动力电池梯次利用降低车用成本

动力电池成本高导致电动车成本高。目前,电动车仍然依赖政府补贴在市场上竞争。最近,福布斯杂志报道通用雪佛兰Bolt的电池包成本将低于每千瓦时(度电)300美元(LG化学是电池包供应商)。这将是电池成本的一次突破,部分原因是LG化学同时为Bolt供应电机和其它电驱动组件。这将有助于降低成本。有趣的是,一些车型的电池更换计划早已经降低到每千瓦时(度电)300美元以下。

(照片: 通用汽车CEO Barra驾驶雪佛兰Bolt电动车登上2016底特律车展的舞台。2016年1月11日 © General Motors.)
(照片: 通用汽车CEO Barra驾驶雪佛兰Bolt电动车登上2016底特律车展的舞台。2016年1月11日 © General Motors.)

3年以前,特斯拉推出过电池质保计划,85千瓦时(度电)的更换价格为12000美元。这相当于仅仅每千瓦时(度电)141美元。在2014年,雪佛兰Volt  16千瓦时(度电)电池包有地方卖到2994.64美元,相当于每千瓦时(度电)187美元。也是在2014年,日产宣布聆风(LEAF)电池更换计划。顾客总共花费5499美元。日产回收旧电池估价1000美元。所以总费用为6499美元。这相当于每千瓦时(度电)271美元。(我们主页上有关于单体电池/电池包价格的数据)

这些低价格电池包主要通过动力电池梯次利用来找齐。

电动车对电池要求很高。例如:1)动力电池需要足够轻小以装入汽车,所以电池能量密度要高;2)动力电池要进行深充深放(60-80%充放电深度),这样电动车才能行驶足够远;3)动力电池在使用期限内能够使用70-80%的能量来保证电动里程不至于缩短太多;4)动力电池在加速和快充等严酷条件下要保持高性能。

所以,动力电池在不符合电动车使用要求后并没有完全失效。它们在其它一些应用领域可以表现很好。这些应用领域大到兆瓦时的电网储能,小到手机充电宝。

在这些应用领域,高能量密度不再是必须,电池可以在窄充放电深度工作,电池剩余可用能量可以比较低,电池负荷相对低和稳定。

在2015年11月,戴姆勒宣布在德国建造一个13兆瓦时的储能站,用的就是smart电动车里的电池。这应该是动力电池梯次应用最大型的项目。

日产与Green Charge Networks合作将电动车电池用于分散式电化学储能领域。这种设备在电网低谷时储能,电网高峰时向用户提供电能,达到节约用电成本的目的。日产电动车产生的旧电池可能价值每千瓦时(度电)100美元。

特斯拉也有电池梯次应用的计划。它的新产品家庭储能设备Powerwall售价是3000美元每单元。每单元存储7千瓦时(度电)。它会使用Model S的旧电池吗?

现在看来,动力电池梯次应用可能降低电池更换成本。如果梯次应用可以在新车购买时帮助降低成本,将对电动车市场发展大有好处。

另一方面,目前的电动车大多是在2010年之后生产的,电池可靠性还缺乏实际使用长时间的数据支持。有报道称日产聆风(LEAF)等电动车在多年使用后电池状况好于预期。那么,梯次应用的大规模推广要依赖于电动车更换电池的时间表。

三星SDI将推出新型动力电池支持600公里续航

电动车一个重要的课题是要提高续航里程。比如日产聆风(LEAF)就在逐年增加电动里程 – 从2012年的120公里到最新2016年的170公里。宝马i3也计划在2017车款将里程提高到200公里。目前i3一次充电可以跑130公里。

现在市场上电动里程最长的电动车是特斯拉Model S 90D – 432公里。这款车配备90千瓦时(度电)电池包。单体电池所用负极材料含高能量密度硅材料。(请见以前文章特斯拉Model S新一代90 kWh含硅锂离子电池猜想)另外,奔驰等车厂正在开发500公里的电动车。

三星SDI在最近的2016底特律车展上展出了下一代低高度包(”low height pack”)方型电池设计。使用此种单体电池,电动车续航里程可以从500公里提高到600公里。续航里程的增加是因为电池能量可以提高20-30%。目前这款电池的具体指标还没有公开报道。三星SDI计划在2020年开始量产。

目前电动车每千瓦时(度电)可以行驶6公里左右。从理论上来说,即使使用现有的单体电池技术组装电池包,也可以支持电动车行驶600公里。只是这样的电池包需要装足够多的单体电池来满足能量需要,所以会很大很重。如果用上边的数字简单计算,600公里需要100千瓦时(度电)的电池包。当然,实际上600公里需要比100千瓦时(度电)更大的电池包,因为增加电池重量会降低每千瓦时(度电)的行驶里程。一个例子是大众最近推出的BUDD-e概念电动车。它配有101千瓦时(度电)电池包,但是只能行驶370公里,因为车重。

上面的计算看起来容易,实际上轿车上的空间很难容纳这么大个的电池。特斯拉Model S整个底盘已经被用来装电池包。如果汽车大些可以容纳大个电池,但自然车重又降低了能耗效率。所以,用目前的电池去达到600公里有难度。我们需要能量密度更高的电池,这样电池在能量相同的情况下重量和体积都要小。

所以,三星SDI这次推出的电池应该具有更高的能量密度。

三星SDI现有的60安时的方型电池能量密度应该在130瓦时/公斤。宝马i3用的应该是这款电池。2017款i3可能使用94安时的单体电池,电动里程增加到200公里。那么这款94安时的电池的能量密度应该在190瓦时/公斤。

三星SDI自己的路线图计划在2019年达到250瓦时/公斤。时间上和这次展出的支持600公里的产品相近。而且250瓦时/公斤比前面190瓦时/公斤增加30%。有传言说三星SDI在研发120安时的单体电池。那么支持600公里的电池会不会是120安时,250瓦时/公斤?

另一款电动车大众e-Golf用的是松下25安时方型电池,能量密度为170瓦时/公斤。有报道称2017款e-Golf将使用37安时的电池,里程增加30%。那么能量密度应该在220瓦时/公斤。

去年,日立公开了335瓦时/公斤,30安时的原型电池。公司计划在2020年开始量产。