节能减排的重要手段,也是未来汽车行业发展的方向。随着政策红利和企业的共同推进,我相信,2017年新能源汽车的市场推广应用将会发展迅猛。”

“不久之后,国内将建设10条固态电池生产线。”近期,在一次有关新能源汽车的技术发展研讨会上,有关专家释放的这条消息引起了记者注意。在液态电池“横扫”整个电动汽车动力电池市场的当下,固态电池突然平地而起,这让行业不得不为之侧目。

安全性是最大优势

自电动汽车推广以来,因锂离子电池燃烧而发生事故的新闻一直未曾间断,现阶段所使用的动力电池安全性问题已引起全社会广泛关注,可以看到,为破解安全隐患,近几年锂电池行业各个环节方都在不遗余力地解决电池安全问题。

与此同时,为提高电动汽车续驶里程,实际情况是,已有多个国家制定了电芯能量密度进一步提升到300~400千瓦时的计划。因此,如果从应用层面出发,就需要未来的电池既具备安全性,又同时拥有高能量效率的特性。

尽管目前动力电池在电池模块和系统设计方面,已经采取了先进的电源管理技术、冷却技术、密封技术、散热技术等,基本满足了电动汽车对安全性的要求,但依然存在着热失控、过热、起火燃烧甚至爆炸的危险,行业专家认为,导致其燃烧爆炸的根本原因,是锂离子电池电解质属于可燃的有机溶液。因此,固态电解质的电池则被看作是解决动力锂电池安全问题的终极方案。中国科学院宁波工业技术研究院新能源技术研究所研究员许晓雄认为:“在新型二次化学储能电源中,基于固体电解质的全固态锂电池的优势与特点是很明显的,目前,企业、科研单位、高校都非常关注这一领域,并在努力地推进相关研究工作。”

据一位不愿具名的业内专家介绍:“固态电池由正极、负极、电解质、集流体和外壳构成,其中关键部件是前三者。如果在固态锂空气电池中,固态电解质可以将空气正极侧和锂金属负极侧分离,能够完全防止大气成分和锂金属的直接反应,从安全性上说,固态电解质具备很高的机械强度来阻止锂枝晶穿透;从稳定性上说,以氧化物体系为主的固态电解质可以表现出优良的稳定性,同时也能够解决开放型空气电池的漏液和电解液挥发问题。”

在百人会夏季论坛上,陈立泉同样对固体电池安全性特征作了说明,他谈到,当电池出现局部短路时,只是聚合物发生熔化,熔化以后成为绝缘体,不会着火。

电导率难题待破解

“固态电池在安全性方面确实具备很大优势,但根据目前的研发进展,能量密度方面的优势还暂时无法完全展现。”许晓雄告诉记者。

宁波索福人能源技术有限公司董事长王蔚国进一步向记者解释:“固态电解质的锂离子电导率通常比液态的水系和非水系电解液低,在电池组装过程中和锂金属以及空气正极之间的界面阻抗较大,这就造成固态锂空气电池的能量利用效率和输出功率目前低于液态的水系和非水系电解液体系。也就是说,固态电池在能量密度方面暂时不具备优势。”

王蔚国指出:“由于固态电解质电导率总体低于液态电解液,这导致了目前固态电池的倍率性能整体偏低,内阻较大,所以固态电池暂时无法满足快充要求。不过,固态电解质的电导率也会随着温度上升而有明显的提高,也就是说,固态电池最好在高一点的温度下工作,才能发挥良好的性能。否则当温度低时,固态电池的电导率就低,动力性随之变差。”

据了解,即便是在法国已经运行两年的3000余辆全固态电池出租车,其工作温度也必须在60~80℃之间。

颠覆产业为时尚早

中国科学院物理研究所研究员、清洁能源中心常务副主任、固态离子学课题组组长黄学杰向记者表示:“尽管法国巴黎已经研发出了基于高分子聚合物固体电解质的大容量固态锂电池,并应用于实践,但目前还没有展示出它的真正优势。”

黄学杰认为:“一种材料从实验室走向社会应用层面,一般需要十年左右时间,而固态电池正处于研究阶段,因此要实现产业化,还尚需时日。目前,我们已经预测出固态电池具有高安全性(特别是高比能状态下的安全性)、长寿命的优势,由于现在还没有出现真实的产品,所以只能认为,固态电池所具备的以上优势仅是研发工作者的猜测。只有当它展示出自身优势时,才能真正为市场所接受。”

王蔚国表示:“当前,特斯拉所运用的三元锂电池技术已经非常成熟,即便固态电池在十年内量产出来,也只能与前者共存,而不会产生颠覆性意义。”

