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21年專注鋰電池定制

IGBT將被碳化硅取代!電池能量密度已突破300Wh/kg

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:2891次  |  2020年08月12日  

日前,我國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)執(zhí)行副理事長(zhǎng)歐陽(yáng)明高在北京介紹了我國(guó)新能源汽車技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì)。


1、電池能量密度突破300Wh/kg


動(dòng)力鋰電池方面,我國(guó)的目標(biāo)是到2020年能量密度達(dá)到300Wh/kg,實(shí)現(xiàn)與燃油車的競(jìng)爭(zhēng)。寧德時(shí)代開發(fā)的高鎳三元正極和硅炭負(fù)極電池的比能量已經(jīng)達(dá)到304Wh/kg,產(chǎn)業(yè)化明年實(shí)現(xiàn),產(chǎn)品投放市場(chǎng)。


在高功率動(dòng)力鋰電池方面,盟固利開發(fā)的高比功率長(zhǎng)壽命電池單體技術(shù)指標(biāo)全面優(yōu)于現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品,滿足插電式客車的需求。


從目前的情況看,我國(guó)電池在比能量略占優(yōu)勢(shì),循環(huán)性能與國(guó)外相當(dāng)?,F(xiàn)在我國(guó)電池已經(jīng)大規(guī)模走向國(guó)際,除了寧德時(shí)代、比亞迪,孚能也拿到奔馳汽車的訂單,充分說明我國(guó)產(chǎn)業(yè)方面是有優(yōu)勢(shì)的。


2、碳化硅即將取代IGBT


在驅(qū)動(dòng)電機(jī)方面,首先是電機(jī)控制器,大家了解電機(jī)控制器價(jià)格貴,核心器件IGBT大多依靠進(jìn)口,譬如英飛凌公司的產(chǎn)品。但是今年這一狀態(tài)得到極大改善,2018年大約40%的IGBT來(lái)自我國(guó)公司,譬如比亞迪,所以IGBT這一關(guān)鍵核心器件已經(jīng)被攻克。


另外,IGBT之后很快要取代它的是碳化硅。碳化硅是一個(gè)更先進(jìn)的做控制器的電力電子芯片,頻率可以做到很高、效率可以做到很高、體積可以非常小。體積功率密度可以做到每升100千瓦,比現(xiàn)在要減少大概70%-80%。國(guó)內(nèi)也開發(fā)出了自主的控制器,國(guó)內(nèi)已經(jīng)有四五個(gè)團(tuán)隊(duì)在做產(chǎn)業(yè)化。特斯拉Model3使用的控制器就是利用碳化硅材料,比亞迪也宣布在2023年將全方位由碳化硅替代,估計(jì)在2025年會(huì)全方位的由碳化硅取代IGBT,這樣做的優(yōu)勢(shì)一個(gè)是驅(qū)動(dòng)效率會(huì)提高幾個(gè)百分點(diǎn),第二個(gè)體積會(huì)降低大約70%-80%。


采用碳化硅控制器將可以通過大幅度提高電機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)電機(jī)比功率的升高。電機(jī)轉(zhuǎn)速做不到太高,因?yàn)樘咧罂刂破鏖_關(guān)頻率上升,損耗比較大、電機(jī)效率下降。碳化硅具有在高頻率時(shí)損耗低的優(yōu)勢(shì),從而電機(jī)比功率可以大幅度提高?,F(xiàn)在國(guó)內(nèi)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到了15000轉(zhuǎn)每分鐘,正在努力實(shí)現(xiàn)20000轉(zhuǎn)每分鐘。


參照美國(guó)能源部2025年目標(biāo),電機(jī)的功率密度是50千瓦/升,碳化硅控制器是100千瓦/升,100千瓦的電機(jī)與控制器合起來(lái)3升的體積即可。當(dāng)然有一個(gè)問題,就是匹配高速電機(jī)的大速比減速器,這是目前我國(guó)要努力的一個(gè)方向。


3、降低電耗是永恒主題


在純電動(dòng)汽車進(jìn)展方面,傳統(tǒng)12米大客車大整備質(zhì)量約11噸,電動(dòng)化后由于電池重量新增,整車將近13噸。最近有一個(gè)重大突破,整備質(zhì)量減少到9噸,比原先的13噸減少了4噸重,比柴油客車還輕2噸,這是很重大的技術(shù)進(jìn)步。


還有一個(gè)就是冬天車內(nèi)取暖問題。尤其是在東北,零下30度的溫度限制了純電動(dòng)汽車的銷售?,F(xiàn)在通過采用熱泵空調(diào)技術(shù),比如上汽,已經(jīng)在最新的產(chǎn)品中使用熱泵空調(diào),可以將30%的電加熱損失降低到只有10%,保障車外零下20度,車內(nèi)則可以達(dá)到20度。


從國(guó)內(nèi)外純電動(dòng)汽車發(fā)展來(lái)看,國(guó)內(nèi)純電動(dòng)續(xù)航里程300公里以上的車的比例已經(jīng)達(dá)到81%,電池系統(tǒng)的能量密度140Wh/kg已成為主流產(chǎn)品。現(xiàn)在我們的問題就是百公里的電耗還偏高,與國(guó)外先進(jìn)的百公里大概10度多的水平相比還有差距,我們還要進(jìn)一步的降低電耗,降低電耗是一個(gè)永恒的主題。


4、燃料動(dòng)力電池汽車尚需降低鉑載量


有關(guān)燃料動(dòng)力電池汽車,今年燃料動(dòng)力電池行業(yè)很熱,一方面是大家認(rèn)識(shí)到了燃料動(dòng)力電池的戰(zhàn)略性技術(shù)地位。燃料動(dòng)力電池的戰(zhàn)略性不僅體現(xiàn)汽車上,燃料動(dòng)力電池作為氫能燃料動(dòng)力電池的整體,是能源革命的前沿技術(shù),不僅是用在汽車上,更多的可能要商用車、火車、輪船、軍艦、發(fā)電等方面。


