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2019
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聚焦丨動(dòng)力電池包的鋼鋁輕量化競(jìng)爭(zhēng)
提升電池能量密度有兩種路徑,一是增加單體電芯的比能量,二是電池包的結(jié)構(gòu)輕量化,包括新材料的應(yīng)用、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、新工藝集成等方面,提升電池能量密度其實(shí)是個(gè)系統(tǒng)工程,因此材料不是唯一的變量。
隨著補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電池能量密度的要求逐漸提升,電池包結(jié)構(gòu)輕量化成為業(yè)內(nèi)討論最廣泛的技術(shù)話題之一。2018年12月20日,在中國(guó)電動(dòng)汽車電池包輕量化創(chuàng)新技術(shù)及工藝發(fā)展論壇上,專家學(xué)者與業(yè)內(nèi)技術(shù)人員紛紛介紹了在電池包輕量化領(lǐng)域的最新研發(fā)與應(yīng)用成果。
基于2020年后新能源汽車補(bǔ)貼取消的預(yù)期,傳統(tǒng)電池箱體用材也迎來(lái)煥發(fā)新生的機(jī)會(huì)。據(jù)相關(guān)報(bào)道,寶山鋼鐵已經(jīng)與國(guó)內(nèi)幾家大型電池供應(yīng)商達(dá)成合作,共同推動(dòng)研發(fā)鋼制輕量化電池包,以在補(bǔ)貼取消的情況下,提供低成本的電池包輕量化方案。
輕量化機(jī)遇
業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為,碳纖維復(fù)合材料是電池包箱體的理想用材,該材料不但強(qiáng)度高、成型性強(qiáng),而且材質(zhì)極輕,有助于提高電池能量密度,并提高續(xù)航里程。據(jù)東華大學(xué)教授余木火介紹,與當(dāng)前新能源汽車車用電池包主流應(yīng)用的鋁合金電池托盤相比,碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的重量只有后者的四分之一。
事實(shí)上,傳統(tǒng)車用電池箱采用鋼板、鋁合金等材料鑄造,然后對(duì)表面進(jìn)行噴涂處理。隨著汽車節(jié)能環(huán)保和輕量化發(fā)展,電池殼體材料也出現(xiàn)了玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料、SMC片狀材料、碳纖維復(fù)合材料等多種輕量化的材料選擇,但受制于技術(shù)和成本等方面的因素,這些材料尚未得到大規(guī)模應(yīng)用。
相比較而言,目前行業(yè)應(yīng)用較多的是鋁合金材料。據(jù)一位從事電池包材料研究的人士介紹,擠壓鋁由于模具便宜,材料密度低,容易滿足電池系統(tǒng)能量密度的補(bǔ)貼要求,因此目前用量較大,成為主流。
2018年,中央政府對(duì)新能源汽車的財(cái)政補(bǔ)貼進(jìn)一步退坡,并提升補(bǔ)貼門檻,補(bǔ)貼朝著能量密度提升、續(xù)航里程提升、百公里耗電量下降的方向引導(dǎo)。
根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行的新能源汽車補(bǔ)貼政策,單車補(bǔ)貼金額采用分級(jí)補(bǔ)貼方式,分別衡量續(xù)航里程能耗系數(shù)以及電池系統(tǒng)的能量密度。從電池能量密度角度看,最低補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)為105瓦時(shí)/千克,補(bǔ)貼系數(shù)為0.6,若高于120瓦時(shí)/千克,系數(shù)為1.1,高于140瓦時(shí)/千克,系數(shù)為1.2。
這無(wú)疑在很大程度上促進(jìn)了整車企業(yè)及電池廠商在電池包輕量化上的研究。國(guó)家新能源汽車創(chuàng)新工程項(xiàng)目專家組組長(zhǎng)、中國(guó)新能源汽車知名專家王秉剛表示,補(bǔ)貼政策對(duì)技術(shù)提升有很大的促進(jìn)作用,這些年來(lái)我國(guó)動(dòng)力電池及電動(dòng)車行業(yè)飛速發(fā)展,與政策的引導(dǎo)是分不開的。
鋼板卷土重來(lái)?