同样,黄学杰也认为:“目前出现的一些概念,依然不具有颠覆性作用,所以作为液体电解质的电解液仍有十年至十五年的市场空间,我们不必担心液态电池会消失。”不过他向记者表示,依然看好固态电池的发展前景。

陈立泉在百人会夏季论坛上曾表示,如果固态电池的研发工作得到进一步支持,或许五年之内可以实现产业化。可喜的是,近日,在由中国科学院青岛生物能源与过程研究所举办的“清源聚能、共谋发展——建所十周年学术论坛”上,记者获悉,一种具有高热稳定性、优异力学强度、宽电化学窗口和高室温离子电导率的全固态聚合物电解质被宣布得到成功研制,这被视作有望大规模应用于车用动力电池的制造。

当前电动汽车正处在快速发展期,相关政策、技术、安全、商业模式等问题备受关注。近日,合肥国轩高科动力能源有限公司工程研究院常务副院长杨续来做了精彩发言,内容整理如下:

刚刚欧阳老师也提到了对我们动力电池材料这块很乐观,我感觉材料乐观是比较正常的,因为很多人在比较国内、国外电池差距到底在哪里,或者很多整车厂认为国内电池价格低就是好,我们也分析过简单一点,目前我们国内、国外差距,从材料本身来讲,差距不会太大。像欧美或者日韩,肯定是3.2V,不可能做到3.8的电压,这肯定是固定的,三元也是固定的,这个体系里面,本身的化学体系不会有太大的差异。同时从石墨,我们的正极、负极、电解液隔膜,贝特瑞已经是全球至少60%的供应商,我们是出口,日韩是进口。正极角度来说,我们国内磷酸铁锂已经比国外强很多了,同时三元,包括我们当升科技这样一些企业,三元本身我认为这块技术已经逐步在赶超日韩。包括像电解液,六氟磷酸锂整个技术的突破,已经把前些年的锂盐的价格从早期100多万降到10几万、几万的降,这是国产化明显的对中国整个材料产业是明显的进步或者明显的提升。翻过来一样的隔膜,包括我们国内一些企业的进步,已经把隔膜的价格明显的往下拉,也是我们国产化技术明显的进步,同时像燃料料剂,能够选用我们的隔膜,说明我们的隔膜已经得到了日韩企业的认可了,我们不比日韩企业差。材料本身来说我们某种程度来讲不比日韩差,甚至某些领域比他们强。差距,我们有时候也在总结,工程化能力,工程化能力我们体现在哪几个点,核心的点就是国产控制,整个国产的水分控制等等方面一些方面肯定和国外有差距的。

印象比较深的,我们以前去材料厂的时候,去日本的湖田(音),当时我们进他们车间的时候,我印象比较深的点,蓝色圆珠笔不允许我们带进车间,我就问了为什么,说蓝色圆珠笔含铜,说明这个里面的国产管控,已经控制到带什么笔,我想类似的电池厂也是控制的很严格的,所以标准化或者一致性做的比较好,国内电铲,像国轩我们也在逐步加强包括自动化方面。

同时还有一点,设备开发能力方面,电池厂某种意义来讲,本身应该具备这种设备开发或者设备研发的能力,如果想做得好,国内像日产,国LG和三星,他们一些是自己研发,设备厂进行加工的,国内像我们有些电池厂,或者国内买这些设备的时候,有时候提的要求就是说,我就买LG这种,或者我们买三星他们用的磨头(音),但是我们怎么知道他们用的什么磨头呢,某种意义上我们提不出我们设备上的要求和标准,像日韩的电池厂能够提出这个标准,是有一定道理的,我们在这些方面,尤其是国轩也逐步加强在设备的开发,电池专用设备开发和改进方面的工作,我们想目前我们和阳总也在逐步开发一些新型设备,包括原有设备的一些改进,目前这些工作也在做。这是第二个差异方面。