另外,集中式可再生能源要把能量?jī)?chǔ)存起來(lái),最好的方式是把它變成氫氣,再通過天然氣管道運(yùn)走,這是它的戰(zhàn)略意義。


從車載的角度來(lái)看,燃料動(dòng)力電池一個(gè)核心的問題、永恒的主題就是降低鉑載量。大家了解燃油車也用催化劑,比如國(guó)4排放、國(guó)5排放、國(guó)6排放,要用大概0.1克/千瓦催化劑。這就是燃油車的最高標(biāo)準(zhǔn)用的鉑的載體,所以我們?nèi)剂蟿?dòng)力電池的目標(biāo)就是這個(gè)目標(biāo)。已經(jīng)在做產(chǎn)品,如豐田燃料動(dòng)力電池系統(tǒng)是0.2克/千瓦,國(guó)內(nèi)現(xiàn)在做的燃料動(dòng)力電池大概也在這個(gè)水平。


當(dāng)然,我國(guó)燃料動(dòng)力電池的核心是產(chǎn)業(yè)鏈不夠健全,一方面是要自主研發(fā),另一方面就是要把全球的產(chǎn)業(yè)鏈吸引到我國(guó)來(lái)。大家了解現(xiàn)在凡是跟電動(dòng)汽車相關(guān)的這些零部件都到我國(guó)來(lái)了。


所以現(xiàn)在我們關(guān)鍵是要把產(chǎn)業(yè)鏈建起來(lái),產(chǎn)業(yè)鏈建起來(lái)要大公司的進(jìn)入,這次我們欣喜的看到一汽、東風(fēng)現(xiàn)在都在燃料動(dòng)力電池方面開始發(fā)力。


此外,催化劑上面還有膜、碳紙,催化劑的膜和碳紙合起來(lái)是膜電極。跟國(guó)外還是有一些差距,國(guó)產(chǎn)占有率大概40%。另外在發(fā)動(dòng)機(jī)層次上,我們高轉(zhuǎn)速的空壓機(jī),還要進(jìn)一步降低成本,儲(chǔ)氫瓶也要大幅度降低成本,儲(chǔ)氫瓶目前成本依然偏高。


5、插混汽車技術(shù)仍具備優(yōu)勢(shì)


在混合動(dòng)力方面,我國(guó)做混合動(dòng)力有優(yōu)勢(shì)的是插電式混合動(dòng)力,而且插電混合動(dòng)力車型都是純電里程在50公里以上,將來(lái)要達(dá)到70公里,最后要到90公里。因?yàn)槲覈?guó)的車一般都是在城里開,有了50—70公里的純電續(xù)航,油基本上就不用的少了,可以節(jié)約80%油耗。


另外就是成本,省了80%是可以掙回一點(diǎn)錢,但是假如整車動(dòng)力系統(tǒng)的成本比它高很多也是不行的?,F(xiàn)在我們有一個(gè)新技術(shù),就是不用雙電機(jī),只用一個(gè)電機(jī)。我們用一個(gè)電機(jī)一個(gè)控制器。另外,我們現(xiàn)在插電混合動(dòng)力單離合即可滿足要求,與國(guó)外的雙電機(jī)雙離合器系統(tǒng)相比節(jié)省八九千元成本,用這節(jié)約的這些成本可以新增10度容量的電池,從而達(dá)到與國(guó)外先進(jìn)混合動(dòng)力相當(dāng)?shù)某杀尽?/p>

6、智能化技術(shù)理性回歸


在智能化方面,智能化是新能源汽車的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù),也是一個(gè)非常熱的技術(shù)。但是智能化技術(shù)正經(jīng)歷一個(gè)理性回歸的過程。這也符合新技術(shù)出現(xiàn)的規(guī)律,即剛開始時(shí)泡沫很大,參與者集中入局,沖上去后一般就會(huì)過了,過了之后會(huì)再往回調(diào)一下,經(jīng)過兩三次回調(diào)才會(huì)到達(dá)正常的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。


目前,國(guó)產(chǎn)輔助駕駛系統(tǒng)已經(jīng)開始量產(chǎn),重要是恒潤(rùn)科技,總銷量已經(jīng)到5萬(wàn)臺(tái)以上。另外一個(gè)核心技術(shù)是激光特種,激光特種是最核心,也是成本最高的一個(gè)技術(shù)。


在激光特種方面,以前是機(jī)械式的,現(xiàn)在是做成固態(tài)的,在這個(gè)方面,國(guó)內(nèi)的禾賽科技應(yīng)該說取得了比較大的進(jìn)展,處于目前世界上的先進(jìn)水平。


未來(lái),我們還要進(jìn)一步提高的方面在于,純電動(dòng)汽車的電耗要進(jìn)一步下降,混合動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)能效要進(jìn)一步提高,燃料動(dòng)力電池的深層次核心器件,包括膜電極、空壓機(jī)、氫瓶還要進(jìn)一步突破,當(dāng)然還有動(dòng)力鋰電池的安全性要常抓不懈,繼續(xù)突破。隨著比能量的提高,我們要更加先進(jìn)的安全技術(shù)加以保障。


最近,國(guó)內(nèi)在固態(tài)電池方面也有一些進(jìn)展,雖然是一些初步的結(jié)果,但是也顯示出來(lái)我們正在往前推進(jìn)。另外,一體化電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的減速器,高減速比的減速器也是我們要關(guān)注的。智能化所要的核心芯片,尤其是計(jì)算芯片,我們還要再進(jìn)一步的突破。


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