轻量化or安全性,动力电池企业要怎么选?

来源:国际汽车设计及制造

发布时间:2020年5月12日下午 01:05:42

--------- 访清华大学苏州汽车研究院轻量化中心副主任吴中旺
 
 
毫无疑问,近年来市场对于新能源汽车的关注热度此消彼长,即便偶尔会有热情退却,也往往是对于“动力电池”这项饱受争议又不想贸然放弃的技术的冷静观望。而在这项技术的背后,轻量化与安全性孰轻孰重,又该如何选择,是不少动力电池企业正面临的一项难题。
 
本期中,我们把这个困难的选择交给清华大学苏州汽车研究院轻量化中心副主任吴中旺先生,请他对电动汽车的里程焦虑和电池安全性两者之间的平衡给出意见。同时,新冠疫情和补贴退坡双重夹击下的新能源汽车行业何去何从?新能源汽车行业还有哪些蓝海?……对于这些,他又有哪些看法?
 
高续航里程VS电池安全
 
电池作为新能源汽车的“心脏”,占整车成本约1/3,同时在技术上处于核心地位。新能源汽车的补贴政策是以电池包系统比能量(质量能量密度)、整车续航里程以及整车能耗作为标准的。
 
但随着近些年新能源汽车电池安全事故的频发,电池的安全问题逐渐显现出来,给新能源汽车市场带来了一些负面的影响。加上补贴退坡,2019年下半年新能源汽车开始出现了“卖不动”的现象,这也让人们开始重新思考电池轻量化与安全之间的平衡问题。
 
电池包的安全分为机械安全和热安全。机械性能包括碰撞、冲击、疲劳耐久性等等,相关的问题可能会引起热失控并造成起火,其涉及的就是机械安全。电池在做大功率放电时会释放大量的热,电池包整体温度升高继而会影响电性能。例如,汽车在冷启动和突然加速时会引起大电流放电,容易导致电芯短路,其导致的相关安全问题就是热安全。“我们主要研究的是机械安全,通过设计和仿真分析电池包和整车搭载以后的力学性能,判断其能否满足刚度需求、模态需求、强度需求和疲劳性能需求等等,并且通过仿真的方法指导结构设计。”吴中旺告诉我们。
 
 
疲劳试验机
 
“以前很多企业一味追求轻量化导致了一些安全问题的出现,现在大家更趋于理性了。”吴中旺说道,“因为追求补贴,高能量比的三元锂电池受到追捧,因为成本和安全,现在大家又开始把目光转向磷酸铁锂电池了。”
 
谈及对新能源汽车和电池包企业的建议,他表示,技术投资永远是第一位的。“正向开发才能解决后技术问题。”他说道,“以前,很多新能源汽车只是用动力电池包、电动机、减速器等替代传统汽车的发动机、变速箱等,但这样的逆向开发会存在很多隐患。目前,像大众之类企业,已经开始专门做电动车的开发平台,把精力和财力放到技术研发中,这样新能源汽车才能真正地发展好。”
 
新能源汽车行业的两个“蓝海”
 
新能源汽车行业作为一个新兴的行业发展迅猛,充电桩作为新基建项目之一,是支撑新能源汽车发展的重要基础设施。据统计,截至2020年3月,国内公共类充电桩保有量为54.2万台,从2019年4月到2020年3月,月均新增公共类充电桩约1.3万台。“充电桩是新能源汽车行业的一个蓝海。”吴中旺说道。
 
目前,很多消费者对电动汽车都存在着里程焦虑,如果有一个随处可见的充电桩,并且能实现“充电五分钟,长途行驶无忧”,那么很有可能会缓解里程焦虑,电动汽车销售的瓶颈或可被打破。“大家对于续航里程最大的焦虑在于长途开车,对大多数消费者来说,根本不需要盲目追求500公里、600公里甚至更高的续航里程,高速服务区的充电桩建设到位,辅之以快充技术就能够解决里程焦虑的问题。”他说道,“我相信,五年之后,电池续航里程不再会是电动汽车很大的一个卖点,企业的重心还是会回归到安全性。”
 
近年来,我国新能源汽车产量不断扩大,随着早期应用的新能源整车寿命周期的临近,这部分新能源汽车即将进入大量报废阶段,动力电池的回收也受到了非常大的关注。本意是保护环境而发展的电动汽车,若是因为回收问题反而导致环境污染,那就有违电动汽车发展的初衷了。除了环保的问题,成本也是发展动力电池回收的另一项重要因素。“电池回收并不是简单地把电池收回来以后拆开,分离出贵金属等原材料,回收的价值更多地在于电池包的梯次利用。”吴中旺表示,“新能源车动力电池回收是另一个蓝海。”
 