目前,已有傳統(tǒng)原材料供應(yīng)商與電池供應(yīng)商達(dá)成合作,探索更具性價(jià)比及普及價(jià)值的電池包輕量化方案。
寶山鋼鐵股份有限公司中央研究院研究員楊智輝介紹說,寶鋼已經(jīng)與國(guó)內(nèi)幾家大型電池供應(yīng)商成立了科研項(xiàng)目,共同研發(fā)儲(chǔ)備鋼制輕量化電池包,而且時(shí)間節(jié)點(diǎn)就定在2020年,在那之前完成評(píng)估,包括設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、CAE、實(shí)物驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)等,并從輕量化、成本和安全等方面優(yōu)化鋼制電池包的解決方案。
目前,動(dòng)力電池包多采用鋁合金鑄造,傳統(tǒng)的鋼板由于沒有輕量化優(yōu)勢(shì),逐漸“失守”市場(chǎng)。但隨著補(bǔ)貼取消,鋁合金材料的成本將會(huì)轉(zhuǎn)移到電池供應(yīng)商及整車企業(yè)身上。楊智輝認(rèn)為,整車廠對(duì)成本的控制非常嚴(yán)格,所以未來(lái)電池包用材會(huì)采取更多選擇,那時(shí)鋼材的競(jìng)爭(zhēng)力將逐漸體現(xiàn)。
隨著新能源車銷量提升,更具規(guī)模效益的解決方案也將進(jìn)入市場(chǎng)。無(wú)論是鋼板、鋁合金還是碳纖維,都將被整車企業(yè)重新納入考察,而成本、安全和續(xù)航里程都是它們關(guān)心的核心問題。
相比較而言,鋼板的最大優(yōu)勢(shì)在于成本。“在沒有補(bǔ)貼的情況下,鋼和鋁的電池包相差非常大。從材料到最終產(chǎn)品,鋁制包大概要2000塊,成本至少是鋼的兩倍,而一個(gè)白車身的價(jià)格也才6000-8000左右。”楊智輝指出。
在電池能量密度和續(xù)航里程方面,楊智輝認(rèn)為,電池技術(shù)的提升是核心能力,而不應(yīng)過分追求電池包的輕量化,而且由于動(dòng)力電池已經(jīng)顯著增加了整車重量,電池包輕量化對(duì)于續(xù)航的影響并不大。
事實(shí)上,電池包的輕量化的確只是一個(gè)方面。清華大學(xué)蘇州汽車研究院輕量化技術(shù)中心技術(shù)經(jīng)理吳中旺也介紹到,提升電池能量密度有兩種路徑,一是增加單體電芯的比能量,二是電池包的結(jié)構(gòu)輕量化,包括新材料的應(yīng)用、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、新工藝集成等方面,提升電池能量密度其實(shí)是個(gè)系統(tǒng)工程,因此材料不是唯一的變量。
誰(shuí)是主流?
從政策制定上看,未來(lái)將放開對(duì)動(dòng)力電池能量密度的硬性要求。
盡管工信部此前發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》對(duì)今后動(dòng)力電池的能量密度提出了發(fā)展目標(biāo),但在近期出臺(tái)的《汽車產(chǎn)業(yè)投資管理規(guī)定》(下稱《規(guī)定》或“22號(hào)文”)中,對(duì)于新增動(dòng)力電池投資項(xiàng)目,之前意見稿中提到的能量密度要求被取消。
在最大程度上放開市場(chǎng)準(zhǔn)入規(guī)則的同時(shí),也弱化了近年來(lái)行業(yè)發(fā)展過程中一直追求的電池能量密度等技術(shù)指標(biāo)。“22號(hào)文取消技術(shù)條件是很明智的。”王秉剛表示,現(xiàn)階段將能量密度拔高有些“太著急”,這樣容易產(chǎn)生一些安全問題。
事實(shí)上,業(yè)內(nèi)對(duì)高能量密度的電池需求一直持懷疑態(tài)度。一方面,市場(chǎng)對(duì)新能源汽車的需求是否全部集中在高續(xù)航能力上并不確定;另一方面,過分追求高能量密度、高充電倍率也會(huì)增加成本壓力和安全隱患。
楊智輝表示,在補(bǔ)貼退出后,業(yè)內(nèi)投資將會(huì)更為理性,整車企業(yè)會(huì)綜合考慮各方因素,結(jié)合市場(chǎng)需求、產(chǎn)品定位,決定采用什么樣的電池包解決方案。他并不認(rèn)為2020年后鋼一定會(huì)成為電池包用材的主流,但相比現(xiàn)在,有望占據(jù)更高的市場(chǎng)份額。
“中端以下的新能源汽車,補(bǔ)貼取消后,鋼會(huì)成為很重要的材料。但在中端以上,比如像特斯拉Model 3這種級(jí)別的,他們一旦形成用材習(xí)慣便很難改變。對(duì)于中高端產(chǎn)品而言,這一塊(電池包用鋁)并非很大成本,整車說不定都用鋁,以形成差異化競(jìng)爭(zhēng)。”楊智輝認(rèn)為,技術(shù)指標(biāo)放開給市場(chǎng)后,中端A1級(jí)以下的車用電池包可能會(huì)用鋼,中端以上將有鋼也有鋁,甚至其他更輕、更具競(jìng)爭(zhēng)力的材料。
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