微宏动力马兹林:快充电池的应用与发展
发布时间:2018-11-09 09:29:00
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微宏动力马兹林:快充电池的应用与发展

图为微宏动力马兹林在CBIS2018“锂想”峰会上发表主题演讲

 

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2018年11月8日,以“新时代·破而立:前行中的产业转折之路”为主题的“锂想”2018第三届动力电池应用国际峰会(CBIS2018)在北京兴基伯尔曼饭店开幕。微宏动力系统(湖州)有限公司售前技术总监、博士马兹林在峰会上发表主题演讲,以下为主题演讲内容。


微宏动力马兹林


尊敬的吴锋院士,各位领导,各位专家,大家上午好!我是马兹林,来自微宏动力。非常荣幸在这里向大家汇报我们微宏动力这十几年来快充电池的应用和发展。快充电池是相对慢充电池而言,一般慢充电池充电时间可能长达数个小时,但是快充电池可以在10—20分钟之内把这个电池充满,大大缩短了充电的时间,提高了车辆的机动性。

    

微宏动力自2006年开始就一直致力于快充电池的研发和应用,在国内率先推出快充电池,在2011年我们是在重庆真正开始商业化的运营,经过7、8年的发展,快充电池也得到了国内外越来越多客户的认可,虽然国家目前对电池的研发导向是往高能量密度方向引导,但是从第二轮补贴政策开始,国家也对快充电池制定了专门的补贴政策,同时近两年来,国家在大功率充电技术上也投入了大量的精力,可见快充电池也得到了越来越多的发展。我们微宏动力作为快充电池的探路者和践行者,在近十年过程当中也积累了丰富的经验,同时我们不断改进逐渐对应市场对快充电池的需求。

    

今天我的汇报分为几个部分:第一,市场需求;第二,技术特点;第三,快充电池的应用情况;第四,简单介绍一下我们公司。

    

受限于能源和环境的压力,世界各国都陆续出台了一些政策,去独立电动汽车的发展。我们国家在“中国制造2025”中也提出,在2020年我们的新能源汽车销量达到200万辆,近几年来,我们很可能提前完成这个目标。2017年我们的新能源汽车相当于77.7万亮,今年1—9月份已经到了66.5万辆,同比增长超过了67.63%。这个是电池装机量的情况,1—9月份电池装机量是27.8GWh,同比增长了98%,可以看到我们新能源汽车在国内的应用增长非常迅速。

    

目前在运营的电动汽车当中,主要是以慢充电池为主,大概超过了90%以上的慢充电池,但是慢充电池应用的过程中可能因为一些特殊的场合有一些限制,充电时间长,可能长达数小时,特别是针对目前的大中城市,土地资源非常紧张,所以我们很难找到合适的地方在大中城市进行长达数个小时的充电。因为电池寿命。现在的电池我们陆陆续续大家也听过电池跑三四年就衰减到不能使用,随着技术进步这个寿命越来越高,当然最终我希望达到和整车等寿命的设计。电池重量,因为慢充电池相对来说需要装载的电量多一些,才能达到满足全天的运营。关于安全方面,第一是单车装载量大,第二个是可能公交车夜晚充电大部分能量储存在同一个地方,安全系数可能受到影响。车辆利用率,可能主要针对运营车辆来讲,像出租、公交等等,可能慢充的运营效率相对低一些。

    

我们快充电池在这些方面,根据我们自身的一些特点,第一个,我们的充电时间可以控制在10—20分钟,目前公交运营,因为充电时间相对来说比较快,车桩比我们可以控制在1:7或8,甚至1:10,极大的提高充电桩的运营效率,像白天可能白天一天都不用,晚上集中使用,快充可以集中使用效率。再一个,快充电池充电快、充电次数相对频繁,需求是必须寿命非常长,所以我们从第一代快充电池开始都是数千次以上,甚至像钛酸锂是2万次以上的寿命,来达到和整车等寿命的目的。第四个,我们的快充电池的配置,因为它可以快速充电,解决了充电时间带来的里程焦虑问题,电池电量低一些。微宏动力也研发了自己专业的不可燃烧电解液、耐高温隔膜技术、其他系统安全方面的基础。最后,主要针对运营车辆,因为快充调度相对更合理一些。

    