据中国汽车技术研究中心预测,2020年动力蓄电池累计退役量达20万吨(约25GWh);至2025年,累计退役量约为78万吨(约116GWh),估测其中55万吨可梯次利用,占总退役量70%,这是一个千亿级别的市场。
 
谈及梯次利用中的难点,吴中旺表示,电池包的性能亟待一种无需拆包就能快速有效地检测手段。在电池包的开发过程中,可以在电池内部安装BMS等检测电池寿命的传感器,在回收利用的时候可以通过传感器中的信息来判断电池回收利用的价值。“整个行业对相关技术都还在研发阶段。”他坦言道。
 
除了检测技术,标准化的电池开发是另一条思路。“我认为电池包的标准化是一种趋势。”他说道,“目前,每家新能源车企的电池包在电芯模组、排列顺序等各个方面都不一样,这给后期的电池回收及梯次利用带来了很多困难。”吴中旺还告诉我们,清华大学苏州汽车研究院也在电池包设计时考虑标准化的问题。
 
补贴退坡和疫情夹击下的新能源汽车行业
 
2019年下半年开始,随着补贴政策的退坡,一直被称为“拄着拐杖”前行的新能源汽车市场也似乎开始走进了“艰难”的境地。“其实2019年上半年就有很多新能源整车企业和电池包企业倒闭,只是大家的感觉还没有那么强烈。到下半年的时候,随着特斯拉上海工厂的建成,特斯拉国产化的道路上挤压了很多新能源车企的生存空间,行业竞争愈发激烈,大家的感受会更明显一些。”
 
谈及今年开年的疫情对新能源汽车行业的影响,他表示这对“整个社会工业的影响都非常大”。早期由于疫情的影响,国内的企业停工停产,很多企业面临破产的危机。后续国内疫情好转,企业开始恢复生产,但产能的爬坡需要时间,一些关键零部件企业配套跟不上就会导致供应链出现问题。而随着疫情在全球范围内愈演愈烈,供应链的问题更加突出,国内的汽车产业随时可能遭受二次打击。随后,他举了部分汽车公司的例子,“像国内第一梯度的部分企业也开始降薪或者变相降薪来维持运营,2020年汽车行业的形势或许也能窥见一斑。”
 
除了汽车行业,其他的行业都受到了影响,在整个经济环境受到重创的情况下,消费者对于购车的欲望是否会受到影响?在吴中旺看来,这个问题的答案是肯定的。“今年2月份的汽车销量是很多年来最低的,主要是大家出行不便,加上大部分人还没有开始工作,对未来的经济收入还有很多不确定性因素。疫情解除后会有一些反弹,大部分是原先计划在第一季度买车的,会集中到4、5月份,但是爆发式的增长应该比较困难,全年的汽车销量应该是偏低的。”他说道。
 
对于新能源补贴退坡和疫情的影响程度,吴中旺直言补贴退坡的影响会更大。“在疫情还没有出现的2019年,新能源相关的企业经过市场的‘洗礼’已经倒下了约1/3。新冠疫情的影响是一时的,企业盲目发展的问题才是导致其倒闭的源头。”
 
虽然新能源汽车行业的发展之路非常艰难,但是吴中旺对于行业的未来还是充满信心的。“汽车电动化是未来发展的趋势,我们从没有怀疑过。除了造车新势力,传统汽车的电气化转型也在不断推进:不仅仅在于电池包的设计,还有整车的开发体系。”采访的最后,吴中旺如是总结道。
 
 
清华大学苏州汽车研究院由清华大学和苏州政府于2011年共同成立,其属于清华大学车辆与运载学院下的二级单位,吸收清华大学汽车相关的一些学术理论并进行技术转化,在学校和企业之间形成技术桥梁,解决了国内大学和企业之间常见的技术鸿沟问题。
 
汽车轻量化技术中心是清华大学苏州汽车研究院直属的轻量化整车及关键总成的开发平台,聚焦于整车、零部件及材料的碰撞安全和疲劳耐久的试验和仿真分析,为企业提供全面的轻量化工程解决方案。
 

 

文 / 龚佳枫

 

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