長續航純電動車發展趨勢及對動力電池系統需求的變化

曾祥兵 朱紅 宋開通 謝堃 李悅

奇瑞新能源汽車技術有限公司 安徽省蕪湖市 241002

1 引言

我國新能源汽車行業經過不斷發展，已經形成了較為完善的研發和產業體系。2018年國家新能源汽車補貼政策明確了向長續航、高能量密度的電池系統和整車方向傾斜。續航300km以下的純電動汽車補貼金額出現了不同程度的降低。續航里程超過了300km的車型補貼金額則有所增加。能量密度小于105Wh/kg將不再拿補貼，能量密度大于160Wh/kg則可以獲1.2倍的補貼。在政策導向和市場需求的雙重驅動下，純電動車紛紛向著長續航、高能量密度方向發展。電動車用戶群體和使用工況也正在經歷變化。本文將重點闡述長續航里程電動車的發展趨勢和長續航里程電動車對動力電池系統需求的變化。

2 長續航純電動車發展趨勢

隨著技術的發展和國家政策導向，純電動車的續航里程不斷增加，電池系統能量密度持續增長。第303、304批新車公示新能源乘用車中能量密度大于140Wh/kg的電池系統共19款，占比33%，最高已達到158.07Wh/kg。續航大于251km的A00級別車8款，續航大于300km，能量密度大于140Wh/kg的A00級純電動車有蘭州知豆和奇瑞eQ1。長續航純電動車的里程需求也促使了新一代純電動車平臺的開發。

表1 2018年純電動汽車國家補貼標準

表2 電池系統能量密度調整系數

2.1 長續航純電動乘用車用戶群體的變化趨勢

長續航純電動乘用車的出現和發展，也促進了出行方式和用戶群體的變革。

2017年8月8日，交通運輸部、住房城鄉建設部聯合發布《關于促進小微型客車租賃健康發展的指導意見》，意味著國家已認可將分時租賃作為一種緩解城市交通擁堵的途徑。分時租賃以A00級純電動為主，早期分時租賃車電池電量只有18~25kWh，續航150~200km，僅能夠在城市市區內運營。當A00級乘用車電量增加到35kWh以上，續航提升到300km時，將會擴大分時租賃運營范圍，延長租賃時間。目前中國租賃市場規模已從2011年的281億元增長到2016年的496億元，年增長率達到18%。雖增速較快，但滲透率只有0.4%。根據中國產業研究院預測，預計至2020年，中國汽車租賃行業市場規模將達到800億元，市場規模年均增速達20%。

圖1 不同國家汽車租賃行業滲透率

圖2 中國共享汽車規模預測

因受制于重載荷運行條件下續航里程和充電速度的制衡，出租車純電化替換的發展受到制約。同樣新能源汽車作為網約車也僅處于嘗試階段。隨著新商業模式的出現和新能源汽車續航里程的提升，新能源電動車在出租車和網約車市場將迎來機遇。

截至2017年底，北京市純電動汽車保有量達到17.1萬輛，其中私人汽車超過11萬輛，租賃汽車1.8萬輛。隨著新能源車型的多元化發展，續航里程大于400km的純電動A級車和城市SUV的相繼推出，純電動車在私人用戶領域占比也將越來越高。

2.2 新一代長續航純電動乘用車發展趨勢

目前僅通過提升電池能量密度來提高整車續航里程已很難滿足下一代純電動車續航里程的需求。電動車平臺化設計可以基于電池布置來設計整車底盤，使得新平臺可以兼容不同類型的電池系統。電池組通過不同配組和設計，在保持相同的邊界的前提下能夠靈活實現不同容量、數量和種類的電池系統設計，且不影響到整車系統集成層面。如大眾規劃的MEB平臺根據車型配置不同種類電池系統。未來在MEB平臺上誕生的車型，綜合續航里程可以達到400-600km，同時支持15-30分鐘內充滿80%電量的高性能快充。

圖3 大眾MEB純電動平臺

表3 不同類型電芯和系統能量密度對比

3 動力電池系統需求變化

隨著長續航里程電動乘用車的發展，電動車用戶群體和使用工況均發生了較大的變化。整車對電池系統的要求也發生了相應的變化。

3.1 能量密度和電芯類型需求變化

當前電池系統能量密度140Wh/kg與國家規劃的210Wh/kg仍然有著較大的差距。圓柱、方形和軟包三種電芯相比較而言，軟包三元系統的能量密度更具有優勢。目前各主要電芯供應商未來技術規劃的能量密度為300Wh/kg單體均為軟包電芯。隨著長續航、高能量密度的動力電池系統發展，軟包類型電芯占比也將越來越高。

3.2 充電功率和循環壽命需求

隨著長續航里程電動車電量的增加，傳統的3.3kW和6.6kW車載充電機已無法滿足充電需求。快充功率提升至10kW，60kW的充電模塊業已開始推廣應用。

針對出租車運營領域，參照傳統車平均續航300km/日的運營需求，電池系統需滿足8年或60萬公里質保，2000次充放電循環的要求。而私人用車對續航里程的需求更多的是城際用車需求，市區內代步屬于低頻充電高頻使用場景。按實際續航300km計算，12萬公里對于的電池系統循環壽命僅400次。故私人用車對電池系統循環壽命的要求降低了很多。

3.3 新一代電池系統設計需求

隨著純電動乘用車續航里程的提升和用戶接受度的擴大，基于電池布置的底盤設計和根據車型配置不同容量的電池等特點的新一代電動車專用平臺成為發展趨勢。這要求電池工程師在整車開發初期能夠深度參與新平臺的前期開發，充分考慮電池系統的特點和設計需求，最大程度的集成電池系統。電池容量配置的可變性，則要求電池系統具備柔性設計，以較小的改動即可實現電量的變化。新一代平臺化的純電動車對電池系統的生產效率和裝配的便捷性也提出了更高的要求。當電動車生產效率達到傳統車流水化生產效率（1min/輛）的時候，電池系統的生產效率應能夠與其相匹配。

4 結語

隨著新能源電動車技術的發展和動力電池系統能量密度的提升，電動車續航里程得到較大的提升。續航里程的提升一定程度上緩解了用戶里程的焦慮，使用戶受眾群體擴大。針對新應用場景和新工況對電池性能影響的研究，需要整車廠和動力電池供應方更緊密的合作，開發針對不同使用場景不同類型的動力電池。針對不同配置車型輸入，動力電池系統開發需要具有較大的自由度，并且電池系統工藝可制造性需要匹配整車生產效率。