第三个,在我们刚刚刘总也提到新能源汽车的安全事故,不是电池本身衍生的,又想到另外一个例子,就是奔驰到我们这里来生产的时候他提了一点,问我们三元电池,我们当时问了一个三元电池的安全是怎么解决的,是不是必须要做,他说能够做好一定要做好,他们的要求没有特别严,为什么不会特别严,说针刺是极端的情况下,极端的碰撞才有可能发生针刺。我问防护上做好就可以了,同时过充,如果过充说明BMS没做好,如果BMS做好怎么可能过充呢。我们系统存储的时候,电池安全应该从单体安全向系统安全逐步转变,这种转变的过程中我们需要很多的配合,BMS方面其实在行业里面有些时候也逐步提上,前些年像我们BMS方面,某种程度控制的不是特别好的水平,特斯拉好、强,很强的是在电子控制BMS方面,我们国内BMS方面确实需要加强,如果把这块做的非常好,这场情况下电池是不会过充也不会过放的,从电池本身,能做好肯定是非常好的,你适当差一点,这方面也可以弥补的,这些东西对于我们支撑这块需要做的,就是BMS这块,可能今后我们公司遇到的实际情况,箱体、线束这些可能从整个产业链上有可能忽略的,觉得不是主要的问题,有的时候出问题了就是箱体振动或者裂了等等这样的问题,像箱体加工的行业水平是什么样的水平,能不能有一些大的企业能够支撑箱体的,看似是很小的东西,但是对于整个防护各方面是比较重要的。线束也是一样的,很多时候起火也是因为线束本身的一些问题,很多时候起火真的是从线束开始的。包括后面VDI电池的改版,多大压力下SID会翻转,很多情况下这块会熔断,不同的电池改版拿出来是不一样的,行业里面对于这些很小的东西,包括阳总提的螺帽、螺丝,看起来很小,有时候引起比较严重的安全事故,但是从整个产业来说是不能忽略的。是从电池整个产业本身提的。

第二,欧阳老师也提了,从整车方面应该怎么样的合作关系,我也简单理了一下。因为从去年,我想不管是37.9万辆的产量,包括接近49万辆的保有量,从这个值来看,我也简单总结了一下,因为这是以前总结的,这个中间涉及到多少车型,我们公告的应该是160多家公告的车企在里面,涉及到的车型应该有1000多种,反推一下我们像国外的,我们以Lif(音)为例,应该在20几万辆,特斯拉也有十几万辆,目前市场的保有量,单款车型有这么大的量。我们国内有时候在想,我们是37.9万辆或者49万辆分散在多少车型上,这么多车型对我们电池厂,要给同样配套多少电池组,即使电芯标准化的,后面电池组也要配套各种各样的电池组都出来了。换句话从市场角度来说,市场就缺少这种主力车型,我也问过整车厂,因为担心这款车型卖不掉,要多做几种车型,肯定有一款卖得掉,缺少主力车型直接逼着我们从上游角度,我们电池标准化等等这些做的就有一定的难度,我想这个就是从整车的角度需要确定,如果能有主力车型来说,对整个我们的产业也是一个现实。第二,从整车和电池厂,现在很多时候还属于一种简单的供应商关系,如果能把这种简单的供应商关系,目前和我们各个整车厂之间做的不是简单的供应商关系,而是这种合作伙伴的关系。如果是简单的这种买卖关系,其实很多的时候电池整车厂提的电池要求可能是一个总结,根本不知道这款电池是什么样的性能,电池厂也不知道整车厂提了这些指标到底什么意思,就是电池和整车之间少一个翻译,这个如果两边串起来,串的非常好的共同研发的角度,不管是DV测试、BV测试大家一起来做,设计角度就开始。这样一来大家是能够融为一体的这种开发,对我们整个产业也是有好处的。与整车关系有这样一个想法。

第三,从国轩整个技术,我们是磷酸铁锂和三元产业化角度肯定是并行的,我们不会放弃磷酸铁锂,因为有说法新能源汽车是磷酸铁锂成就了中国新能源汽车,磷酸铁锂刚刚比亚迪也提到了,我们规划是一样的,我们在2020年磷酸铁锂肯定也会在150—160瓦时/公斤,能达到这个能量密度一般像180的三元或者200三元,基本上和150、160的磷酸铁锂应该是接近的、相当的,安全是相对比较明显提升的。磷酸铁锂系统做150、160很难,单体做150、160完全是有希望的。

防护措施各方面会少一点,这种情况下150、160的磷酸铁锂或者180、190左右的三元应该是相当的。三元我们人为到2020年左右完全实现300瓦时/公斤的商业化,整个行业是有一定难度的,基本上也不会有这么大规模的300瓦时全部装车,正常250、280左右可能比较合理,那个时候单体批量我认为是比较合理的,但是300肯定会出来。从整体设计角度来说,还是刚才我提的单体安全向系统安全整个体系的转变肯定是一个趋势,并且是每家电池厂也在做的。在梯次利用包括储能方面,从国轩来讲目前也积极在布局,梯次利用方面今年我们会有接近20兆瓦的储能电站在我们合肥会有,同样在各个分工厂现在在内部示范,同样对资源化回收我们也是把废旧铁锂电池做资源化回收,目前今年年底我们会有一天能处理大概在2万安时左右的中试线出来。

