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车企们的电池难题
顺风顺水的特斯拉(TSLA.US)，最近爆出来好几个大新闻。继上次推出一款超级“太空感”的皮卡惊艳了众人之后，不过两个月，12月27日又有国媒体体报道，特斯拉通过旗下的加拿大分公司申请了一项新的电池技术专利，不仅可以提升电池的使用寿命和性能，还扩展了电池应用场景。该专利内容介绍了一种通过使用电解液添加剂改善锂离子电池性能的方法，通过调整电解液添加剂的组成和配比，锂离子电池的使用寿命和性能得以提升，采用这一方法的新型电池系统除了适用于汽车，还可用于电网储能等不同场景。作为电动汽车的“三大件之一”，电池向来是特斯拉格外关注的一部分。2016年7月29日，特斯拉与日本松下合作建设Gigafactory超级工厂，该工厂占地面积3000英亩，投资额接近50亿美元，规划产能35GWh，年产50万辆电动车。特斯拉想要借助这一超级电池工厂来实现锂电池的规模化生产，进一步削减动力电池的生产成本。在Gigafactory中，松下公司负责制作电池的电芯，特斯拉负责进一步组装电池模块和电池包，最后再由轨道电车将电池成品运送出去，由此形成闭合一体化的供应链。如今不过短短三年多，落户上海的Gigafactory 3号超级工厂，已经支撑了第一批国产Model3的交付。除了合作建厂，特斯拉还将拥有成熟干电极制造的电池公司Maxwell以及拥有完整电池制造设备的Hibar收入麾下。之后在2019年早些时候，特斯拉的电池研究伙伴Jeff Dahn和它的团队公布了在电动汽车上进行的令人印象深刻的测试结果，新电池在电动汽车中的工作寿命可以超过100万英里。他们测试的新电池是新一代“单晶”NMC阴极的锂离子电池和一种新的先进电解质。从那时起，特斯拉就一直在申请这种新型电池化学物质的美国和国际专利。近期，他们终于通过加拿大分公司获得了这项专利。1整车厂考虑自己研发和生产电池，这不仅是特斯拉一家的动向。车企自产电池已经形成一股风潮，比如，全球最大汽车制造商之一的大众集团最近几年关于电池的消息就不断传出。2016年，大众汽车称将投资100亿欧元用于新建大型电池工厂，意欲转型为一家领先的电力汽车制造商。作为大众因排放丑闻受损以来重振计划的一部分，公司宣布将于2025年前实现每年出售100万台电动及油电混合机动车的目标，并增加对电池产业的投资。2018年6月13日，大众汽车集团宣布计划2019年与Northvolt公司以50:50的股比成立合资企业，并建设一座初期产能为16GWh的电池工厂。该工厂最早将于2020年开始建设，并于2023年底或2024年初开始生产电池。2019年5月14日，大众汽车集团决定与合作伙伴在位于欧洲的老家德国共同建立电池生产工厂，集团监事会在当日会议上批准了10亿欧元的投资。值得注意的是，在此之前，欧洲汽车制造商生产电动汽车所用的电池都由亚洲进口，目前全球汽车动力电池制造商前5名都是亚洲公司。在最初阶段，作为其电动化攻势的一部分，大众与实力较强的电池供应商发展战略合作伙伴关系，以满足电动汽车基础电池需求。SKI、LG化学和宁德时代是车企第一阶段的主要合作供应商。这也是当时其它跨国汽车巨头普遍采取的方式。但是面对电池在电动汽车价值中占据的重要比例，大众集团更希望与合作伙伴合资建立超大型工厂，分摊电池生产的大量资金投入。最终，大众汽车集团打算在欧洲建立锂电池和固态电池生产工厂。其中，作为其集团电池战略的一部分，大众汽车集团将与美国公司Quantum Scape合作，尤其是固态电池生产方面。目前大众汽车集团位于萨尔茨吉特的卓越中心聚集了负责电池开发、采购和质量控制的专业人员，并已开始电池试生产。按照大众汽车集团多阶段强化电池专业实力的计划，目前其已进入建立强大技术团队，深入研究锂电池开发与生产的第二阶段。如果一切顺利，大众将紧随目前电动车行业领先者特斯拉的步伐。这几年横切进入电池业的传统大汽车公司还不止大众这一家。2017年5月，在特斯拉投资建立超级电池工厂之后，戴姆勒也宣布将在德国本土投资5亿欧元，兴建全新的超级电池工厂，产能是当时戴姆勒电池产能的4倍。该工厂完工后将被用于生产梅赛德斯-奔驰和smart品牌旗下混动、插电混动以及全电动车型所搭载的电池组。2017年7月5日，在中德双方领导人见证下，戴姆勒和北汽签署协议，将共同投资6.55亿欧元（约合50亿元人民币）在北京奔驰建立纯电动车生产基地及动力电池Pack工厂，生产梅赛德斯-奔驰品牌的纯电动车产品，这是戴姆勒在海外建立的首个动力电池工厂。宝马紧随其后，2017年10月24日，占地6480平方米、总投资约3.24亿元、可年产3.3万套高压电池组的华晨宝马动力电池中心揭幕仪式在沈阳举行。这个宝马在华首家高压电池工厂项目位于华晨宝马沈阳发动机工厂内，电芯由宁德时代提供，投产后将为全新宝马5系插电式混合动力车型提供动力电池系统。到了2019年底，就连一直在重组裁员的通用汽车也坐不住了。12月5日，通用汽车和LG化学各自宣布，双方计划以各占一半投资和股份的方式共同出资23亿美元建造电池单体制造工厂，预计将于2020年年中破土动工，为通用汽车未来的多款电动车型供应电池。未来双方还会基于各自在电池科学领域的深厚积淀，共同推动先进电池技术的发展和应用，进一步降低电池成本。国外汽车制造商折腾电池的这些年，国内汽车制造商们也没闲着。2016年8月25日，上汽通用宣布投资17.2亿元人民币在上海金桥建设一座锂电池组装厂，以实现旗下新能源车电池系统的国产化，同时该厂建成后还将为通用汽车在全球生产的新能源车配套锂电池组，预计2017年底投产。