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2024-11-25 | 星期一

汽車評論家:電池技術發展現狀與全球各大品牌EV戰略

發表: 2018年11月16日

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(大紀元訊)搶佔電池技術制高點是打開EV市場的關鍵。本文將以Niro EV上市為契機,探討電池技術的發展現狀與全球各大品牌的EV戰略。

據現代汽車網站報導,汽車評論家柳清熙撰文稱,起亞汽車於7月19日正式推出了繼Ray EV、Soul EV之後的第三款純電動汽車(BEV)——Niro EV。作為起亞汽車BEV技術與經驗的集大成之作,Niro EV的最大功率達204馬力(150kW),強勁的動力性能令人折服。同時,Niro EV搭載了容量(充電量)大幅提升至64kWh的鋰離子(lithium-ion,li-ion)電池,單次充電最大續航里程可達385km。即使是Slim版,內置39.2kWh電池的續航里程也可達247.7km。毋庸置疑,擁有較長續航里程的電池能夠有效減少EV用戶的里程焦慮(range anxiety)。不僅如此,由於行駛里程相同,所需的充電次數顯著減少,將令生活變得更加便捷。

電池的能量密度對EV效率至關重要

在延長Niro EV的續航里程方面,電池技術起到不可忽視的重要作用。說起延長續航里程,您可能會有「增加電池容量不就行了嗎?」的疑問。實際上,續航里程並不能一味的通過增加EV的電池容量來延長。這主要是因為電池的體積和重量不能過大。即使是Niro EV這種專為電動化設計的車輛,其存放電池的空間也十分有限。出於便捷性的考慮,在預留電池空間時,一方面要保障一定的載人載物空間,一方面要將對駕駛性能的負面影響降至最低。電池的重量也是一個需要精細調控的重要因素。加大電池容量往往會造成電池重量正比例增加,從而加重驅動車輪的電動發動機的負荷,降低能效。所以延長續航里程不能靠盲目增加電池容量來解決。

對於EV電池而言,能量密度是一個十分重要的指標。能量密度以重量(Gravimetric)或體積(Volumetric)為標準,具體是指單位重量或體積內能夠儲存的能量(充電量)。以重量為基準的能量密度單位為Wh/kg,以體積為基準的能量密度單位為Wh/L。不論何種能量密度,其數值越高越好。高能量密度的電池僅需較小的體積和重量即可儲存較大的能量。換言之,即使儲存相同的能量,也可以減輕電池的重量和體積。

鋰離子電池的陽極材料決定了其種類

EV電池另一個不可忽視的重要因素就是價格。即使能量密度再高,如果價格過於昂貴,其現實意義也不復存在。在EV中,電池是最為昂貴的配件之一。使用價格高昂的電池,勢必會造成車輛價格的上漲,從而對消費者造成負擔。韓國政府及地方自治團體為EV提供的購置補貼實際上也是為了抵扣一部分的電池費用,使消費者可以在與內燃機汽車相當的價位上做出考慮。

對於汽車製造商而言,如何降低電池成本且在政府補貼減少或取消後不對EV銷量造成影響,是一個急需解決的重要課題。為此,EV電池技術正向提升能量密度、降低成本的方向發展。

電池的能量密度與價格均受電池原材料的影響。即使同為鋰離子電池,使用的原材料不同,種類便大相逕庭。嚴格來說,電池的陽(+)極材料決定著電池的種類和成本。

核心原材料的配比決定電池的屬性與性能

鋰離子電池常見的陽極活性物質主要為金屬元素鎳(Ni)、錳(Mn)、鈷(Co)及鋁(Al)等。鎳與電池容量、錳和鈷與安全性、鋁與功率分別有著密切的關係。作為核心原材料之一的鈷價格十分昂貴。因此,人們不斷嘗試開發既能增加相對便宜的鎳等的物質含量又能提升電池性能的技術。

