钜大LARGE | 点击量：953次 | 2021年10月21日
锂离子电池支撑着我国的电动客车的发展
在2008年北京奥运会期间，50辆纯电动的大巴在奥运村投入运营，这是电动客车在我国最早的大规模应用，也是国际上第一次大规模应用锂离子电池电动大巴。时至今日，电动客车得到了更加丰富的发展，重要包括纯电动客车及插电/增程式混合动力客车两个方向。其中，纯电动客车的技术模式还包括电池快换模式、整车快充模式、整车慢充模式、双源制在线充电模式等。
我国科学院物理研究所实验室研究员黄学杰向我国客车网记者介绍说，虽然由于政策、技术及市场因素的影响，当前我国的电动客车以插电/增程式混合动力客车为主，但纯电动客车的技术模式也在不断的发展过程中。奥运会上的电动巴士采用的是电池快换技术，目前，在上海、重庆等一些地区应用的是整车快充模式，但整车慢充模式的应用范围相对更广一些。除了这些，双源制在线充电模式的技术也正处于快速的发展过程中。
“无论采用哪种模式的电动客车技术路线，电池的用途都是不容忽视的。”黄学杰表示，不同的技术模式，对电池的要求也是有差异的。比如双源制在线充电模式，这种技术路线就对电池的寿命提出了更高的要求。那么，现在我国电动客车的电池发展情况如何？在“十三五”期间，电池的发展方向是什么？
我国科学院物理研究所实验室研究员黄学杰
锂离子电池支撑着我国的电动客车的发展
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
目前，在我国无论是插电式客车、纯电动客车还是双源制电动客车，锂离子电池毫无疑问都是“主角”，我国的电动汽车电池还局囿于锂离子电池的发展阶段。
锂离子电池的工作原理是依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作，即在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌。一般采用含有锂元素的材料作为电极，因为很多材料都可以被用来做锂离子电池，所以锂离子电池的种类和用途有很多。要想满足动力锂离子电池的材料，要满足以下两个条件：首先就是电池安全系数要高，其次由于车用电池用量较大，因此材料的成本要低。在考虑这两个条件之后，能够做汽车电池的材料只有锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料、高压锂镍锰尖晶石等。
黄学杰说：“在所有适用材料中，磷酸铁锂的锂离子电池支撑了目前我国新能源汽车的示范运营。虽然磷酸铁锂在一些方面存在不足，但它具有安全性高、寿命长、成本相对较低等特点，另外，由于国际上在磷酸铁锂的专利保护方面对我国‘网开一面’，因此给了我国的磷酸铁锂锂离子电池的产业发展供应了机遇。在我国的电池产业和制造水平较低的阶段，酸铁锂锂离子电池维持了我国包括电动客车在内的大规模电动汽车的运营。”
当前，在我国的纯电动客车品牌中，中通纯电动LCK6660EVG采用的就是磷酸铁锂离子电池。经过市场的反馈，该电池类型具有充、放电效率高，安全性高、耐高温性好等优点。另外，宇通纯电动客车E系列包括E7、E8、E10、E12等从7米到13米的全系列纯电动公交，其采用的是国内著名的电池生产商ATL的电池，也是磷酸铁锂离子电池技术路线。
除了中通和宇通，海格KLQ6129GEV纯电动城市客车采用的也是锂离子电池组，具有较好的动力性，充电4～5小时即可行驶180公里以上，采用集中快速更换电池的方法，完全可以满足城市公交客车的要。
根据不同电动客车技术模式，选择不同材料构成电池
锂离子电池作为目前电动汽车电池的主力军，其适用并不是一概而论的。例如，用到混合动力客车上，则需对其正负极材料进行调整。目前，锂离子电池的正极材料多采用锂铁磷酸盐，负极材料多采用石墨，这种构成会影响电池的快充性能。因此，对快充客车或者双源制客车，其锂离子电池的负极就应该加上一半以上的硬碳材料，则充电性能则会得到大规模的提升。
市场上，大金龙纯电动公交XMQ6661AGBEV1就是快充锂离子电池，采用快速充电方式，单次充电里程100km，15min充满，实际使用单趟或者来回一趟充电一次，充电5-7min。锂离子电池寿命长达6-8年，因此在整车生命周期中无需更换。