另外，上汽还与宁德时代联手建立了一个总用地面积约2007亩的电池及电池系统生产基地，项目一期规划总投资100亿元，将形成18GWh的动力电池生产能力，2018年底投产，预测到2020年将实现36GWh的生产能力，比肩特斯拉超级电池工厂的35GWh年产能。实际上，国外不仅是大众汽车和通用汽车，还有丰田汽车，国内不仅有上汽，还有北汽、吉利汽车、比亚迪、长城汽车、广汽传祺等企业，都将电池视为未来的核心竞争力，并有意覆盖从电池研发、生产到处理以及循环利用的整个工艺链。当前汽车制造商的电池工厂大多已初具雏形，或正处于加速扩建中。2电池技术的改善对电动汽车的成功至关重要，电池寿命被认为是未来几年内影响电动车销售的重要因素。2019年4月，奥迪宣布推迟其首款旗舰电动车E-tron交付，原因就是无法从供应商LG化学获得足够的动力电池，这导致其今年只能生产4.5万辆电动车，比预期少1万辆。巧妇难为无米炊，奥迪最终只能让用户等待时间从2个月延伸到6到7个月，第二款E-tron车型的发布推迟到了明年。奔驰也遭遇了同样的困境，旗下首款纯电动SUV车型，因动力电池供应不足，只能推迟交付计划。那么，动力电池供应不足到什么程度呢？数据显示，仅韩国三大电池供应商LG化学、三星SDI、SKI仅在2018年一年新接的订单就有6452亿元，截至2018年底，它们未交付的电池订单超过了1万亿元。目前2019年虽然尚无详细数据，但是根据动力电池行业这一年来的状况，这几家企业未完成的订单数量只会有增无减。动力电池产能不足的一个重要原因是动力电池原材料受限。在上游原材料层面，钴是当前全球范围内采用最广泛的锂电池核心原材料之一，它能够显著提升电池的能量密度，如今全球钴的产量有50%以上都是用于制造锂钴电池。2016年到2018年间，由于电动汽车的逐步迈向市场，钴也随之疯涨。相关数据显示，金属钴的价格在2016年还是12万元左右每吨，到了2018年钴的价格一度飙升至60万元每吨。在达到最高点后，伴随着国内钴量产的提升，市场的供不应求转向供大于求，动力电池原材料受限的问题方才解决。产能不足的另一个原因是电动汽车对动力电池性能的高要求。今年以来，纵观整个电动汽车行业，都在朝着600公里的续航里程发展，而频发的电动汽车自燃事件也警醒着各大电动汽车企业，提升电池安全性刻不容缓，安全性也是电动汽车迈向主流市场的根基。政策方面，中国对动力电池企业的产能、电池系统售价也提出了更高要求。2016年11月，工信部发布行业规范文件，将动力电池企业单体电芯的产能要求直接提升到了8GWh，这个要求成为电动汽车进入新能源汽车补贴名录的条件。在另一份促进汽车动力电池产业发展的文件中，国家提出到2020年动力电池系统售价达到1元/Wh，也就是每度电（KWh）1000元的要求，这意味着未来搭载50KWh电池、续航必然超过300公里的电动汽车电池成本将要下降到5万元。以国内动力电池巨头宁德时代为例，其2018年动力电池系统的售价是1.4元/Wh。而从2019年动力电池行业发展状况可以看出，动力电池市场集中度在进一步加强，几家头部企业占据了80%以上的市场份额。基于以上种种，目前市场上能够提供高端动力电池的供应商其实只有LG化学、松下、三星SDI以及国内的宁德时代和比亚迪。在高端动力电池供不应求之下，各大车企的争夺更为惨烈。兵书有言，“兵马未动，粮草先行”，电池就是电动汽车企业在市场竞争中的“粮草”，谁拥有了电池这一“基本物资”，谁就掌握了市场竞争的主动权。于是以特斯拉为代表的主机厂纷纷迈出了自己生产动力电池的步伐，想把“命脉”握在自己手里。对于成立合资公司自建电池工厂，马斯克在收购电池公司后直言：“这是具有战略意义的收购，将对电池的生产成本和规模产生重大影响，同时可降低扩大电池生产所需的成本和资本。”3然而自建电池工厂并非一件简单的事。电动汽车企业在资金投入之外，需要解决电池技术如何获取的问题。目前来看，主要有两种方式，一种是通过收购拥有电池技术的企业或者购买技术专利，另一种则是与松下、LG化学或宁德时代等已经能够生产高性能动力电池的企业合作，成立合资公司生产电池。特斯拉选择了两者兼顾，既与松下联手提升其位于内华达州的1号超级工厂的产能，又收购了麦克斯韦自研电池，更多的车企则选择了后者。如上汽、东风、广汽、吉利旗下两家公司都与宁德时代成立了合资公司；丰田与松下成立了合资子公司；大众和欧洲动力电池初创公司Northvolt合作自建动力电池工厂等。与此同时，LG化学、松下、三星SDI、宁德时代等也都在大力新建动力电池工厂和提升原有动力电池工厂的产能。如LG化学在南京江宁滨江开发区投资20亿美元建设动力电池工厂，为现代、沃尔沃、通用等车企供应电池；三星SDI则在美国密歇根州投资6270万美元建设一座电池制造厂。随着来自动力电池企业和电动汽车整车厂的动力电池工厂的建成，锂电池的供应或将迎来供大于求的局面，因此长远来看，并非每家电动汽车企业都需要建设电池工厂，但在当前这个造车企业都进入量产、抢占市场的节点，眼下动力电池供应短缺的局面如何应对，成为造车企业的一道难关。那么，对于个体车企来说，是否自己造电池，这个问题该如何考虑呢？大众汽车就曾因为在这个问题上摇摆不定而给自己带来了诸多麻烦。2016年，大众汽车确立了到2025年年产300万辆电动汽车的目标。要实现这个大目标，大众汽车最初的计划是自产电池。但直到2018年5月，大众汽车宣布签订了价值480亿美元的电池订单，外界才获知大众汽车可能改变了自产电池的计划。虽然大众汽车没有透露具体供应商，但外界猜测，松下、三星SDI、LG化学和宁德时代都有可能是这笔大订单的获得者。