吳永紅：重型車中基于鈦酸鋰的電池的優(yōu)勢(shì)
5月24日，CIBF2018 第十三屆中國(guó)國(guó)際電池技術(shù)交流會(huì)展覽會(huì)在深圳會(huì)展中心開(kāi)幕。荷貝克電源系統(tǒng)（上海）有限公司吳永紅在技術(shù)交流會(huì)上發(fā)表主題演講。以下是演講正文：
今天我代表我們公司介紹一下我們研發(fā)團(tuán)隊(duì)的工作，鈦酸鋰電池在重型車輛上的應(yīng)用。分為五個(gè)部分，首先介紹一下公司的情況，我們公司是一家德國(guó)公司，家族企業(yè)，成立于1927年，全年的產(chǎn)量是2.4Gwh，包括鉛酸電池，鎳格電池，一小部分鋰電池。主要的應(yīng)用領(lǐng)域是工業(yè)電池，主要是牽引類的，叉車類的，還有電力電網(wǎng)類等固定類應(yīng)用。還有儲(chǔ)能用，包括風(fēng)光儲(chǔ)能等等，然后就是鐵路軌道。
我們的產(chǎn)品提供電池和充電機(jī)，包括我們的服務(wù)，還有就是我們整套的能源系統(tǒng)，我們提供能源系統(tǒng)，而且加我們的服務(wù)。我們提供電，就跟買電網(wǎng)的電一樣，按多少度電付錢。（PPT）這是我們的全球分布情況，這是我們的產(chǎn)品，以及它們?cè)诟髯缘膽?yīng)用領(lǐng)域，我們的鉛酸電池系列，纖維結(jié)構(gòu)鎳格電池，鋰電池不是我們自己生產(chǎn)的單體，我們是全球采購(gòu)的，我們只做系統(tǒng)。現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)化有三元的跟磷酸鐵鋰的。中間那個(gè)大的是我們用在鐵路上的鋰電池，左下角這個(gè)是用在叉車上的鋰電池系統(tǒng)。其他的就是我們的鉛酸電池跟鎳格電池。
這是我們的儲(chǔ)能系統(tǒng)，用鋰電池跟鉛酸電池混合在一起，主要是用在削峰，儲(chǔ)能，買峰谷的電，風(fēng)電賣出去。這是我們大壩的應(yīng)用案例，在德國(guó)的萊比錫。（PPT）這是一個(gè)鐵路火車上的鋰電池的應(yīng)用。接下來(lái)我們項(xiàng)目的研究工作，基于這款電池的應(yīng)用研究。
下面說(shuō)一下在重型車輛應(yīng)用領(lǐng)域?qū)﹄姵赜惺裁匆螅覀儸F(xiàn)在就用這個(gè)鐵路電池做例子來(lái)講。首先，在重型車輛，包括鐵路，或者是公共交通，大巴車，船舶方面的應(yīng)用，它們一般對(duì)電池的要求，必須是溫度范圍要廣，壽命要長(zhǎng)，而且要求有大電流充放能力。我們通過(guò)對(duì)各種電池評(píng)估，鈦酸鋰電池在這方面有一定的優(yōu)勢(shì)，但是由于它的價(jià)格目前比較貴，所以在市場(chǎng)應(yīng)用上現(xiàn)在還沒(méi)有一個(gè)突破性的進(jìn)展。
本工作中主要是下面三個(gè)方面，一個(gè)是我們對(duì)它的應(yīng)用的要求的分析；第二個(gè)就是我們的一些研發(fā)工作；第三就是我們對(duì)能量效率在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中跟做實(shí)驗(yàn)室衡流測(cè)試的對(duì)比。工作流程根據(jù)應(yīng)用需求來(lái)測(cè)試分析一些電池，黑色的這些就是我今天這個(gè)PPT講的，灰色的是我們已經(jīng)做過(guò)的，今天就不講了。我們建模，做樣品，再進(jìn)行實(shí)地測(cè)試。（PPT）這是從德國(guó)到捷克的一個(gè)路程，海拔高從300-760米，去的時(shí)候是上坡，回來(lái)的時(shí)候是下坡。我們分析了一下，能量消耗上坡的時(shí)候是38，下坡是12千瓦時(shí)。我們對(duì)它各個(gè)功率進(jìn)行了一個(gè)統(tǒng)計(jì)，左邊是剎車的時(shí)候能量回收緩沖，中間是正常驅(qū)動(dòng)的，右邊是停下來(lái)開(kāi)門、通風(fēng)、照明的功率，中間的20是到站以后，這個(gè)時(shí)候車可能要停留半個(gè)小時(shí)或多長(zhǎng)時(shí)間，然后再返回來(lái)。
根據(jù)這個(gè)應(yīng)用設(shè)計(jì)了幾款電池系統(tǒng)，我們用60千瓦時(shí)、90千瓦時(shí)跟120千瓦時(shí)的做比較，60千瓦時(shí)的要求充電倍率達(dá)到將近9C，放電6，到120就是充電4多一點(diǎn)，放電就是將近3。所以這個(gè)就需要我們來(lái)權(quán)衡，我用大功率的系統(tǒng)，但是對(duì)冷卻系統(tǒng)要求比較高，能量比較高的系統(tǒng)，大系統(tǒng)要求不高，但是前期的投入比較多。同樣的工作我們也在船舶跟大巴車上做了分析。
首先我們對(duì)車進(jìn)行測(cè)試，容量、一致性、壽命、倍率、溫度等等，包括儲(chǔ)存自放電等等方面，（PPT）這是我們的一些結(jié)果，我們測(cè)試了不同的LTO的，有圓柱的，軟包的，方形的，正極材料有NMC的，NMO的，NCO的，LFP、LMO的。我們對(duì)三種鈦酸鋰電池放電平臺(tái)，下面最平的是硫酸鐵鋰，也是最低的，下面的是磷錳氧。三元的最高，用它來(lái)評(píng)估對(duì)應(yīng)的電壓，誤差是最小的。
