我们采用工信部的电动车车型数据画了一张图。横轴是电池系统的总能量，纵轴是续航里程。可以看出车载电池包的总能量和相应的续航里程在不断提升，正在向千公里续航里程迈进。刚开始时三元动力电池还没实现产业化，那时主要是磷酸铁锂电池，所以续航里程偏低。后来体积能量密度高的三元电池工业化解决了，车载电池能量大幅增加，电动轿车市场开始启动，续航里程增加了，但还不是特别高。近年来，三元电池比能量的提升，受到安全问题的限制没有大幅增长，所以行业转向电池系统结构创新。
大家看图中，红色箭头代表三元单体电池性能，近年来通过补锂、添硅，还有固液混合电解质等做了一些改进。目前三元方形电池能量密度可以达到300瓦时／公斤，采用固液混合电解质的软包电池可以达到360瓦时／公斤，相当于方形电池的320－330瓦时／公斤。现在磷酸铁锂电池补锂、添硅后，也突破200瓦时／公斤。对于乘用车而言，关键是提升电池系统比能量，让轿车的有限空间内可以装更多的电池。电池系统结构从原先标准的355模组和590模组，进一步到宁德时代的CTP（单体到电池包）无模组系统，尤其是比亚迪的刀片电池无模组系统，通过电池结构创新大幅提升成组效率，单体到系统比能量打折的比值，从原先的0．4提到了0．6，也就是说单体到系统的体积成组效率从40％增加到60％，提升了50％，这是一个巨大的变化，使原来装磷酸铁锂电池的轿车续航里程不够长的问题基本得到解决，续航里程可以做到600公里。近期国轩又推出J2M，就是电池卷芯直接到模块，这些都是中国企业做的，是我们中国电池行业引领国际电池技术发展的一个重要标志。
进一步向前发展，可能还有电池包直接作为底盘的结构件（如刀片电池包）、或者单体直接到车辆等。我认为这些都有待进一步研究，创新潜力还比较大。
虽然一千公里续航并不是我们追求的主要目标，但电动汽车的能量需求肯定还是要上升的。如近期出现的冬天低温续航里程缩水问题，实际上也是一个能量问题，如果你有一个长续航的车，打折也不怕。当然更重要的是提升整车集成的技术水平，也就是电动汽车的节能水平。为什么低温续航里程缩水会这么大？首先是电芯性能在低温下的下降，同时制热比制冷能耗更大；还有动力系统效率的降低，比如制动能量回馈功能基本丧失，滚动阻力也增大了；还有里程估计的精度下降，这也容易引起顾客的里程焦虑，体验不好。
总体看，中国电动车环境适应性技术需求迫切，我在这里简单提一下技术创新及其改进的方向：
1． 电池热管理系统效能优化，包括PTC加热器、热泵空调、电机激励加热等。目前PTC加热需要进一步改进，云端控制提前预热；热泵空调在低温下的效能需要进一步增强；电机激励加热是电机静止时通过电机线圈和电池组成回路对电池加热，这也是一个很好的方案，但噪声较大，加热速率每分钟3°C度不算高。现在有改进技术，可以提升加热速度到每分钟8°C度。
2． 面向冬季工况的动力系统能量综合利用，包括回收电机运行的废热，进行电池加热，另外无法回馈的电可以用于PTC加热。
3． 充电场景下电池的插枪保温和脉冲加热。目前大家回家充电才插枪，充完电就拔掉，但是后续为了有序充电，插枪并不一定充电，是到后半夜才充电。另外还有车与电网互动（V2G），往电网回馈电，就是反向充电，这些都要求充电桩一直跟车保持相连，这就为插枪保温带来方便，也就出车之前提前半小时用电网电对车加热。此外具备双向充电功能的快充桩，可以对电池进行脉冲加热。这方面技术创新是活跃，低温续航缩水问题会逐步得到缓解。
4．还有一个动力电池的热安全问题也还没有根本解决。电池热安全问题本质上是电池自生热连锁反应引起的电池热失控（温度失控），在这不做详细介绍。
总体看中国动力电池安全问题研究早，热失控科学和技术研究走在世界前列。重点看主要是本征安全、被动安全和主动安全三方面安全保障技术。所谓本征安全就从单体电池的热失控机理着手，从材料层次进行热设计，从设计和制造的角度保证安全。所谓被动安全就是在某一个单体电池热失控以后，通过系统热管理，即隔热和散热的方法，抑制它在电池包内蔓延的速度保持不燃烧状态，现在法规要求是5分钟，将来会提升到半小时。中国的领先企业已经发布不燃烧的电池包产品，是很重要的技术进展。主动安全就是电池智能管理与充电控制，例如利用云平台和电池大数据进行热失控提前预警，这是我们整车企业必须要掌握的核心技术。领先的厂家已经完全可以做到，现在正在推广普及之中。总体看，安全是所有汽车追求的永恒主题，不要指望换一种新电池后所有的安全就彻底解决，安全都是相对的，都是由安全技术保障的。
文章摘自 电车汇20210119 发自北京