在签署480亿美元订单3个月后，大众汽车对外明确表示不愿在电池上受制于人，“长期来看，我们一定不能让自己依赖于少数几家亚洲的动力电池供应商”。半年之后的2019年2月，德国媒体报道大众汽车正在和SKI谈判，有意与其在欧洲共建电池厂。但同时大众汽车已经和LG成立了一个特别工作组，以确保电池稳定供应。LG被大众汽车“不忠”的行为激怒了，不但“威胁”大众汽车将在“某种情况下”停止对其供应动力电池，还将大众汽车和SKI告上了法庭。三星也给大众汽车带来过麻烦。2019年5月，媒体报道，三星原本同意向大众汽车供应20GWh的电池，但在后期谈判中因双方出现分歧，三星将供货量砍到不足5GWh。如此，显然自产成为大众汽车迫在眉睫的任务。4对于汽车厂商来说，自己生产电池的好处很多，再也不用担心供应问题，而且可以根据需要任意更改电池的形态，另外不用跟电池供应商扯皮，电车能在第一时间快速推向市场，更重要的是，自己生产电池还可以把利润完全把握在自己手里，今后也能给消费者提供更好的电池维修和更换服务。不过自己生产电池要承担巨额的研发成本，尤其是如果不能规模量产，那么单价会很高反而不划算。另外汽车生产商在电池研发领域还是比较外行，要承担更大的风险，不像松下、三星、LG等成熟电池厂商不仅给汽车供应电池，产品还用在其它家用设备上，因此抗风险能力强。目前市面上绝大多数电动汽车的电池还都是来自宁德时代、松下、LG和三星等供应商，这些公司研发电池多年，拥有一定的技术经验，比汽车厂商从0开发要好很多。而且通过大规模量产，这些公司的电池也已经降低了生产成本，对于汽车企业来说也是一件好事儿。但是汽车厂商出设计，电池供应商负责生产会留下安全隐患，2019年发生的好几起自燃事件就与此有关。而且电池供应商自己研发的电池往往是固定形态的模块化的，需要汽车厂商改变设计去适应电池，这也是厂商不愿意看到的。技术问题还是其次，关键是成本控制。其实目前三元锂电池的技术已经非常成熟，各大汽车厂商都在用，像大众、丰田这样的汽车厂商开发电池的话，依托雄厚的资本实力，聘用专业的技术人才，用不了两三年就可以实现商业化，真正难的是控制成本。小的汽车公司汽车产量不高的话，自己开发电池是非常不划算的，因而与动力电池供应商巨头合作就更划算。如何在采购和自建电池厂上取舍，仍以大众集团为例，其计划在未来十年生产近70款新电动车型，总销量将达到2200万辆，巨大的装载量让其不得不主动研发生产电池。自产电池大众汽车决定从扶植电池企业入手。2019年11月，大众汽车表示已经在德国萨尔茨吉特的卓越中心开设了一条动力电池试验生产线，大约有300名专家参与了开发，这被看作是其进军电动车市场的又一里程碑。未来大众将在这里与瑞典初创公司NorthVolt建立一个完整的电池制造工厂。大众汽车此次对Northvolt的投资额达到9亿欧元，部分资金用于设立合资企业，剩余部分用以收购Northvolt约20％的股份。大众选择Northvolt是看中其深厚的政府背景，其是欧洲少见的动力电池企业“国家队”；此外Northvolt和大众汽车都极为看重高能量密度电池的研发，而且Northvolt以方形电池为主的封装方式与大众汽车的技术路线很契合。此外，高能量密度可能是大众汽车和Northvolt合作的重要原因。大众汽车预测，到2020年锂电池单体比能量将达到300Wh/kg，到2025年这一数值将达到350Wh/kg，远高于其2019年在中国上市的三款纯电动车水平。这三款车，朗逸纯电版、高尔夫纯电版和宝来纯电版的电池包能量密度是121Wh/kg。Northvolt对能量密度的追求比大众的要求还激进，虽然其起步阶段和竞争对手产品的能量密度相当或略高一点，但到2030年其电池能量密度要比目前的水平翻一番，高于大众汽车预测的350Wh/kg。而且，这个数字是大众汽车对固态电池能量密度的预期。那么，这是不是就意味着大众在电池问题上可以高枕无忧了呢？非也。大众汽车和Northvolt组合或许能避开采购电池的坑，却可能难以绕开自产电池存在的问题。Northvolt技术团队中有不少来自松下、LG化学等传统电池厂的日、韩籍员工，许多生产设备也购自亚洲供应商，这种情况下Northvolt的技术真能胜出他们的亚洲对手吗？这不只是大众汽车面临的问题。国内外多家主流电动汽车制造商都曾宣称或正在进入电池行业，但在推进过程中都或多或少遇到了困难，甚至不得不重返采购的老路。在中国市场，目前唯一能够自己生产纯电动汽车电池的只有比亚迪，因为自产电池比亚迪可以将纯电动车的成本控制得比较低，所以其它厂商车型的价格往往没有比亚迪有竞争力。而且，《新建纯电动乘用车企业管理规定》要求车企掌握动力蓄电池系统集成技术，这也是各大车企密集进军电池产业的原因。5车企是否应该进军电池业是一个只在当前环境下有效的问题。目前，市场上符合国家政策和企业需求的动力电池供给有限，而随着造车新势力和传统车企不断进军电动车领域，在当下竞争窗口急于规模化、抢占市场，为了确保自己抢占先机，很多有实力的企业就选择合作建厂或者自建工厂。然而，自建工厂并没有那么容易，要斟酌考虑技术、成本和效率问题，一旦考虑不周，可能就要退回采购电池的老路。从长远发展看，随着动力电池技术的不断成熟，以及汽车厂商建立的电池工厂投入生产和原有动力电池企业的产能不断扩建，市场上的电池供给会逐渐平衡乃至供大于求，这时候就没有必要所有的汽车厂商都要去兴建自己的电池厂了。但是对于一些汽车制造商来说，首先它们需要能够等到这一天的到来。
来源：砺石商业评论
比亚迪“刀片”电池受争议 CTP产业链已悄然腾飞
