技术突破 是解决里程问题的核心

简介

刘吉顺

博士，高级工程师，华汽智联教育创始人。

十余年来一直从事新能源汽车产业研发工作。先后任职于中国第一汽集团技术中心新能源汽车整车控制团队负责人、金龙联合工业（苏州）有限公司电控首席专家、阿尔特汽车技术股份有限公司电子控制部部长，具有国内一流主机厂、合资及外资品牌量产新能源车型开发实战经验，申请专利近百项。

AF：目前新能源车续航里程的瓶颈在哪里？

刘：主要瓶颈在电池能量密度，目前的电池能量密度相对于满足续驶里程的要求还是偏低。其次瓶颈在电池受使用环境影响较大，如低温及驾驶习惯等，其他瓶颈在整车系统集成技术，如车辆重量控制、核心部件的系统效率提升等。

AF：如何从技术角度提升电池密度从而增加续航里程？

刘：在电芯层面，需要从优化单体尺寸、电化学体系和电池材料方面取得突破;

1、增大电池单体的尺寸

电池厂家可以通过增大原来电池尺寸来达到电量扩容的效果。我们最熟悉的例子莫过于率先使用松下18650电池的知名电动车企特斯拉将换装新款21700电池。但是电芯“变胖”或者“长个”只是治标，并不治本。釜底抽薪的办法，是从构成电池单元的正负极材料以及电解液成分中，找到提高能量密度的关键技术。

2、化学体系变革

电池的能量密度受制于电池的正负极。由于目前负极材料的能量密度远大于正极，所以提高能量密度就要不断升级正极材料。另一方面在于系统集成层面，需要从布置、结构、材料、工艺等方面提高电池包的轻量化水平，提升系统能量密度。提升电池包的成组效率，需要以安全性为前提，最大程度地利用每一寸空间。电池包的“瘦身”主要有以下几种方式。

1从外形尺寸方面优化系统内部的布置，让电池包内部零部件排布更加紧凑高效。

2可以通过仿真计算在确保刚强度及结构可靠性的前提下实现减重设计，实现拓扑优化和形貌优化最终帮助实现电池箱体轻量化。

3可以选择低密度材料，如电池包上盖已经从传统的钣金上盖逐步转变为复合材料上盖，可以减重约35%。针对电池包下箱体，已经从传统的钣金方案逐步转变为特殊型材的方案，减重量约40%，轻量化效果明显。

4整车一体化设计。整车一体化设计与整车结构设计通盘考虑，尽可能共享、共用结构件，例如防碰撞设计，实现极致的轻量化。

总之，影响动力电池性能的不仅仅是能量密度一个指标，还有比功率密度、安全性、一致性和循环寿命等多种因素，在众多指标和成本之间找到平衡点才是王道，单一提升莫个单项并不是发展之道。

AF：电池重量的增加与续驶里程之间如何平衡？

刘：续驶里程的合理性评价与很多因素有关，无法一概而论，例如作为通勤车辆，300km的续驶里程基本满足上下班代步需要;如果是SUV，500km以上应该是基本指标。当然还要考虑成本和售价以及对应的用户人群消费能力等因素。目前影响续航里程的主要因素有：车速、空调、暖风、路面情况等。车辆搭载的电池容量，整车重量，车辆使用环境（温度及工况），电子电器部件功耗及效率，车辆传动系统效率等。以某款电动车车重变化对续驶里程变化的影响为例（仿真数据），每增加100kg重量，续航降低5-6公里左右（参加下图表所示）。

AF：如何在电池管理方面提升续航里程？

刘：电动汽车的动力输出依靠电池，而电池管理系统BMS（BatteryManagementSystem）则是其中的核心，是对电池进行监控和管理的系统，通过对电压、电流、温度以及SOC等参数采集、计算，进而控制电池的充放电过程，实现对电池的保护，提升电池综合性能的管理系统，是连接车载动力电池和电动汽车的重要纽带。针对电动汽车用户关心的续驶里程方面BMS也会有一些影响，尤其电池SOC计算精度就会对续航里程有很大影响，当前电池SOC精度范围一般在3%-5%，隨着使用情况还会略有变化，由于车辆控制过程中会时刻参考电池的电量状态，会存在一个限制输出的SOC状态，如果误差过大，就会存在提前或延后限制输出，导致续驶里程变短或抛锚。

AF：除了磷酸铁锂和锂电池之外，还有什么固态电池具有更好的能量密度？

刘：与锂离子电池相比，固态电池有独特的优点：一是安全性比液态锂电池要高得多，可以直接使用金属锂来做负极，更为轻便，体积比锂电池缩小很多;二是固态电池能量密度显著提高，有可能达到目前锂离子电池的两倍以上;三是固态电池可以制成轻薄的柔性电池，可达到数千次弯曲而不影响性能，从而极大拓展了其应用空间。从目前的情况看，固态电池的研发费用及生产成本还居高不下。如果技术成熟再加上生产成本下降，那就会形成巨大的市场。

AF：续航里程会随着电池寿命的衰减而减少，如何尽可能改善或延长电池寿命？

刘：一方面提高电池系统集成水平，为电池提供更适合的工作条件;另一方面做好电池的维修保养制度，提供维护水平。车辆正常使用每月至少做一次满充电，电池管理系统会对SOC及时修正，避免因长期不满充电导致的能量不回馈或SOC跳变现象;车辆放置长时间不用时要注意，放置时SOC要在30%～70%之间，断开低电压电池负极;每三个月内要进行一次满放、慢充;环境温度≤-20°C车辆要放在暖库存放。

AF：您认为我国的固态电池水平和日韩及欧美相比是否存在差距，未来电池的发展方向是什么？

刘：存在较大差距，未来的发展方向尚不明朗，相对来说固态电池是一个可能性比较高的方向。