新能源汽车如果想真正实现与传统汽油车体验接近,缩短充电时间、提高续航里程和充电的便利性是不可回避的话题。宁德时代新能源科技股份有限公司(CATL)快充项目负责人王升威博士表示,CATL研发的“超导电子网”和“快离子环”技术双剑合璧,开发出来磷酸铁锂快充电芯成组后拥有4C的高倍率快充,15分钟内可完成纯电动客车100%充电。

近日,王升威发表演讲解析了快充型锂离子电池的原理、特点,并介绍了CATL的维护方案和快充型锂离子电池进展。

从原理上讲,电池快充的瓶颈在负极,普通化学体系在快充时在负极会出现副产物,影响电芯的循环和稳定性。一旦锂离子被阻塞在负极是非常危险的,但只要锂离子进入石墨内部,基本上就不会有问题。因此,CATL开发了“快离子环”技术,在石墨表面与内部打造高速公路网,使锂离子能快速嵌入石墨的任何位置。

“既可以实现锂离子密度的,又可以快充,这象修环城高速来缓解交通拥堵,‘快离子环’石墨就是这个机理,我们在手机上已经有数亿的出货量了,可靠性已经得到了验证。”王升威如是介绍。

磷酸铁锂适不适合快充?

业内有人认为磷酸铁锂不适合快充,在王升威看来,这个问题存在两面性。从材料上看,磷酸铁锂材料的本征电导率比较低,仅为三元材料的百分之一,需要对磷酸铁锂材料进行导电性优化才能满足快充的需求。

王升威表示,经过CATL的改造,磷酸铁锂已经不是“原来那个磷酸铁锂”,甚至比三元材料更好。在正极上,CATL开发了“超导电子网”技术,使得磷酸铁锂具有优异的电子导电性能,可达三元材料的1000倍。

他指出,目前的磷酸铁锂快充电池的循环性能比不快充的要好,从原理上讲,循环性能跟充电是不存在矛盾的。那为什么传统电池一用快充循环就不好?原因是传统电池并不是按快充设计的,快充的时候就会有副产物或者副反应,副反应多了以后,循环自然变差。一旦解决了快充的动力学问题,它的循环最起码不会变差。与此同时,快充电池不但动力学高了,而且由于能量密度比非快充的低一点,能量密度低了,电解液多了,循环变得更好就不足为怪了。实际上,他们目前开发的磷酸铁锂快充电池可以达到10000循环。

保障“健康充电区间内”的快充

“CATL经过多年研究,我们认为健康的充电区间是与充电的不可逆反应速度有关,这对固定化学体系来说,它会受温度和电压的影响,不可逆反应的速度决定了电池在循环过程中的容量衰减和阻抗增加的速度,所以我们研究的重点在于怎么识别不可逆反应的速度,在这个”健康充电区间“范围内进行快充,就可以既实现快速充电,又可以不让电池受到快充的损害,做到快充和长循环兼顾。”

在低温情况下,CATL提出了两种电池保护,一是分温度区间充电,低温下慢充,在电池的“健康充电区间”内充电,更好地保护电池。二是利用水热系统,低温下为电芯加热,待电芯温度达到要求,即可开启快充模式,做到低温下“健康的”快充。

同样,电池也需要避免高温的影响,因为它本身存在氧化还原反应,温度越高反应越剧烈。对此,CATL的解决方案是采用3.65V的低电压体系,正极氧化性弱,副反应少而且速度慢。另外还有水冷控制温度,避免高温情况出现。

高能量密度电池快充领先国际

在“更长的续航里程”方面,CATL的技术规划是2020年之前电池能量密度要做到300瓦时每公斤,2025年以后,有进一步提高能量密度的规划。在“更短的充电时间”方面,CATL已经在开发能量密度190Wh/kg,15分钟满充的快充电池,该电池预计在2018年具有批量生产能力,其主要应用领域为乘用车。

“对于小车高能量密度快充电池方面,我们有技术储备优势,国内电池企业有机会领先于日韩。”王升威表示,“单从充电速度这一方面,普通小车用的充电基本上都是1C以下的,充到80%接近50分钟。我们的产品12分钟就可以充80%,充电速度有一个鲜明的对比。即使对快充的重度用户出租车来讲,每天满充两次,一年要充700次,按照出租车4年左右的使用周期,2800次充电应该是够了。我们这一款高能量快冲电池的循环预计在3000次以上,应该能满足乘用车应用的需求。”