比亚迪近日宣布将在今年3月推出新一代“刀片”电池，体积能量密度比传统铁锂电池提升50%，将应用在重庆工厂下线的全新轿车比亚迪“汉”EV车型上，续航将超过600公里，这一消息极大提振了其股价。比亚迪股价本周连日上涨，周五收盘再度大涨超过7%，五个交易日累计涨幅达23%。但很快比亚迪“刀片”电池的300多项技术就引来争议，主要是针对该专利质量不高，属于“实用新型”，并非原创技术。尽管如此，大多数券商认为，随着CTP（Cell to Pack）电池系统的发展路径被越来越多电池厂家采纳，产业链将有更多企业收益，这也将推动未来电动车在增加续航里程的同时，成本得到进一步下降。不是创新发明但对产业仍有帮助早在去年8月，比亚迪就已经透露将在2020年推出新一代磷酸铁锂电池。公司称：“现阶段研发目标是电池组寿命需要达到8年120万公里，而且在自有供应链之下，成本预期下调30%左右。”比亚迪还曾在2018年对外表示，磷酸铁锂电池的能量密度未来规划将会提升至180wh/kg。中信证券日前最新发布的一份汽车研究报告显示，比亚迪正在发力磷酸铁锂（LFP）电池低成本技术，拓展与高镍三元电池差异化的长期降本路径。报告称：“比亚迪最新的LFP‘刀片’电池体积比能量密度最高可提升30%以上，预计成本能降低30%。”报告还称，比亚迪电动化技术方案累计长达几十年，在电池、电机、电控等方面掌握了核心技术，此前这些技术基本对内供应，其内在价值尚未得到完全体现。当前公司正在积极推进供应链开放战略，预计2021年逐步落地。长期来看，比亚迪有望成为新能源汽车解决方案供应商，零部件将迎来重新的估值。光大证券日前发布的报告也称，“刀片”电池是从车辆、电池包、电芯整体层面开发的新的解决方案，结构改进的效果非常明显，从数据结果分析，或许也存在改进电芯内部材料的可能性。比亚迪的“刀片”电池是磷酸铁锂电池，但比传统磷酸铁锂电池有更大的能量密度，主要特点是将电芯进行扁平化设计，故名“刀片”，长度最长可以到2500mm，比一些小车的轴距还要长，可以极大提升电芯成组效率，还可以根据不同需求形成不同尺寸电芯。尽管如此，比亚迪“刀片”电池的300多项技术仍然引来争议，主要是针对该专利质量不高，属于“实用新型”，并非原创技术。而且该消息也没有得到上市公司直接回应或公告，有操纵市场的嫌疑。对此，比亚迪方面回应称，“刀片”电池作为公司不断推出的新产品之一，不适于内幕信息或须履行信息披露义务的重大事件。比亚迪在“刀片”电池领域已申请专利320多项，其中大部分为发明专利，这些专利优先在国内申请，海外专利也在同步申请中。一位熟悉比亚迪“刀片”电池技术的电动车行业资深人士告诉第一财经记者：“比亚迪的‘刀片电池’客观来讲就是实用新型，并不是创新发明，但对市场很还是有帮助。”上述人士向第一财经记者指出，比亚迪的“刀片”电池技术与宁德时代近期推出的CTP（Cell To Pack）的电池概念技术有异曲同工之处。“宁德时代的是三元锂电池，比亚迪的是磷酸铁锂，整体的概念是差不多的。”他对第一财经记者表示。他解释道，过去的电池生产方式一般是由电芯做成模组，模组做成电池包，现在从电芯直接做成电池包，至少从重量上来说是减轻了，将会很大程度提升电池的能量密度。“这个技术确实对续航里程是有帮助的，但是意义没有它（比亚迪）宣传的那么厉害，不能算是革命性的技术。”这位业内人士对第一财经记者表示。宁德时代近期推出的全新CTP高集成动力电池开发平台，由于省去了电池模组组装环节，较传统电池包体积利用率提高了15%-20%，电池包零部件数量减少了40%，生产效率提升了50%，电池包能量密度提升了10%-15%，将大幅降低动力电池的制造成本。磷酸铁锂边际向好据国海证券研究近期一份新能源行业研究报告显示，去年前十个月，三元电池和磷酸铁锂电池的出货量分别为30.3GWh和12.89GWh，占比分别为65%和28%，不过随着国内电池企业选择CTP的技术路线，可能较多采用磷酸铁锂动力电池，这将使得持续低迷的磷酸铁锂电池边际向好。高工锂电产业研究所（GBII）报告称，特斯拉、蜂巢能源也都在布局 CTP 电池技术，推动新能源汽车平价进程。报告还称，特斯拉、大众、通用等海外车企多将电池成本目标设定为100美元/kWh。目前主流三元电池包价格约为 1元/Wh,磷酸铁锂电池包价格约为 0.8元/Wh，产业链依然有较强降本动力，CTP 电池包的推出加速电池成本下降速率，有助于提升电动车经济性。在产业链方面，受比亚迪“刀片”电池技术的提振，国轩高科周五股价涨停。国轩高科也有类似“刀片”电池的技术。今年年初国轩高科董秘在回答投资者提问时称，电芯技术方面，公司的磷酸铁锂电池单体电芯能量密度已经能够提升至190Wh/kg，配套续航里程400公里以上的车型，明年单体能量密度有望提升至200Wh/kg，并实现160Wh/kg的系统能量密度。上市公司合纵科技日前也表示，公司全资子公司湖南雅城主要生产磷酸铁锂电池正极前驱体产品，用于磷酸铁锂正极材料的制造加工。2020年公司正在进行新一代高压实密度磷酸铁开发以及低成本磷酸铁研发。与中国宝安旗下贝特瑞合作开发的高压实磷酸铁项目已经量产，与国轩高科合作开发高压实磷酸铁中试验证验证即将量产，与比亚迪“刀片”电池匹配产品在进行认证。锂电池生产商德瑞精密向第一财经记者证实自己也是比亚迪的供应商，不过针对比亚迪“刀片”电池的供货情况，公司拒绝透露具体细节。
来源：第一财经
高速充放电均衡对存在一致性问题电池组的作用和意义