“面对不同车辆的应用需求，我们应该调节电池的正极与负极的材料，以满足其实际的充电需求。”黄学杰表示，“目前国际上也有成功的案例，通过正负极材料的调整，让电池的充放电满足了混合动力客车的需求。”
除了对电池材料的合理调配，目前，由金旅首创的以超级电容储能的混合动力系统和以超级电容与锂离子电池复合储能的混合储能方式也已得到行业的认可，并在市场上得到广泛推广，其纯电动考斯特车型XML6700JEV更是得到了市场的良好反应。
电池应用环境“热管理”可影响电池寿命
黄学杰介绍，电池的性能会受到电池应用环境的影响。法国一家著名的电池公司曾对电池应用环境进行测试，在常温下进行6000次的循环，电池的容量仍可达到80%，但假如温度提升到45度，进行1000次左右的循环，容量就会掉到80%，循环到2000次左右，就会降到70%。
2008年左右，我国就在磷酸铁锂离子电池在取得了技术上的突破，产品也逐渐走向成熟并走向国际市场。但经过多年的发展，一些电动客车对电池的应用仍没有达到最佳的水平，其中一个最重要的原因没有进行恰当的热管理控制。
目前国内有很多电动客车，尤其是纯电动大巴，运营的环境温度较高，但没有进行合理的热管理。三年使用时间过后，磷酸铁锂离子电池的容量基本上就剩下60%左右，有的甚至更低。这也影响了纯电动大巴在用户心中的形象，造成推广上的困难。“磷酸铁锂离子电池只有在通过严格的管理控制好最高工作温度的情况下，才能给真正满足纯电动大巴的需求。”黄学杰表示。
“十三五”期间，多项举措促进电动汽车电池的发展
合肥国轩高科动力能源股份有限公司总经理方建华认为，目前以国轩为代表的量产型动力锂离子电池公司，技术水平稳定，已经基本做到了满足当前客车与公交运营的需求。方建华介绍，国轩以“量产应用”促“技术发展”，同时量产应用也对电池的可靠性、一致性、稳定性、安全性形成了最好的检验。
当然，动力锂离子电池作为新兴高科技产业，技术发展面对着更多提升空间或发展挑战。“现在整车公司、运营客户不断对电池提出更高的要求，这是电池技术进步的动力。我们相关公司要在此基础上，将成本控制与实用价格进行有效协调，促进新能源客车产业化的进程。”方建华表示。
“十三五”规划期间，国家对电动客车电池的发展目标是减少电池砖，提升电池利用率，发展高功率长寿命的电池。黄学杰介绍，目前我国的高功率长寿命的电池的比能量可达到50Wh/kg，部分技术已可达到100Wh/kg。预计到2020年，乘用车的电池比能量可达到300Wh/kg，而客车动力锂离子电池将达到150Wh/kg。高功率、长寿命电池的发展，将对新能源客车的发展出现积极的影响。
黄学杰还透露，在财政部专项资金的支持下，“十三五”期间，我国科学院物理研究所将建立国家电池综合分析测试平台。这一平台将对全球开放，面向各种研究机构、公司等的电池产品。这样，将会更好的把脉各国的电动汽车的电池发展水平，尤其是对我国的电动汽车电池的发展将起到积极的促进用途。
动力锂离子电池制造工程化能力，包括制造装备与工艺能力是决定一个国家电池发展水平的基础。“动力锂离子电池产业化的工艺和装备一直是我国产业发展的短板，过去为了生产好电池，就必须从国外进口相关生产设备，不仅提高了电池成本，还为规模化生产带来困难。”黄学杰表示，“十三五期间，除了测试平台的建立，相关部门还将加大动力锂离子电池工艺和装备的研究水平。目前在工信部和财政部的支持下，我国科学院工业技术研究院已建立了电池工艺和装备研究平台，更好的服务我国的动力锂离子电池产业。”
除了国家的努力，公司也在做着不懈的改进。方建华介绍，随着市场竞争的加剧，动力锂离子电池供应将呈现集约化趋势，规模化经营、量产以及成本控制能力的竞争会越来越强。目前国轩已经建立了系统的技术研发体系，完善了工艺设备定制，达到生产一代、储备一代、研发一代的目标，保证电池研发技术持续可靠进步，制造工程能力的持续提升。
在既有的电池发展水平的基础上，“十三五”规划对电动汽车尤其是电动客车电池的重视，以及像国轩这样公司的自身的努力，将为我国动力锂离子电池的发展迎来新的“春天”。我们相信，“十三五”期间，客车电池将迎来发展的成熟期，同时我国的纯电动客车也将迎来新一轮的发展热潮。
