技術突破　是解決里程問題的核心

簡介

劉吉順

博士，高級工程師，華汽智聯教育創始人。

十余年來一直從事新能源汽車產業研發工作。先后任職于中國第一汽集團技術中心新能源汽車整車控制團隊負責人、金龍聯合工業（蘇州）有限公司電控首席專家、阿爾特汽車技術股份有限公司電子控制部部長，具有國內一流主機廠、合資及外資品牌量產新能源車型開發實戰經驗，申請專利近百項。

AF：目前新能源車續航里程的瓶頸在哪里？

劉：主要瓶頸在電池能量密度，目前的電池能量密度相對于滿足續駛里程的要求還是偏低。其次瓶頸在電池受使用環境影響較大，如低溫及駕駛習慣等，其他瓶頸在整車系統集成技術，如車輛重量控制、核心部件的系統效率提升等。

AF：如何從技術角度提升電池密度從而增加續航里程？

劉：在電芯層面，需要從優化單體尺寸、電化學體系和電池材料方面取得突破;

1、增大電池單體的尺寸

電池廠家可以通過增大原來電池尺寸來達到電量擴容的效果。我們最熟悉的例子莫過于率先使用松下18650電池的知名電動車企特斯拉將換裝新款21700電池。但是電芯“變胖”或者“長個”只是治標，并不治本。釜底抽薪的辦法，是從構成電池單元的正負極材料以及電解液成分中，找到提高能量密度的關鍵技術。

2、化學體系變革

電池的能量密度受制于電池的正負極。由于目前負極材料的能量密度遠大于正極，所以提高能量密度就要不斷升級正極材料。另一方面在于系統集成層面，需要從布置、結構、材料、工藝等方面提高電池包的輕量化水平，提升系統能量密度。提升電池包的成組效率，需要以安全性為前提，最大程度地利用每一寸空間。電池包的“瘦身”主要有以下幾種方式。

1從外形尺寸方面優化系統內部的布置，讓電池包內部零部件排布更加緊湊高效。

2可以通過仿真計算在確保剛強度及結構可靠性的前提下實現減重設計，實現拓撲優化和形貌優化最終幫助實現電池箱體輕量化。

3可以選擇低密度材料，如電池包上蓋已經從傳統的鈑金上蓋逐步轉變為復合材料上蓋，可以減重約35%。針對電池包下箱體，已經從傳統的鈑金方案逐步轉變為特殊型材的方案，減重量約40%，輕量化效果明顯。

4整車一體化設計。整車一體化設計與整車結構設計通盤考慮，盡可能共享、共用結構件，例如防碰撞設計，實現極致的輕量化。

總之，影響動力電池性能的不僅僅是能量密度一個指標，還有比功率密度、安全性、一致性和循環壽命等多種因素，在眾多指標和成本之間找到平衡點才是王道，單一提升莫個單項并不是發展之道。

AF：電池重量的增加與續駛里程之間如何平衡？

劉：續駛里程的合理性評價與很多因素有關，無法一概而論，例如作為通勤車輛，300km的續駛里程基本滿足上下班代步需要;如果是SUV，500km以上應該是基本指標。當然還要考慮成本和售價以及對應的用戶人群消費能力等因素。目前影響續航里程的主要因素有：車速、空調、暖風、路面情況等。車輛搭載的電池容量，整車重量，車輛使用環境（溫度及工況），電子電器部件功耗及效率，車輛傳動系統效率等。以某款電動車車重變化對續駛里程變化的影響為例（仿真數據），每增加100kg重量，續航降低5-6公里左右（參加下圖表所示）。

AF：如何在電池管理方面提升續航里程？

劉：電動汽車的動力輸出依靠電池，而電池管理系統BMS（BatteryManagementSystem）則是其中的核心，是對電池進行監控和管理的系統，通過對電壓、電流、溫度以及SOC等參數采集、計算，進而控制電池的充放電過程，實現對電池的保護，提升電池綜合性能的管理系統，是連接車載動力電池和電動汽車的重要紐帶。針對電動汽車用戶關心的續駛里程方面BMS也會有一些影響，尤其電池SOC計算精度就會對續航里程有很大影響，當前電池SOC精度范圍一般在3%-5%，隨著使用情況還會略有變化，由于車輛控制過程中會時刻參考電池的電量狀態，會存在一個限制輸出的SOC狀態，如果誤差過大，就會存在提前或延后限制輸出，導致續駛里程變短或拋錨。

AF：除了磷酸鐵鋰和鋰電池之外，還有什么固態電池具有更好的能量密度？

劉：與鋰離子電池相比，固態電池有獨特的優點：一是安全性比液態鋰電池要高得多，可以直接使用金屬鋰來做負極，更為輕便，體積比鋰電池縮小很多;二是固態電池能量密度顯著提高，有可能達到目前鋰離子電池的兩倍以上;三是固態電池可以制成輕薄的柔性電池，可達到數千次彎曲而不影響性能，從而極大拓展了其應用空間。從目前的情況看，固態電池的研發費用及生產成本還居高不下。如果技術成熟再加上生產成本下降，那就會形成巨大的市場。

AF：續航里程會隨著電池壽命的衰減而減少，如何盡可能改善或延長電池壽命？

劉：一方面提高電池系統集成水平，為電池提供更適合的工作條件;另一方面做好電池的維修保養制度，提供維護水平。車輛正常使用每月至少做一次滿充電，電池管理系統會對SOC及時修正，避免因長期不滿充電導致的能量不回饋或SOC跳變現象;車輛放置長時間不用時要注意，放置時SOC要在30%～70%之間，斷開低電壓電池負極;每三個月內要進行一次滿放、慢充;環境溫度≤-20°C車輛要放在暖庫存放。

AF：您認為我國的固態電池水平和日韓及歐美相比是否存在差距，未來電池的發展方向是什么？

劉：存在較大差距，未來的發展方向尚不明朗，相對來說固態電池是一個可能性比較高的方向。