目前我国动力电池产业链方面仍存在很多问题,这些问题的顺利解决对我国动力电池以及新能源汽车产业的发展起着重要的推动作用。

在欧阳明高看来,动力电池产业正处于变革之中。随着动力电池的比能量越来越高,越来越多的问题也会涌现出来。首先是电池的安全性问题将日益严重,其次是技术门槛升级将带来产业链格局的变化,并关系到企业的生死存亡。据欧阳明高透露,国家工信部已经制定出“动力电池产业发展规划”,目前正在征求意见阶段。但他认为上述规划内容较为激进,可能会带来一些意想不到的问题,会造成动力电池产业发展的不可持续,因此,我国动力电池产业还需找到适合自己发展的步伐和节奏。对此,欧阳明高表示,技术升级对动力电池产业链将会产生哪些影响、怎样进行技术升级才更合理、如何克服技术升级过程中可能遇到的问题,这些都是目前动力电池产业链企业须共同讨论的。

欧阳明高还提出,如何将动力电池产业链规划合理,也是目前亟待解决的问题。他举例说,我国动力电池产业需要有龙头企业,但龙头企业的规模要建多大才合理?技术创新要达到什么程度?整个行业的创新要采取哪些方式?动力电池行业市场化、国际化的特点,需要什么样的产业组织才是最好的?这些都是在产业规划中要解决的问题。

此外还有资源整合的问题。欧阳明高认为,我国动力电池产业必须和国际接轨,这就会出现如何将国外相关资源进行整合的问题,怎样整合才能既不排斥国外企业,又能扶持自主品牌,“度”的问题十分重要。而对于吸引外国专家投身中国企业,超威、CATL等民营企业已经走在了前面,他也希望能在中国动力电池企业中,看到更多的外国专家。欧阳明高表示,对于全球产业资源如何向国内聚集,目前的现状如何,“度”的把握等问题,现在仍需研究讨论。

从原材料到电池单体,从电动汽车整车到充电基础设施,动力电池产业链涉及范围很广。欧阳明高认为,产业链企业间的关系该如何整合,也影响到产业的下一步发展。像比亚迪、特斯拉一样从上游到下游进行纵向整合,还是同一领域企业相互合作的横向整合,这也涉及到整个产业链的规划问题。另外,回收也是整个产业面临的另一重要问题。欧阳明高表示,目前动力电池还存在回收成本过高、盈利偏低等问题,有效的回收商业模式还未出现,整个行业都还处于摸索中。这是直接关系到原材料资源、环境保护的重要问题,同样需要尽快解决。

因为产业的实际情况是制定相关政策的根本依据,欧阳明高表示,下一步中国电动汽车百人会的主要工作之一,就是邀请动力电池产业链上各个环节的代表企业,讲述各自行业的实际情况,发表对行业发展的看法,从而理清动力电池产业链上每个行业的发展状况,各行业骨干企业的发展情况,整体技术水平、技术发展方向等,之后再系统进行动力电池全产业链的相关规划,从而为制定合理的产业发展政策提供依据。

本次研讨会还就动力电池技术、市场的现状与发展趋势,动力电池标准化相关工作进行了介绍,来自超威集团、贝特瑞、比亚迪、国轩高科等正、负极材料、动力电池和加工设备等领域的相关企业代表介绍了企业在各自领域的发展情况。

电池管理系统(BMS)作为电动汽车电池系统的一个重要构成,对电池组的电压、温度、电流、SOC、SOH等各项参数起到整体的把控。其中,由于电池组是由若干单体电芯组成的,BMS还扮演着能量均衡的角色。

均衡的必要性

以目前的电池制造水平和工艺,电芯在生产过程中各个单体会存在细微的差别,也就是一致性问题。这种不一致性会使电芯的各项参数大相径庭。要想让它们组装在一起形成一个整体,则必须在作用过程中采用均衡的手段。好比木桶效应,弥补短板,才能最大程度提升性能。

另一方面,电芯在组成电池组装车使用过程中,也会由于自放电程度以及部位温度等原因导致单体不一致性的现象出现,单体电池的不一致性从而又影响电池组的充放电特性。

均衡技术路线之争

关于BMS技术路线的争论主要集中在被动均衡和主动均衡两个方面。

被动均衡顾名思义就是将单体电池中容量稍多的个体消耗掉,实现整体的均衡。主动均衡则是将单体能量稍高的能量通过储能环节转移到能量稍低的电池上去。实现的是一种主动分配的效果。