（PPT）我們對(duì)同樣的正極，但是鈦酸鋰跟石墨組成的測(cè)試結(jié)果，鈦酸鋰基本上都達(dá)到了1萬(wàn)次以上，都是在百分之DOD情況下循環(huán)的，室溫下。左邊這兩個(gè)，綠色的跟黑色的是我們常說(shuō)的三元電池，對(duì)是石墨負(fù)極，這個(gè)壽命在2000-3000次左右，到80%，差別還是挺大的。我們做了一個(gè)對(duì)比，我們需要的能量，電池系統(tǒng)是23千瓦時(shí)的，電池的電壓是660伏，充電功率是是180千瓦。用鈦酸鋰的工作范圍是零下40-55，三元的是5-45，三元采取的是高功率的，為了方便對(duì)比。電池的能量鈦酸鋰是31，NMC是61，鈦酸鋰最大充電是6C，NMC是3C，看重量，因?yàn)镹MC的系統(tǒng)比較大，要比鈦酸鋰的大。循環(huán)壽命，鈦酸鋰1萬(wàn)，三元是4千，我們用80DOD來(lái)做。成本價(jià)，鈦酸鋰是百分之百，三元只有45%。但是我們要考慮整個(gè)生命周期的價(jià)格，鈦酸鋰還是按100基準(zhǔn)，三元的到113%，整個(gè)生命周期，三元是要高一些。
不同溫度下的熱抗做一些標(biāo)定，右下角是我們實(shí)際測(cè)的跟模型計(jì)算的擬合，誤差小于0.4%。LTO的模組，這個(gè)模組采用的是風(fēng)冷，最大充電電流是6C，這是一個(gè)36SEP的模組（PPT），我們系統(tǒng)采取組重DMS管理的概念，主動(dòng)均衡。根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際要求串并聯(lián)。
下面介紹LTO電池在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中的效率，我們發(fā)現(xiàn)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中的能量效率跟實(shí)驗(yàn)室測(cè)的還是有很大的區(qū)別，實(shí)驗(yàn)室是用衡流來(lái)模擬實(shí)際的工況。我們這個(gè)計(jì)算，能量效率用放電的比上第二次充回去的，放完之后返充回去，以這個(gè)能量來(lái)算。我們做了兩方面，一方面是用橫流的，一方面是用實(shí)際的鐵路工況，橫流我們用1.25C，同時(shí)比較不同的化學(xué)體系，它們的能量效率有什么區(qū)別。這個(gè)是我們對(duì)一個(gè)橫流循環(huán)的能量效率圖，每10%SOC測(cè)一下。整個(gè)結(jié)果，基本上是從92%到99%，這個(gè)是一個(gè)0.25C的圖，其他的就是一個(gè)C率都得到同樣的結(jié)果。右邊那張圖，C率越小，值越高，能量效率越高。有意思的是，40%SOC以下或是30%以下，能量效率跟SOC是有一個(gè)正比關(guān)系，SOC升高，能量效率會(huì)高。但是40%以上基本是平的，這是在實(shí)際鐵路工況的應(yīng)用結(jié)果。能量效率基本上都是在82%左右。在做這個(gè)測(cè)試的時(shí)候我們還發(fā)現(xiàn)一個(gè)有意思的事情，這個(gè)能量效率，看右邊的圖（PPT），跟溫度還有一定的關(guān)系，溫度升高，能量效率高一些，溫度低能量效率就低一些。
這是鈦酸鋰跟三元進(jìn)行比較，三元的，不管是高C率還是低C率，我們這個(gè)測(cè)試比LTO的效率要低，右邊那個(gè)圖是相同的效果，灰色LTO的，也是LTO的要高一些（PPT）。同樣，C率越高能量效率越低。
下面進(jìn)行總結(jié)，鈦酸鋰電池在重型車輛應(yīng)用上還是有很好的應(yīng)用前景。我們要想讓它商業(yè)化推廣，還是要對(duì)它的實(shí)際應(yīng)用做詳細(xì)的分析，這是有必要的。我們考察能量效率的時(shí)候，我們實(shí)際應(yīng)用跟實(shí)驗(yàn)室用橫流測(cè)試還是有很大區(qū)別的，實(shí)驗(yàn)室的一些數(shù)據(jù)還不能代表實(shí)際的結(jié)果。我們下一步的工作，第一就是準(zhǔn)備在其他領(lǐng)域，比如說(shuō)船舶，還有物流叉車領(lǐng)域，我們也做同樣的研究，基于電芯和模組層面。第二，我們要開(kāi)發(fā)出一個(gè)有效的電芯策略對(duì)不同的應(yīng)用篩選不同的電池。我們主要是工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用，所以說(shuō)有不同的應(yīng)用，不一定一種電池或一款電池能夠滿足所有的需要。最后，我們也打算把能量效率的研究推廣到復(fù)雜大型的系統(tǒng)，包括一些儲(chǔ)能系統(tǒng)等等，來(lái)計(jì)算能量效率，在評(píng)估能量輸出跟能量消耗上，沖的比例是多少，假如說(shuō)要進(jìn)行推廣的話，計(jì)算一些經(jīng)濟(jì)效益等等。這就是我今天的報(bào)告，謝謝大家！
（根據(jù)速記整理，未經(jīng)嘉賓審閱）
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