《電動汽車動力電池系統設計與制造技術》連載（二）：我國電動汽車Pack技術發展趨勢

第一電動大牛作者捷能科技 2017-07-17 10:02

【編者按】《電動汽車動力電池系統設計與制造技術》將于8月份出版，該書是繼《電動汽車動力電池系統安全分析與設計》之后系列叢書的第二本專著，由王芳、夏軍等多位專家耗時一年聯袂打造，內容涵蓋動力電池系統的技術發展綜述、系統設計、結構設計、BMS設計、熱管理設計、結構仿真分析、測試驗證，以及生產制造技術，全方位多角度為讀者提供最佳的工程實踐參考。本文節選自《電動汽車動力電池系統設計與制造技術》第一章“電動汽車動力電池系統技術發展綜述”。

第二篇：我國電動汽車Pack技術發展趨勢

電動汽車產品要走入千家萬戶，在運營市場和個人市場占據非常重要的地位，必然要在續航里程、環境適應性、使用壽命、購置成本等方面能夠追趕甚至超越傳統的燃油車，這也給電池包的技術發展帶來了更高的挑戰。

1.我國新能源汽車的發展階段

我國新能源汽車的發展階段，從2009年開始算起，到2020年，可以大致劃分為4個階段：

第一個階段：2009年~2013年。這個階段，是技術、產品、用戶、市場的積累期，這個階段的特點是核心技術、產品形態、用戶使用習慣等基本上都是空白，到底該怎么搞，大家都不知道。但是有一點是毋庸置疑的，就是一定要發展節能與新能源汽車這個產業，這涉及我國能源安全，事關我國汽車產業能否做強，也是我國制造業轉型升級的必由之路。

第二個階段：2014年~2015年。經過第一個階段的探索，核心技術有了一定的突破，產品形態呈現多種多樣的局面，用戶也慢慢的接受了新能源汽車這個新鮮事物，最重要的是，由于中央財政補貼和地方財政補貼的雙重刺激，吸引了眾多的企業和資本進入了這個產業，從而造成了2014年和2015年的井噴式發展。

第三個階段：2016年~2017年（進行中）。我們把這個階段叫做窗口期，或者搖擺期，是因為這個階段是政策逐步讓位于市場的階段，但是由于政府對于監管的加強，以及消化前期政策所遺留的額問題需要一定的時間，客觀上加劇了產業發展的波動，使得行業的發展在一年當中會出現大起大落的情況。

第四個階段：2018年~2020年（預測）。我們把這個階段稱作突破期，政府建立新能源汽車產業發展的長效機制，補貼政策逐步退出，技術和產品取得重大突破，新能源汽車的市場化運作機制初步建立，從而一舉奠定我國新能源汽車產業在全球的領先地位。

2.2020年的關鍵技術目標

不同的國家，對于新能源汽車的發展有各自的考慮，選擇了適合自己的技術路線。我國新能源汽車產業的發展，在產業目標、市場目標、技術路線等方面都有非常明確的規劃，對整個產業的發展起到了非常好的促進作用。這其中有三份比較重要的文件，對動力電池及Pack的技術路線會有很大影響，值得我們關注。

2012年6月28日，國務院下達關于印發《節能與新能源汽車產業發展規劃（2012—2020年）》的通知。這是我國新能源汽車產業發展過程中最重要的一份綱領性文件，將節能與新能源汽車產業提高了國家戰略的高度，對市場、產品、技術都做出了明確的規劃。

2016年10月26日，受國家制造強國建設戰略咨詢委員會、工業和信息化部委托，中國汽車工程學會組織逾500位行業專家歷時一年研究編制的《節能與新能源汽車技術路線圖》正式發布，本項技術路線圖描繪了我國汽車產業技術未來15年發展藍圖，對新能源汽車產業的技術路線做出了更加詳細的規劃。

2017年3月1日，工業和信息化部、發展改革委、科技部以及財政部四部委公布了《促進汽車動力電池產業發展行動方案》，以加快提升我國汽車動力電池產業發展能力和水平，推動新能源汽車產業健康可持續發展。

這三份文件中，與動力電池及Pack相關的2020年技術指標，如上圖所示。要達到上述要求，未來幾年在工程技術方面需要有比較大的創新。

3.技術挑戰及發展趨勢

以純電動乘用車為例，2020年的典型技術參數如下：

450km的綜合工況續航里程，已經完全可以滿足運營市場的需求，達到每天只充一次電的目標，也可以滿足個人用戶長途駕駛的需要，接近傳統燃油車的滿油續航里程。車輛使用溫度范圍廣泛，可以適應我國90%以上的國土區域。在快充狀態下，可以做到15分鐘充滿80%的電量，大大縮短充電時間。整車的整備質量小于1.5噸，百公里能耗在15度電以下，進一步提升電動汽車的能量轉換效率。

為了達到上述技術指標，充分滿足市場對于插電式混動汽車和純電動汽車的需求，Pack技術必須在以下幾個方面取得明顯的進步。

(一) 系統集成效率的大幅度提升

按照電芯能量密度300Wh/kg和Pack能量密度260Wh/kg的目標來計算，Pack系統的集成效率要做到85%，而當前乘用車Pack的集成效率普遍在65%左右，這意味著集成效率需要大幅度提升，才能達成目標。

要提高Pack的集成效率，有兩個可行的途徑，一是優化Pack內部的結構設計，大幅度減少Pack內部的組件數量，將更多的組件和功能集成在模組和箱體上，從而減輕重量；另一個是采用輕量化的材料，如采用鋁型材或復合材料代替高強度鋼，采用塑膠件代替金屬件等，也可以減輕重量。

(二) 廣泛的溫度適應性

冬天可以在零下20℃，甚至零下30℃的低溫下工作，夏天可以經受50℃的地面高溫而不趴窩，同時還要承受3~4C的快充，這是電動汽車大范圍推廣的必要條件。要滿足這一要求，高換熱系數和快速熱交換的液冷/液熱系統將成為Pack的標配。

液冷/液熱系統的設計目標是在-30~50℃環境溫度和4C快充工況下，將電池單體的工作溫度控制在15~45℃、電池單體間的溫差控制在5℃以內。

綜合運用仿真分析和測試驗證等手段，達到液冷/液熱系統的最優化設計，才能做到-30~50℃的使用溫度范圍，以及大倍率和長壽命使用。

液冷/液熱系統的設計，必須與整車的冷卻循環系統相互匹配，必須與Pack的結構設計高度集成，必須達到極高的熱交換效率。

(三) 3~4C的快充將成為標配

想象一下，我們開著電動汽車出門，在充電站需要花費1個小時的時間進行充電，如果碰上充電排隊，可能需要花費2個小時，甚至更長的時間，沒有比這更糟糕的體驗了。家用慢充和充電站快充相結合，是電動汽車普及的關鍵因素之一，對于出租、公交、物流等領域的營運車輛來說，快充的重要性甚至要大于續航里程，因為充電的時間是無法載客或載貨的，充電時間越長，意味著運營效率越低，損失越大。