电池组的一致性问题不仅使电池组的实际充放电容量降低,影响设备的功率输出和续航时间,严重时还有可能发生“热失控”问题,导致故障的发生。 基于安全放电的原则,电池组的可释放电量取决于电池组中容量最小的电池,类似于“木桶效应”。电池的串数越多,影响越大。以100串100Ah锂电池组为例,如果因为一致性原因,有一串电池的容量下降到只有80Ah,那么,该电池组的可利用容量只有80Ah,大约20Ah的容量无法利用,相当于1/5的容量浪费了。衰减电池的实际充放电倍率高于电池组的平均放电倍率,充电和放电是的温升明显高于其它电池,衰减进入加速通道并形成恶性循环,结果是电池组的容量迅速下降,而且伴随严重的热失控风险。 现在,全世界都在通过技术研发提高锂电池的比容量,但限于技术等原因,进展缓慢,而已有的大容量电池组的容量又由于普遍存在的一致性问题,有效容量得不到充分利用,除了电池生产因素导致的电池差异外,使用期间的温度、大电流充放电和电池管理技术跟不上都会导致这一问题的发生。 放电容量的下降与之对应的就是充电容量同样下降,如果是车用电池组,则表现为电池衰减严重,续航里程严重缩水。高速放电均衡的优势目前的电池管理技术,能够解决电池组一致性问题的技术只有电池均衡技术。而要实现电池容量的充分利用,则必须要求电池均衡器同时支持放电均衡、充电均衡和静态均衡,此外,由于不同容量电池的存在,充放电末期存在较高的电压差,因此,电池均衡器还必须具有宽幅的均衡电流和高效的电能转换效率,彻底解决电池均衡器因为均衡电流不足仍发生过充和过放电的问题,既能实现高效均衡又能减少在充分利用容量期间的损失。 具有这种技术要求的电池均衡技术已经被作者历经多年攻关研发出来,基于压差控制原理自动进行电流调整,不同容量电池的充放电电流完全不同,按需自动匹配充放电电流,结合自创的双向同步整流技术,很小的电压差就可以获得非常大的均衡电流,5A以内均衡电流的设计,可以实现1A/13mV;10～15A均衡电流的设计,可以实现1A/10mV,电压差越大,均衡电流越大,从而实现高速均衡,但这种增大是有限制的,当达到设备的保护点后就会自动进入保护状态,防止均衡器过热烧毁,该技术的鲜明优势是同时支持高速放电均衡、充电均衡和静态均衡,这是很多电池均衡器技术不具备的,高速放电均衡最重要的意义在于能发挥电池容量的最大功效,让应该做功的容量全部利用起来,例如本例剩余的99串20Ah容量,就不是让其躺着,闲置不用,而是全部利用起来,提高平均容量利用率。真正意义上的高速放电均衡包含多方面的含义:实时均衡、支持大电流均衡、电能转换效率要高。 以本例电池组为例,假设电池组的放电电流为0.2C即20A,那么,本文均衡器的平均均衡电流需要4.5～5.0A即可满足该电池组安全放电,并且所有20Ah的电量都基本可以得到释放。同样,如果电池组的放电电流提高到0.4C即40A,则平均均衡电流需要9.5～10.0A,由于均衡电流是随着电压差变化的,因此,实际峰值均衡电流可能会超过13.0～15.0A左右,普通电池均衡器是无法满足要求的,而本文的采用同步整流技术的实时高功率、高效率转移式电池均衡器则可以满足需要。由于分流功能强大,最差电池(80Ah)因实际放电电流最小,产生的温升也最小,热失控问题也消除了,一举多得。实践证明,支持的均衡电流越大,对小容量电池的过充、过放电保护能力越强,电池组的运行越安全,允许电池间的差异越大。高速充放电均衡实例实验电池组中,18650电池(B1电池)1A放电检测容量只有1Ah,方形锂电池(B2电池)的1A放电检测容量高达11Ah,容量相差10倍,其它实验和测量设备包括钳形电流表、数字万用表、智能恒流电子负载、专用充电器及本文所述高效大功率均衡器样机。高速放电均衡实例电池组总放电电流5A,B1电池容量小,无法提供较大的放电电流,放电电压会迅速下降,B2电池容量大,可提供较大的放电电流,为了稳定两块电池的电压,这种电池均衡器会根据压差情况提供强大的均衡电流,测量时刻,实测均衡电流高达9.08A(存在测量误差,下同),如图1所示。这个均衡电流一部分来自B2电池,B2电池多放电,多出的放电电流通过均衡器的转换提供给B1电池,弥补B1电池放电电流的不足,这两个电流的和即为均衡电流;方形锂电池的实际放电电流高达9.82A,如图2所示;而18650电池的实际放电电流只有0.87A,如图3所示,在强大均衡电流的作用下,最大电压差只有0.11V,当放电总电压到达6.0V结束电压时,18650电池的放电电压约2.9V,仍处于安全电压值以内。根据放电倍率的计算公式,B1电池的实际放电倍率为0.87/1=0.87C,B2电池的实际放电倍率为9.82/11=0.89C,如果忽略测量误差,两块电池的放电倍率是相同的。高速充电均衡实例这种进行高速充电均衡实验,仍以上述电池组为例,均衡放电结束后,转入均衡充电环节,采用标准的CC-CV模式进行充电,为便于对比,同样以5A恒流充电至自动切换恒压充电,在测量数据时刻,本应通过B1电池的的5A电流,实测充电电流只有0.84A,如图4所示,剩余的4.16A通过均衡器转换提供给B2电池;而B2电池的实测充电电流高达8.8A,如图5所示,相当于有3.8A的充电电流来自于均衡器,电流转换效率高达91%;最大均衡电流实测高达7.97A,如图6所示,数值上非常接近于B1电池的剩余电流4.16A与B2电池的增加电流3.80A的和7.96A。根据测量数据和充电倍率的计算公式,B1电池的实际充电倍率为0.84/1=0.84C,B2电池的实际充电倍率为8.8/11=0.8C,如果忽略测量误差,两块电池的充电倍率是相同的。 均衡充电期间,两块电池的电压上升速度基本相同,最大电压差只有0.11V左右,B1电池的最高电压也只有4.23V,始终处于安全电压以内,电池温升正常,得益于采用双向同步整流设计,均衡器样机在连续大电流均衡的情况下只有微量的温升,处于安全温度以内。