有观点认为被动均衡更适合当前动力电池发展现状,对电池的寿命影响较小;也有观点认为主动均衡对提升电动汽车整体的运营效果、驾驶体验有显著的帮助。

目前,市场上采用被动均衡的BMS系统较多,一方面被动均衡出现早于主动均衡且技术较为成熟简单,使用广泛。而主动均衡结构则较为复杂,变压器方案的设计以及开关矩阵的设计无疑会使成本增加明显。

被动均衡的关点前面说过,结构简单成本低,但由于是采用电阻耗能,会产生热量,从而使整个系统的效率降低。

主动均衡因为其原理在于能量的传递分配,所以其能量利用率高,但其一般只能在相邻的两节单体电池之间转移能量,结构相对来说较为复杂,成本随之增高是其缺点所在。

比亚迪秦的BMS均衡技术启示

根据官方介绍,比亚迪秦的BMS除具备基本的电池能量管理、电池热管理功能外,还具有电池单体自动均衡功能。介绍说,在整车运行过程中,监控整个电池包的单体性能参数,通过电池均衡功能达到及时、自动保养的目的,可以极大的减少动力电池保养的成本,延长使用寿命,提升各阶段性能。

秦通过主动均衡的BMS系统使电池包的性能和寿命得以优化和延长。根据介绍,秦具体采用的是DMⅡ代电池管理系统,MⅡ代采用了分布式设计。分布式电池管理系统通过对电池单体温度和电压的采集,进行动力电池能量管理、热平衡管理、整车充放电管理、整车高压安全管理,进一步提升电池的能量管理效率,同时达到轻量化的设计要求。

通过每两个单体电芯组成一个单元,通过储能方式转移能量,平衡电压的高低。

小结

无论是主动均衡还是被动均衡,都有其应用价值。均衡技术也不是神一样的存在。BMS整体的设计和与整车的搭配才是关键。同时,两种BMS均衡方法利弊明显,存在争议主要是国内外使用哪种方式更为合理的问题。但是还是得看电池的特性,单体一致性很强的情况下,小容量的电池组更适合被动均衡。大容量的动力电池如果一致性方面一般,采用主动均衡则更能适应使用要求。

新能源汽车的产业非常的热,可以看到2015年咱们有一个非常大的增长,尤其是2015年年底的时候,巨大的补贴导致了这种超常规的发展,数字是摆在这里的,但是一部分的话还是要进行改进的。

应该来说,在全球性的新能源汽车中,这个产业整体的销量中国在2015年首次超过了美国,成为了电动汽车新能源汽车销量最大的国家。

从车型上来分析,因为中国支持的是纯电驱动,也就是说补贴的是补贴什么?是纯电动汽车还是插电式的电动汽车,不补贴混合动力汽车。所以说,纯电动汽车的量会增加的比较快,由于补贴的原因,大家就愿意做便宜的车,所以微型车占的比例也比较大。

中高级纯电驱动的车主要是以插电式的为主,我们可以看到有一些有名的插电式的车,比如说比亚迪,这些车有的单个车型的销量已经达到了插电式车的销量,已经是全球第一的销量了。

同时来说,大中型的商用车也在快速的发展,从补贴11.2纯电动的公交,这一类的新能源汽车也是几十万辆,补贴的力度也非常大。我们可以看到一些客车公司,拿到的这个补贴去年超过了100个亿。这里面高速的发展、高速的补贴也带来了一些质量的参差不齐的问题,产业链不协调。这些问题是要改进的。

“十二五”开始的时候做了一个计划,这个计划就会以小小型的纯电动车跟大型的纯电动车来一起两头发展,逐步来提升这个技术,走向咱们自己的中高级纯电动的轿车。所谓的两头级应该来说,在“十二五”末的时候,基本上也达到了这个效果。

刚才已经讲过了,这个数字我就不讲了,但是整个一个趋势是说,08年前后,我们已经注入走向了一个成长期。所以说,第一个阶段无论是纯电动轿车还是插电式的混合电力轿车,都得到了很好的发展。未来还会继续发展,同时在2020年以后,燃料电池的汽车也会有一个很好的发展。

在“十二五”期间,国家的新能源汽车是一个重点的专项,这个重点专项应该说是完成了相关的这种技术开发的任务,支撑了行业的发展。应该说也是达成了这个目标,即三纵三横。近期的这种纯电动车辆,插电式的混合动力车辆,燃烧电池车辆同步发展,电池、电机、电控都可以得到很好的发展。