接下来介绍一下我们微宏动力电池的技术特点。从2008年开始,我们公司就制定了快充电、长寿命、高安全的研发目标,快充电主要是解决车辆的机动性,传统的燃油车加油基本上十分钟或者几分钟,快充电池基本上和燃油电池做到等同效率的比例,特别像我们在运营车辆当中,基本上我们现在快充电池配车都是按1:1配车,慢充电池一旦适当装少一点可能就要多配来解决调度问题。第二块是长寿命,一旦我们快充,刚才讲了可能需要做到车辆的等寿命,所以我们第一代电池可以做到2万周以上的寿命,第二代1万周,第三代4千周以上,来让二手车流转起来。最后一个高安全,其实是整车电动或者电池方面的基础,我们刚开始从材料到电芯、再到系统解决方案,特别注意安全方面的考虑。

    

最后,随着这几年的发展,成本的压力、市场的压力,所以我们也是基于快充电、长寿命、高安全的基础上,逐渐提高我们的能量密度,现在我们最高能量密度快充电池已经达到了220瓦时/公斤。

    

这个是我们前期研发的我们自己专利的技术,第一块是我们第一代的钛酸锂电池,大家都知道,它各方面性能都比较好,但是它有一个问题,就是它的胀气的问题,它的胀气主要来自于钛酸锂的材料和电解液充放电过程中的反应,所以也是基于我们微宏动力专利的技术,把钛酸锂材料和电解液进行隔绝,从根本上解决胀气的问题。第二,隔膜方面,大家知道快充锂离子要快速的通过这个隔膜,所以我们的隔膜也是有自己的专利技术,微宏动力独有的这种高孔隙的隔膜,让离子快速通过。第三块,碳负极,微宏动力是采用打孔技术,增大表面积,同时让离子快速的嵌入和脱出,达到快充情况下不影响结构稳定性的目的,来延长它的寿命和倍率。

    

这是我们微宏动力从2009年开始到现在发展的几代电池的基本情况。第一代电池,是我们的钛酸锂电池,它可以6C倍率持续充电,整个充电时间可以控制在10分钟左右,寿命长达2万次,我们实验室目前是做到25000次,大概剩余78%,第二代是多元复合锂,可以做到4C倍率的充电,寿命2万次以上,目前在重载矿车上用这两种电池特别合适。第三种,2017年推出的锰酸锂电池,3C倍率充电,寿命可以达到7千次,基本上充电时间可以控制在20分钟以内,这也是目前我们去年在客车市场推出的主要的一个电池产品。

    

接下来是我们2018年的这款电芯,我们在去年基础上再次提高能量密度,然后到了220瓦时/公斤,这个倍率是2C左右,实际应用时候充电时间大概在20—25分钟可以满足它的充电需求,能量密度更高,成本更低,寿命可以做到4千周以上。

    

PACK方面,早先PACK产品采用风冷的结构,因为本身内阻性能各方面比较优异,可以做到3.5C以上的充电倍率,2013年引用了第二代的PACK产品,水冷方案的PACK产品,采用的是高压压处理的方案,同时采用水循环的处理方案,增大适应时间,能量密度匹配130瓦时每公里,我们加热硅油技术和MSD的防护技术,防护等级可以做到IP68。

    

下面介绍一下市场应用的情况,2017年把快充电池推送市场以来,我们总共匹配了超过24000台套的电池,累计运行20亿公里,15个国家,160多个城市,0起安全事故。

    

这是我们在海外应用的情况,现在将近2千台,主要的应用地点是在欧洲,英国大概1千台左右,欧洲本土大概500台左右,包括纯电动和混合动力,在亚洲我们是在东南亚、韩国、日本、新加坡这些地方都有我们的客车、AGV等等应用,今年我们在俄罗斯有一个比较大的订单,这也是他们第一次大规模采用这种纯电动的客车,他们用的是我们的钛酸锂电池,俄罗斯这边低温冬天在零下30度左右。

   

这是我们国内主要客车厂的配套情况,目前我们国内客车厂基本上都有我们的配套,现在终端客户超过300多家,除了客车以外我在乘用车、叉车、AGV、矿车、隧道等等这些场合也有我们自己的一些应用案例,包括储能。

    

这个是我们在重庆的一个案例,因为这个案例比较典型,算是国内从2011年开始运营,一直到现在依然在持续运营的案例,运营时间应该算是最长的案例了,当时我们12米车匹配的电量大概80度电,每天充电5—6次,基本上一个循环回来我们充电一次,现在为止总的充电次数超过1万次,我们今年的检测结果显示相对出厂我们大概衰减了7%左右,相当于标准能量我们衰减低于2%,实际上我们现在还有大概9.8安时以上的容量,从这个来看,钛酸锂电池在快充领域应用还是非常合适,而且它的寿命会非常长,而且重庆的山地、高温等等都是非常恶劣的一些环境,而且早期的PACK系统做的不是特别完善,所以说可以看到这个电池还是非常耐用的,我刚才说它非常适合像客车,特别是一些重载的工况。