数据分析通过两组大电流均衡充放电实验和测量数据,不难发现,高速均衡对于一致性很差的电池组的作用是不可替代的,这种作用是通过快速调节每块电池的实际充放电电流,使其达到相同的充放电倍率和相近充放电电压来具体实现的,在等倍率充放电的情况下,不仅温升得到控制,容量也得到充分利用。 电池组的最终实际放电容量与初始容量的比值反映了电池组的运行效率,这一比值越大,说明电池组的健康状况越好,充电均衡技术的最佳效果只能让电池组充满电,实际放电容量取决于容量最小的电池,而放电均衡的介入和干预,将电池容量的利用实现了最大化,可以说,放电均衡决定了电池组的最大放电容量和能力,更具有实际意义。结束语电池组的高速充放电均衡对于电池组的运行安全、温升、容量的利用率、电压一致性等运行参数的影响是非常积极、有效的。本文通过对容量悬殊的2串电池组高速充放电均衡实验测量数据的分析进行了诠释和验证,所述的电池均衡技术同样适用于多串电池组,对于控制热失控、预防低容量单元电池过充电和过放电、提高电池组的平均容量利用率作用显著。作者简介周宝林(1968-):大庆市交通运输局高级工程师,工程硕士,主要研究方向:电池均衡技术。
来源：《数据中心建设+》杂志
倒闭潮起，动力电池企业面临生死劫
刚刚过去的2019年，动力电池行业加速进入洗牌期。不少企业频频“爆雷”，即使是头部企业也不例外。特别是近日沃特玛这家曾经在国内仅次于宁德时代和比亚迪，一度排名第三的动力电池企业进入破产清算，令业界扼腕。曾是2018年动力电池10强的国能在2019年深陷“欠薪门”、比克连环债务缠身、湖北猛狮科技濒临困境等，都为动力电池行业敲响了警钟。近一年多来，动力电池行业淘汰加速，分化明显。根据中国汽车动力电池产业创新联盟的数据，2018年我国共有93家动力电池企业实现装车配套，2019年1～11月只有77家。多家企业或因出现资金链断裂，或因资金周转不畅，或因“三角债”难以清偿等原因走向末路，并在上下游企业间引起连锁反应。前些年，随着新能源汽车产销量爆发式增长，动力电池成为“风口”，大批企业携资金杀入这一领域。而如今，随着新能源汽车补贴退坡、外资电池企业解禁，以及新能源汽车产销量连月下滑等因素影响，市场形势急转直下，很多之前“飞起来”的企业接连“摔下来”。其中，沃特玛经历的辉煌与失落反差最为明显。作为国内最早实现规模化生产的动力电池企业之一，沃特玛2015年在国内动力电池市场占有率高达26.6％，可谓风光一时。然而好景不长，由于对行业存在误判，扩张过快，沃特玛经历了销量下跌、停产、停工、资金断裂等困境，归属于上市公司股东的净利润连年下跌，2019年前三季度亏损26亿元，欠债近200亿元，最终不得不走上破产清算道路。除沃特玛外，新太行、百顺松涛、恒动新能源、环宇赛尔新能源、威能等几十家动力电池企业已淡出市场。细究动力电池企业倒闭潮原因，有诸多因素。其一，忽视产品质量。一些仓促上马的动力电池企业，在市场供不应求时，只求数量，不顾质量，“风口”过后自然难以招架，只落得“一地鸡毛”。其二，企业技术路线单一、缺乏核心技术。很多一哄而上的动力电池企业，不重视自主研发，技术水平较为落后，拿不出有较高技术含量和市场竞争力的产品，无法可持续发展。甚至有的企业实行“拿来主义”，借别人过期的专利技术批量生产。一旦市场竞争环境发生变化，出局是迟早的事。如沃特玛只走磷酸铁锂一条路线，电池能量密度不高，产品被新的补贴政策排除在外，导致客户流失、每况愈下。其三，企业缺乏风险意识，过度扩张。有些企业在市场形势好的时候，盲目乐观，一味地铺摊子，一旦市场收缩、订单锐减，资金立即吃紧。沃特玛就是典型，当初联合18家上市公司，整合新能源汽车产业链上下游185家核心企业，共吸引1000余家企业加入新能源汽车产业创新联盟，拿下数额巨大的“反向定制”订单。随着沃特玛的破产清算，很多上下游公司都受到牵连。高工产业研究院的数据显示，2016年我国动力电池企业有155家，2017年减至130多家，2018年下滑到了105家。更有专家预言，2020年国内动力电池企业或只剩下20余家。可以说，动力电池行业的洗牌仍在继续。就国内动力电池企业而言，面对新的竞争形势，一是要重视研发，切实提升技术创新能力。在技术发展日新月异的时代，逆水行舟不进则退，落后就意味着有可能被淘汰，只有牢牢掌握核心技术，不断研发前瞻技术，才有希望在市场竞争中立于不败之地。宁德时代和比亚迪之所以能成为动力电池头部企业，关键还是依托于技术的先进性和产品的竞争力，这才能吸引宝马、戴姆勒、大众、丰田等跨国公司主动寻求合作。二是要有质量意识，高质量发展是企业前行的主导。在日益追求高品质的潮流中，单纯追求数量难以立足，在技术领先的基础上保证产品的安全性和可靠性，才能更好地赢得市场。三是要提升企业综合实力，这包括对内提升管理能力、控制成本、防范风险，对外要有科学合理的经营规划、创新的商业模式等。必须承认，优胜劣汰对于我国动力电池行业的长远发展是件好事，它将改变行业“小散乱”的局面，助力新能源汽车产业实现高质量发展。新的一年，挑战与机遇并存，只有经得起风浪的企业才能成为弄潮儿。
来源：中国汽车报
2019全年动力电池产销正增长收场