接下来简单地说一下新能源汽车的几个车型。乘用车发展的比较迅速,尤其是京、沪这样的大城市,因为限购等等其他的原因,而且这种情况还在持续增加。所以从这个方面来讲,在这些城市纯电的车辆可以更快的发展。单月最高的产量接近4万辆,这个比例也在上升。

应该来说,技术本身也得到了进步。我们也可以看到电池技术的进步,让车辆行驶的历程不断增加。以北汽为例,跑150公里充一次电,现在可以跑200公里。目前已经推出了可以跑260公里的车辆。

不仅仅是电池的能量提升了,实际上车辆的轻量化,包括车身的结构跟电池系统的轻量化也得到了快速的发展。

大家知道,现在汽车行业发展的三个方向,就是智能化、新能源化、电能化。所以说,轻量化技术的应用让你用同样的电,但是跑的历程可以更多。

同时,安全性这一块也得到了检验,现在轿车这一块有这种碰撞的测试,我们的这些轿车很多都通过了C-NCAP的测试。它有不同的测试,可以说是达到了五星级的标准,包括电池的电池包这一块也通过了相关的检验。应该来说,纯电动车随着产业的这种发展,它的可靠性、安全性也得到了提升。包括电池兼容的性能,这个在过去大家考虑的比较少,也有一些传言,说电动车会不会对人有比较大的影响?

应该来说,在“十二五”之初的时候没有标准、没有方法,到了“十二五”末的时候,通过相关的优化,应该来说,它的这种电池辐射控制到了传统车的水平。在这方面也有很好的进展。

从质量的可靠性来讲,我们可以看到,做的这个验证,TVS验证,做了4500项,其中新能源汽车差不多占了1/3,包括一些特殊环境的,特殊的气候条件的都做了相关的实验。好的车型、好的整车企业已经得到了很好的发展。

插电式的混合动力汽车,自主品牌这一块,整销量达到了6.3万辆,这个数字不是一个很大的数字,跟我们国家去年2300万台的销售来比是一个不大的数字,但是相对于我们自主品牌的汽车来讲已经是一个很好的比例了。特别是中国人喜欢开大车,所以说,这种插电式的SUV得到了更快的发展。

因此,我们可以看到一些新的技术,机电偶合的技术,包括SUV四驱都得到了推广。

在这一块,我们有自己的模式,这是从大车场走下来的,也就是双电机串并联构型。早期的技术不过关,所以就采取了一种权宜之计,现在是选择了一种很有竞争力的设计,开始从客车走向了轿车。这种技术也让我们在纯电动客车这一块的发展上形成了一个很好的基础。在纯电动轿车这一块也形成了很好的竞争力。

基于这样一个基础,插电式的混合动力乘用车,和我们实际的这种能耗,是可以跟国际相应的产品来做对比的。

我们可以看到,因为性能的提升,加上基础设施的进步,有一些问题也得到了很好的解决,上海地区都不插电了,就当成汽油车开,这是到2015年得到了很好的改善。基础设施的进步,我们也可以看到大家更愿意充电了。所以说纯电驱动的这个里程已经占到了2/3以上。实际上来讲,在这个油耗方面还会有一些改进的地方。

应该说新能源汽车的乘用车,目前有三股市场的驱动力,补贴是一个方面。应该来说乘用车的补贴基本合理,非补贴性的政策,比如说京、沪、深这些限行政策起到的作用也很大。另外一个,车厂感受很深的,就是这个油耗法规,你生产的车辆你的平均油耗要达到这个水准,这个会推动我们的整车企业积极的开发这种纯电驱动的新能源汽车。

应该来说,纯电动汽车、插电式的混合电力汽车和增程式的将会分布在B车这一块。

另外,纯电动汽车的小型化,小型化大家也知道,当然也有它的特点,能耗少、性价比高、拿补贴也核算,但是我要跟大家说一下,这个是不要保险、驾照的情况下,所以说你还是要达到新能源小型汽车的标准,这样的小型号才会得到很好的发展。

总的来讲,无论是对插电的,也包括部分纯电的要SUV化。从这里我们也可以看到市场上的这种需求。在这个里面有种种的原因,有技术的发展阶段,有我们基础设施的发展阶段,有消费者的心里发展阶段,最近这个阶段,插电式的这种SUV上升还是很快的。

在下一个阶段,插电式混合动力汽车,要对它的混合动力阶段要进行提升,不仅仅是在用电池驱动的这个阶段,但是,到了油电,电池用完了,到油电混合驱动阶段,这个时候也要一起来进行提升。对增程式的,这个技术难度比较大,测试的标准也在进行之中。

