探秘国家动力电池创新中心
记者/宋潇旸
作为电动汽车唯一的动力来源,电池可以说是电动汽车的“心脏”,国家动力电池创新中心的成立,就是要治愈新能源汽车在电池方面的不足。
对于北京人来说,普通汽车摇号指标越来越难,很多人将目光集中到新能源汽车身上。北京市累计建成的5.07万根充电桩也让大家对新能源汽车的使用有了更多期待。2015年,我国新能源汽车的产量达到30万辆,位居世界首位。但是,动力电池的性能却成为新能源汽车,特别是电动汽车进一步发展的“瓶颈”,续航里程不足是主要问题。
国家动力电池创新中心在北京怀柔雁栖正式成立,它也是我国第一个国家级制造业创新中心。国家动力电池创新中心将如何解决电动汽车的“心病”?
▲“北京市电动汽车进社区”系列活动正式启动
高配置解决大难题
2016年有件大事——我国首个国家级制造业创新中心、国家动力电池创新中心在雁栖经济开发区北京有色金属研究总院怀柔园区成立。
国联研究院董事会办公室主任、规划发展部部门经理王耀博士介绍,国家动力电池创新中心以国联研究院为核心,由中国汽车工业协会倡导和组织、北京有色金属研究总院牵头发起,汇集天津力神、一汽、东风、长安、上汽、北汽、华晨、广汽等企业共同组建的产业技术协同创新平台。如此高大上的配置要解决的自然也是汽车产业的难题。
“2015年国内动力电池出货量约15.7G瓦时,在不考虑补贴的情况下,目前所有动力电池产品均不能支撑新能源汽车在使用便利性和成本方面与燃油车竞争,典型新能源汽车比同级别燃油车成本贵10万元左右。”谈到国内的新能源汽车市场,王耀博士说。
▲动力电池组样品
被称为新能源汽车的“心脏”的动力电池区别于用于汽车发动机起动的启动电池,是新能源车类(电动汽车、电动列车、电动自行车、高尔夫球车)的动力源泉,却也成为制约我国乃至世界新能源汽车产业发展的一大“瓶颈”——不仅相较相同使用感受的燃油车价格较高,而且还出现过个别电控系统失控、电路短路的问题。
作为《中国制造2025》五大工程之首,制造业创新中心建设将第一站选在了动力电池领域,正是因为动力电池在新能源汽车产业中的核心作用。
我国恰好处于动力电池发展的转折点。此前我国动力电池生产数量多,但质量并非上乘,今后我国新能源汽车产业将从重“量”转向重“质”,将格外注重动力电池的质量,特别是安全性能。这点从工信部开展对三元锂电池客车等车型在现行安全标准体系下的风险评估可以真切地体会到。
好在,落成不久的国家动力电池创新中心将重点解决新能源汽车核心组件——动力电池的现有问题,促进动力电池技术革新,并将建设新能源汽车行业交流平台,串联产、学、研链条,推动新能源汽车产业健康发展。
直击动力电池工程试验线
穿上防护服,戴上发套和口罩,经过四次风淋后,我们终于得以近距离观察动力电池创新中心动力电池工程试验线。在无尘、干燥的生产环境中,一组组机械默默工作着,猛然意识到,眼前呈现的是可能改变未来中国新能源汽车产业的画面。
根据动力电池创新中心锂电升级工程提出的目标,我国动力电池要在2020年比能量提高一倍至350Wh/kg,成本降低一半至0.6元/Wh。届时,新能源汽车有望出现革命性变化。
负责锂电升级工程350Wh/kg动力电池研发项目的国联研究院电芯开发部部门经理王建涛博士表示,目前我们在动力电池创新中心工程试验线看到的动力电池比能量为180Wh/kg-220Wh/kg,这是当前我国动力电池可量产的较高水平。
动力电池创新中心目前已经开展了锂电升级工程。按照技术攻关进度,已经处在工程化研发阶段的比能量为250Wh/kg的动力电池可在年底推出。到2020年我国动力电池行业的动力电池比能量有望达到350Wh/kg。
也就是说,到2020年,每千克电池系统可释放的电量可比现在多一倍。这意味着什么呢?可以预见,由于电池能量密度的提升,纯电动汽车的续航里程将普遍增加至400公里左右的水平,而成本也将大大下降,可以满足占据市场大半份额的中等消费人群的消费要求。
同时,动力电池创新中心还在探索除锂离子电池外的其他电池产品,如锂硫电池、锂空气电池等,试图从基础材料入手,探寻动力电池发展新前景。
保障安全还需严格质检
要想消除人们对新能源汽车的质疑,还需从技术上保障安全,在标准上从严要求,从根本上治愈新能源汽车的“心脏病”,严把安全关。为此,动力电池创新中心将牵头建立国家级动力电池测试评价中心,进行更全面的动力电池检测。
目前,国内动力电池检测主要依据现行国家标准,只有极少几家测试中心拥有检测资质,检测的主要目的是通过电池上车应用的测试。然而,仅仅满足产品能够上车使用的目的是比较低的门槛。真正安全的电池需要考虑的是全生命周期的可靠性以及在极端条件下的安全性、耐久性,这些现行国家检测标准尚未全面涵盖。
动力电池创新中心通过与国际一线车企交流沟通发现,他们已经基于大规模量产经验,得出了一些新的测试标准和方法,涵盖动力电池检测的方方面面,这对于动力电池创新中心的标准建设有很高的参考价值。当然,随着每一代动力电池的研发进程不断推进,测试标准也将不断完善。
随着该测试平台的不断完善,不仅可以服务雁栖经济开发区周边企业,还将在北京市区内陆续设置几个测试中心,为研发机构及企业进行检测服务。
据测算,到2020年,创新中心将投入30亿元用于下一代动力电池技术研发,资金主要来源国联研究院自筹(资本金、运营性收入、技术转让、股权融资收益)和政府投入。
节能环保更需市场驱动
众所周知,扩大新能源汽车市场可以提高清洁能源利用率,降低我国汽车产业对石油的依赖性,降低城市环境污染程度。这也正是政府对新能源汽车产业给予补贴的原因。但是,要想真正完成汽车产业的能源革命,还是需要依靠市场的力量,目前我国新能源汽车的质量水平尚不足以应对这种挑战。
王耀表示:“新能源汽车市场的发展不能单纯依赖补贴,政府补贴肯定会逐年下调,如果到2020年前后,还不能够研发出质量上乘(提高充电速度、保证续航能力等)、成本较低的动力电池,那么这些年耗费大量政府资源培养起来的良好市场氛围将不复存在。”可以说,动力电池创新中心背负了巨大的研发和创新压力。
动力电池的比能量越高,相同电量需要的材料就越少,成本也就越低,到2020年将现在比能量约180Wh/kg-200Wh/kg的动力电池升级到350Wh/kg,可以将现在每瓦时1.5-2元的成本降低到0.6元左右。让电池能够满足消费者追求的高性价比,才能真正完成市场拓展。
这种压力不仅仅体现在研发环节,作为首家制造业创新平台,动力电池创新中心是一种串联全行业各个环节以推动行业市场良性发展的驱动平台,这种全新的形式需要面对的是整个组织结构及运作模式的挑战。一旦成功,不仅值得未来即将诞生的其他制造业创新中心借鉴,也值得正在筹建科学城的怀柔区其他产业借鉴,或许,这也将改变未来整个中国的产业格局。■