从数据来看，2019年我国动力电池产量整体仍呈现正增长态势，主要源于三元电池的产量的拉升；2019年我国动力电池销量整体也仍呈现正增长态势，主要源于三元电池的销量的拉升。2019年，我国新能源汽车产业进入了“后补贴时代”，受补贴退坡影响，下半年新能源汽车产业呈现大幅下降态势。目前新能源汽车行业进入了调整期，新能源汽车市场开始逐步触底企稳。作为电池产业发展的主要推动力量，从长远来看，我国新能源汽车产业已经具备较好的规模效应优势和发展环境。2019年我国新能源汽车产销分别完成124.2万辆和120.6万辆，同比分别下降2.3%和4.0%。01月度分析：12月产量下降超三成2019年12月，我国动力电池产销量分别为6.2GWh和7.8GWh，产量环比下降31.4%，销量同比增长3.5%。其中，三元电池产量为4.8GWh，占总产量77.8%，同比下降0.7%，环比下降10.2%；磷酸铁锂电池产量为1.2GWh，占总产量19.0%，同比下降57.2%，环比下降67.4%。其中，三元电池销售为5.9GWh，同比上升22.0%，占总销量76.4%；磷酸铁锂电池销售为1.6GWh，同比下降23.7%，占总销量20.9%。2019年12月，我国动力电池装车量共计9.7GWh，同比下降27.4%，环比上升54.4%。其中，三元电池与磷酸铁锂电池的装车量分别为4.8GWh和4.7GWh，同比分别下降28.2%和22.6%。2019年12月，我国新能源汽车市场共计56家动力电池企业实现了装车配套，较11月份增加了4家。其中，排名前十家的企业是，宁德时代、比亚迪、国轩高科、亿纬锂能、力神、孚能科技、时代上汽、中航锂电、欣旺达、桑顿新能源。此外，实现装车配套的动力电池企业排名前3家、前5家、前10家的动力电池装车量分别为6.8GWh、7.7GWh和8.6GWh，占总装车量比分别为70.0%、79.3%和89.0%。从数据来看，2019年12月我国动力电池销量同比呈现增长趋势，主要源于三元电池销量的拉升。另外，2019年12月我国动力电池装车量有一定幅度的冲量，但热度较去年同期有所下降。此外，受新能源客车产量大幅上升带动，2019年12月我国新能源汽车按车型划分的平均装车电量63.2kWh，环比上升8.8%。2019年12月，我国纯电动乘用车系统能量密度在140Wh/kg及以上车型产量仍然占据主体，140（含）-160Wh/kg和160Wh/kg以上车型产量占纯电动乘用车总产量比例分别为49.3%和35.9%，125Wh/kg以下车型12月产量稍有增长，占比提升至2.0%。02年度分析：总产销继续增长2019年，我国动力电池产量累计85.4GWh，同比累计增长21.0%；销量为75.6GWh，同比累计增长21.4%。其中，三元电池产量累计55.1GWh，占总产量64.6%，同比累计增长40.8%；三元电池累计销售53.0GWh，占总销量70.0%。另外，磷酸铁锂电池产量累计27.7GWh，占总产量32.4%，同比累计下降1.2%；磷酸铁锂电池累计销售20.6GWh，占总销量比27.2%。2019年，我国动力电池装车量累计62.2GWh，同比累计增长9.2%。其中，三元电池装车量累计40.5GWh，占总装车量65.2%，同比累计增长22.5%；磷酸铁锂电池装车量累计20.2GWh，占总装车量32.5%，同比累计下降9.0%。2019年，我国新能源汽车市场共计79家动力电池企业实现装车配套，排名前3家、前5家、前10家动力电池企业动力电池装车量分别为45.6GWh、49.2GWh和54.7GWh，占总装车量比分别为73.4%、79.1%和87.9%。此外，实现装车配套的动力电池企业，排名前十家的分别是，宁德时代、比亚迪、国轩高科、力神、亿纬锂能、中航锂电、时代上汽、孚能科技、比克电池、欣旺达。从数据来看，2019年我国动力电池产量整体仍呈现正增长态势，主要源于三元电池的产量的拉升；2019年我国动力电池销量整体也仍呈现正增长态势，主要源于三元电池的销量的拉升。03技术问题长期存在目前，我国动力电池应用，主要以三元电池和磷酸铁锂电池为主。其中，三元电池主要采用镍钴锰酸锂或镍钴铝三元正极材料，将镍盐、钴盐、锰盐作为三种不同成分的材料，进行不同比例的调整。从形状上来区分，三元电池可分为软包电池、圆柱电池和方形硬壳电池；具备能量密度较高、续航里程较长、输出功率较大，低温性能优异等优势，但是高温稳定性较差，且造价较高。磷酸铁锂电池则主要采用磷酸铁锂作为正极材料，碳（石墨）等材料做负极，具备工作电压高、循环寿命长、安全性能好、自放电率小、成本低廉、不含重金属，对环境污染较小等优点。此外，磷酸铁锂晶体中的P-O键稳固，在零电压存放时不会泄漏，高温条件下或过充时安全性较高，可快速充电，高放电功率，无记忆效应，循环寿命高，但低温性能差，正极材料振实密度小，能量密度较低。从全球动力电池产业发展来看，目前，我国动力电池产业仍然存在着整体技术储备薄弱、创新能力有待提升等长期存在的问题，也面临着补贴政策退坡等短期性影响。
来源：电池联盟
二线动力电池企业的 “危”与“机”
“寒冬”时刻，寡头效应影响下，二线动力电池企业的生存发展受行业动态变化影响尤为巨大。近日，工信部部长苗圩在百人会上的一句“今年7月1号补贴不会再进一步退坡”，引得行业额手相庆。但事后这句话被解释为 “口误”，并说明补贴政策尚未确定。这使得几近明朗的新能源补贴政策突然又蒙上雾纱，并预示着今年新能源汽车市场仍将面临诸多变数。“2020年的补贴政策已成为产业链企业心中紧绷的一根弦，如果补贴不退坡，电池出货价格有可能还能维持去年或者降5%左右，一旦退坡坐实，则价格有可能会再要求降10%-15%，这对于二线电池企业而言，压力会更加巨大。”一位行业人士表示。高工锂电了解到，截至当前，三元电池系统不含税价格为0.95-1.05元/Wh，LFP系统不含税价格为0.85-0.95元/Wh。如果价格再降15%，那将意味着三元电池系统不含税价格为0.81-0.87元/Wh，LFP系统不含税价格为0.72-0.81元/Wh。“这个价格目前对于大多数二线动力电池企业仍然是触不可及的。”