新能源汽车的商用车,中国本来就是全球最大的市场,我们的这种商用车的公司,大家都知道,有的已经具备了国际的竞争力,在国内的市场上大家更是看到了它的基础比较好。所以说整车的基础好,原来燃油车的基础好,所以在这个基础上,发展纯电驱动的车辆就会更好一些。因此说,电动客车的性能也在快速的提升。

行业的一些标杆企业,新能源企业整车已经开始规模的出口了,比如说像比亚迪这样的企业,开始在欧美、日本推广他的纯电动的客车。我们也可以看到,一些快充的电池也开始做到了纯电动客车上开始出口。

在这个发展的过程中,我们仍然面临着很多的挑战。这个里面主要还是说非常的依赖于补贴。

去年年底,因为高速的发展,什么电池都装上去了,这里面的隐患也还是比较大的。所以说,现在也正在起草新能源客车的安全,安全设计的规范条件,希望在未来几个月能够引导这个企业,往好的方向走。

总的来讲,还会在“十二五”电池技术提升的基础之上,“十三五”除了进一步提升性能,更要强调的是安全和可靠性。所以在安全这方面也有一些体系在建设,最近也在不断的完善它,特别是针对客车的电池,在未来几个月会有相应的规范出来,也有一些针对电池包的这种测试。

对基础设施这一块,新能源汽车充电的产业链正在形成,在这个里面大家也可以看到,要建几百万个充电桩,一些城市的已经开始好起来了,各种的充电技术,创新也很活跃,像北京的话已经形成了很好的充电的网络了,上海也是这样。

当前还有一些新的任务,充电新国标,还有基础设施的发展。

下面我做一个简单地小结,15年是快速成长年,商用车、基础设施这方面都取得了重点的突破,16年希望通过协调、发展,成为品质的这种提升之年。所以,希望整个产业链能够协调的发展,形成良性的循环。

总的来讲,我国的新能源汽车的发展还处在初级阶段,往前干的话也还是任重道远。

“十三五”就是说要继续进行产业的技术升级,叫动力深度电器化,车身底盘清凉化,整车网联化。第一批已经答辩完了,进入到了签合同的阶段,第二批也会在秋季的时候再继续的发布,到2020年的时候,应该说,能够实现性能提升一倍,成本下降50%的目标。逐渐的从高额补贴逐渐到不需要补贴。到那个时候,保有量5000万台汽车这个目标才能够实现。

在欧阳明高看来,我国扶持新能源汽车发展的政策,包括准入、技术研发、充电基础设施建设、推广应用等,已经十分系统、全面。他称:“未来不限购、节能减排等政策工具将对新能源汽车的发展发挥更大作用。”借助政策的东风,电池、电动化与智能化融合等技术提升将成为“十三五”新能源汽车的攻关重点,从而推动私人乘用车市场进一步打开。基于此,欧阳明高今年的政协提案关注电动汽车技术方面的具体问题。

据介绍,增程式电动乘用车作为我国新能源汽车的重要技术路线之一,其在解决初期里程焦虑问题、提高动力电池安全性、实现高性价比等方面可以发挥国内的技术基础和产业优势,有望成为具有中国特色的新能源乘用车车型的市场突破点之一。但当前增程器专用小排量发动机缺少及增程式电动乘用车测试法规缺失,很大程度上制约着增程式电动乘用车的发展。对此,欧阳明高建议:“有关部门尽快研究制定增程式电动乘用车、增程器等相关能耗测试标准和评价方法,以加快增程式电动乘用车的研发和推广。”

对于近期热议的新能源汽车骗补、暂停三元锂电池客车推广等问题,欧阳明高也作了回应。他表示:“新能源汽车属于新兴产业,出现骗补现象也不奇怪,家电下乡时也曾出现过,没必要过分‘放大’此现象。”

而针对工信部暂停三元锂电池客车列入新能源汽车推广应用推荐车型目录,欧阳明高解读称:“此举主要是基于安全方面的考虑,但并不意味着国家否定三元锂电池客车的技术路线。”他进一步解释说,三元锂电池比能量更高、性能更好,毫无疑问是我国要大力发展的主要技术路线。但新的高比能量电池进入市场时还需慎重使用。管理部门也会按照发展技术的成熟度,分起步期、发展期和成熟期三阶段逐步推广。这里的技术成熟度不同于技术路线先进性,是按照比能量划分的。“暂停主要是针对进入市场不久的高比能量三元锂电池12米纯电动大客车。这种车型电池容量大,乘车人数多,对安全性要求更高,给予一定余量可以理解。但不是所有三元锂电池都暂停,暂停也不意味着停止使用。”欧阳明高强调说。

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