    

这个是我们2014年的多元复合锂第二代电池,在佛山开始投运的,2014年底目前为止应该快4年的时间,基本上我们对快充电池因为刚开始大家都对长寿命不太有信心,所以基本上每年我们都会做一个检测,今年的检测结果我也刚刚拿到,大概总的衰减量最多的是6.8%,整个单车运营里程应该4年将近30万公里,大家都知道在华南地区公交运营跑的是比较狠的,基本上每天都是200多公里、将近300公里的运营里程,这个来看,第二代的多元复合锂电池也是比较适合公交或者重载工况的使用。

    

这个是我们伦敦的项目应用情况,伦敦采用的钛酸锂电池,早先采用铁锂电池,跑了半天发现电池衰减到只有原来容量的70%,当时他全球找电池,找到我们之后后来给他们匹配了18度电的钛酸锂电池,他的峰值功率300千瓦,是一个增程式的双层大巴,这算伦敦的名片,2014年交付,现在跑了4年时间,今年他们给我们反馈,整个运营比较稳定,一切都还正常,因为我们也把电池拿回来检测,容量衰减、内阻增长都在合理的范围之内。

    

这个是我们今年投运的欧洲算是最大的纯电动的订单,是在荷兰阿姆斯特丹,这是100台18米的纯电动公交,匹配的也是多元复合锂电池,采用的是450千瓦以上,目前实际的充电功率算最大的了,目前为止已经稳定的运营了大概将近10个月的时间,今年2月份投运。

    

这是我们乘用车的案例,这也是我们和国内一些知名品牌合作的,在乘用车上的试点,因为我们的快充电池大家都知道,能量密度可能没有慢充电池那么高,我们针对乘用车主要可能瞄准的是运营类的车辆,这个相对来说对快充可能需求更迫切一些,因为普通的慢充电池刚刚讲了,可能每天它的运营里程300公里,但是像传统的出租车可能500—600,这个项目目前单次充电里程可以到300公里,可以在实际运营当中30分钟以内完成全充电,基本上能做到10分钟100公里,同时我们电池的寿命也长达4000次,可以给到5年50万公里的质保。另外一个是匹配了水冷系统,对极端天气也有很好的适应性,动力因为本身我们的功率特性比较好,所以说它的功率、峰值功率放电也比较大,百公里加速可以做到10.8秒。

    

另外一些领域,我们的叉车,我们现在也是和全球最大的叉车企业在合作,早先他们主要用的铅酸电池,相对来说运营效率比较低,因为铅酸电池充电时间比较长,我们快充电池以后,基本上现在模式是运营5—6小时充一次电,全天可以不间断地运营大概4个循环工况左右,现在为止我们已经有200多台在全国各地开始做运营,而且明年可能会在全球做推广。

    

这个是我们AGV的应用情况,目前我们在国内和国外都有AGV的运营,这个是新加坡的PSA的运营案例,匹配的是174度电的钛酸锂电池,目前运营工况也是,因为新加坡港的船密度比较大,它的工况负荷也比较严重,基本上全天候工作、全年工作,所以它现在目前应用大概也是5—6个小时去充一次电,一次充电时间控制在10—15分钟左右,基本上就全天候的运营。从去年8月份上线到现在也一年多的时间,电池续航里程、容量基本上没有衰减,因为新加坡他们也比较关注这方面的数据,所以接下来我们可能还在新加坡以及国内的港口,以及中亚、中东、欧洲我们也会逐渐推广这款电池。

    

最后简单介绍一下我们公司。微宏动力是成立于2006年,最开始就主导快充电、长寿命、高安全的电池,它是从电池材料到电芯、再到系统解决方案垂直整合的一个企业。目前我们在国内、美国、德国有我们的研发中心,国内是主要的研发,在美国主要也是和阿贡他们有一些合作,做先进材料的开发,在德国主要是欧洲本土化的工程开发,目前专职研发人员600多,其中30人具有博士学位,目前我们从材料到系统解决方案大概426项专利,目前还有一部分在申请。现在的产能,我们公司是坐落在浙江湖州,在太湖边上,目前产能大概4GWh,我们目前在建的三期,就是大家看到后边的空地这部分目前已经开建了,大概建完以后能达到15GWh的产能。

    

大概的介绍就是这些,最后非常感谢各位的聆听,微宏动力将一直在快充的路线上砥砺前行,再接再厉。谢谢大家!

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