上述人士坦言。由此可见财政补贴依旧牵动着二线动力电池企业的神经。而事实上，二线动力电池企业之难，还不止难在降成本。企业的主要隐忧还在于：一是，下游车企的销量颓势，使得动力电池企业普遍面临盈利承压、应收账款高企、现金流等难题。在寡头效应叠加外资电池企业挣食冲击的大环境下，二线电池企业竞争日益剧烈，应对上述难题更是首当其冲。二是，目前动力电池行业仅一线梯队企业能够实现盈利，二线动力电池企业的动力业务大多处于盈亏平衡点甚至亏损的状态。一旦一线巨头企业实施降价“降维打击”，二线动力电池企业的市场份额或将进一步缩减，由此导致的长期不盈利局面则会使得二线动力电池企业步履维艰。三是，合资车企和外资车企的电动车型的市场优势正在开始显现，接下来几年，配套车企的选择将会直接决定第二梯队企业谁上谁下。这意味着，二线企业不仅要在产品、产能上做好准备，还需要做好客户的甄选，电池企业市场开拓时要“赌”车企，甚至要“赌”车型。目前，中国动力电池市场正式向外资开放，进入推荐目录的外资电池车型在华销售同样可以获取补贴，国产特斯拉低价车型的销量引爆以及合资品牌对于电池的选择变向，将进一步加剧二线动力企业的排名波动。值得注意的是，外资电池的国产化供应链配套暂时还不充分，预计真正实现有成本优势的完整国产化供应链还需要1-2年的时间，这也给二线企业预留了一定的缓冲期。而二线动力电池企业能否在这一时间段抢跑，摆脱补贴依赖，筑起产品性能、质量、品牌、性价比的护城河，将成为其“活下去”的关键。整体来看，国内二线动力电池企业已经大致分为三种样本，以应对补贴退坡后的竞争危机。一是坚守突围，聚焦车用动力电池市场，以中航锂电为代表；二是多点开花，多领域部署，猛攻国际供应链，以亿纬锂能、欣旺达、星恒电源为代表；三是改变航道，专注小动力领域，以江苏天鹏、海四达、振华新能源为代表。以下为部分二线动力电池企业代表的战略复盘：中航锂电在新任掌门人刘静瑜的带领下，中航锂电发展提速猛进。2019年，中航锂电在顶层战略指导下重塑变革、大步迈进。GGII数据显示，中航锂电2019年实现装机数量配套2.9002万台，实现装机电量1492168KWh，同比增长108%，配套车企包括长安汽车、广汽乘用车、北汽福田、金康汽车、东风汽车、吉利汽车、江铃汽车、江西大乘、宇通客车、瑞驰汽车等。2019年7月，中航锂电20GWh动力电池项目落户厦门，总投资100亿元。两个月之后，项目一期A6项目正式开工，计划2020年第四季度投产。中航锂电总经理刘静瑜向高工锂电表示，厦门项目是中航锂电实施战略规划，顺利推进产能布局的重要一环。未来，中航锂电规划年产能将超过100GWh，将成为全球领先的动力电池制造商和全球优秀汽车公司战略供应商。亿纬锂能精准踩点细分赛道，市场“多点开花”的亿纬锂能正在迈入高速成长通道。在新能源汽车领域，GGII数据显示，亿纬锂能2019年实现装机数量1.3441万台，实现装机电量1835951KWh，晋升榜单第5位。配套数量前五的车企包括南京金龙、东风汽车、吉利商用车、合众新能源、开沃汽车。2019年3月，亿纬锂能宣布子公司惠州亿纬集能收到现代起亚供应商选定通报，未来六年的订单预计需求达13.48GWh。这也是公司继与戴姆勒签署供货合同后在国际市场上的又一进展。5月，亿纬锂能拟募资35亿元，用于国内扩大动力电池生产规模。软包电池2019年有3GWh产能投产，2020年会增加6GWh形成9GWh的产能；磷酸铁锂电池也在规划新增3.5GWh。值得一提的是，除了车载动力领域之外，亿纬锂能在电动船舶、TWS耳机、电动工具、电动两轮车、ETC等细分领域，也获得了长足喜人的发展。亿纬锂能预计2019年净利润达14.55亿-16.26亿元，同比增长155%-185%。星恒电源2019年，星恒电源在新能源电动车及轻型车锂电池领域继续并驾驰骋。在轻型车锂电池领域，今年8月，星恒电源全球轻型车锂电池销量率先突破1000万组，成为星恒电源实现跨越的又一里程碑。GGII数据显示，2019年中国电动二轮车用锂电池出货量为6.1GWh，同比增长79.6%。其中星恒电源在市场份额中依然处于第一。在电动汽车领域，星恒已与东风、长安、奇瑞、瑞驰、吉利、五菱、一汽等合作，产品涵括纯电动轿车、纯电动多用途乘用车、纯电动物流车等，是配套纯电动物流车动力电池的龙头企业。GGII数据显示，2019年星恒电源在新能源专用车的装机量位列TOP10之中，排名第八位。2019年9月，纳川股份发布《关于收到星恒电源股份有限公司上市辅导备案通知的提示性公告》：中国国际金融股份有限公司向江苏证监局报送了星恒电源上市辅导备案材料，并取得了江苏证监局出具的《江苏证监局关于确认辅导备案日期的通知》（苏证监函{2019}536号）。这意味着，星恒电源的上市程序正式启动。江苏天鹏在三元圆柱锂电池深耕十多年之后，江苏天鹏（TENPOWER）成为国内首家量产NCA体系圆柱电池的企业。江苏天鹏NCA体系圆柱电池于2017年实现规模化量产，同时已经在包括高端电动工具、园林工具、两轮车、微型电动车等应用领域得到批量应用，并得到了来自客户端的良好反馈。目前江苏天鹏的NCA体系电池已在国内实现领跑，在小动力电池领域的倍率性能提升上也远超同行，甚至超越了部分国际竞争对手。母公司澳洋顺昌表示，目前天鹏电源还是坚持以动力工具为主（包括无绳化的吸尘器等产品），积极拓展电动摩托车等产品，在高端工具电池领域具有较强的市场与品牌竞争力，国际大厂商的订单也在逐步爬坡，未来会持续保持增长。产能方面，目前公司除了老工厂，新工厂有四条产线，其中一条还在调试，另外 21700 产线也在建，足以保证未来业务增长需要。
来源：高工锂电