然而,這帶來了一系列的問題。隨著鎳含量的增加,電池的能量密度和容量雖然有所改觀,但製作難度卻大幅提高。此外,鎳含量的增加會降低鈷的比重,有損安全性。如何最大限度的彌補各元素的缺點,組合出性能最優的陽極材料是該領域的一項巨大挑戰。

目前,EV鋰離子電池主要採用鈷含量較低、功率較大的NCA(鎳鈷鋁)電池或NCM(鎳鈷錳)電池。相比於NCM電池,NCA電池容量更大,但壽命往往較短。NCM電池的壽命相對較長,也更易於生產。大部分生產銷售EV的企業主要使用NCM電池,只有特斯拉等少數企業採用NCA電池。

近期,韓國企業開發出了可大規模生產的高鎳電池——NCM811電池

NCM電池可根據陽極材料中的金屬元素比例進行分類。近期,主要應用在電動汽車上的電池有NCM523,NCM622,NCM811等。NCM分別為鎳、鈷、錳的英文首字母,其後的數字代表各元素所對應的比例。比如,NCM523是指陽極材料中鎳、鈷、錳的比例為5:2:3的電池。由此可見,NCM811中鈷的比重較NCM523和NCM622低,而鎳的比重較高。由於NCM811電池中鈷含量較低,可以有效降低成本,增加容量,有助於提升電動汽車的價格競爭力。然而,由於鎳的含量較高,高效率的NCM811電池難以實現大規模量產。

近期,韓國電池企業成功攻克了NCM811電池難以量產的技術難題,有望提升電動汽車的價格競爭力。近期上市的起亞汽車Niro EV是全球首個使用該款電池的電動車。由此可見,以往人們對Niro EV的認知並不準確。它並不是簡單的將NCM811與NCM111的陽極材料混合,實現相當於NCM622性能的產品。雖然,Niro EV的電池能量密度較Soul EV高37%,但價格卻十分經濟實惠,僅為4,000萬韓元(稅金減免後)。

如今,Niro已建成從純電動車(BEV)到混合動力車(HEV)及插電式混合動力車(PHEV)的電動化驅動系統的全陣容。放眼全球,具備如此完整的電動化驅動系統陣容的品牌並不多見。

作為特斯拉的大眾款車型,MODEL 3的價格依舊令人望而卻步

成立伊始就確立電動汽車品牌定位的特斯拉曾推出過大型車MODEL S與X,然而高昂的價格令人望而生畏。雖然,特斯拉於今年推出了大眾款MODEL 3,但較同級車型而言,價格仍然偏高。隨著近期MODEL 3需求量的增加,特斯拉剛剛開放降低電池容量和自動駕駛相關配置的普通款車型的訂購,並計畫於2020年前後推出以MODEL 3為基礎製作的跨界(Crossover)車型MODEL Y。然而,未來特斯拉下調價格的空間依舊十分有限。

歐洲高端整車企業在特斯拉的帶動下,紛紛加入了EV的開發行列。這些企業大多是剛剛推出首款車型或還未有相關車型上市。近期將首款SUV型EV e-Tron投入量產的奧迪表示,將在2025年前推出20餘款電動化車型,實現80萬輛的年銷量。旗下擁有奧迪及保時捷等眾多品牌的大眾汽車集團表示,計畫2030年前將集團旗下品牌總銷量中的電動車比例提升至25%。這裡的電動車不僅包含BEV,還包括HEV與PHEV等,預計其中BEV所佔比例並不高。

捷豹首款電動汽車I-PACE。捷豹計畫於2020年後實現新車型的全面電動化

梅賽德斯-奔馳與BMW分別推出了電動汽車品牌EQ和i。梅賽德斯-奔馳表示,將在2022年前推出10餘款BEV,在2025年前實現新車中BEV佔比15~25%。BMW計畫在2025年前推出包括12款BEV在內的25個電動化車型。近期推出首款BEV車型I-PACE的捷豹表示,2020年後將實現全部新車型的電動化。然而,短時間內這些品牌的研發重點仍將離不開HEV和PHEV,需要一段時間來慢慢過渡到BEV。

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