突破性的亿航184载人自动驾驶飞行器概念需要突破性的高性能动力电池

一月初在美国拉斯维加斯的大型消费电子展(Consumer Electronics Show,CES)上最吸引眼球的技术之一当属亿航184,首款可载人自动飞行器的概念机型。推出此概念的是总部位于广州的亿航智能技术有限公司。

亿航184可以被看作是一个四轴飞行器,配备了一个足够大的机身。据亿航网站的参数,四轴各自具有2个1.5米长的桨。机身高约2米,宽约1米。这样的机身空间可以舒服的装下一个人。

机舱内部装有一个很有未来感的座椅(其实整个飞行器都是未来感)。座椅前方伸出一个12英寸的操控多媒体平板。亿航184配有空调、4G网络连接、行李后备箱、可变双色阅读灯和一个向下摄像头。这家伙的续航时间为23分钟(海平面),平均速度为100公里/小时。简单计算下来是续航38公里。

当然,亿航184是电池驱动的纯电动飞行器。一次航程总能耗为14.4千瓦时(度电)。整机最大输出功率为106千瓦。基于这两个指标,讨论一下对电池意味着什么很有意思。

一种可能性是只用一个14.4千瓦时的锂离子电池包(电动汽车的绝对主流动力电池)。按照目前电池的技术水平估算,这个14.4千瓦时的电池包应该要超过100公斤。(我们主页上有一些电动汽车电池包的比能量数据)举个例子,通用汽车即将推出的320公里的雪佛兰Bolt纯电动汽车配有60千瓦时的电池包。整个电池包的重量是425公斤。。。

那么,亿航184的净重是200公斤。自动驾驶飞行器可以有一半的重量都来自电池吗?

不管电池重量能不能占到一半,如果电池能够更轻当然是更好了。美国先进汽车联盟(United State Advanced Battery Consortium,USABC,由菲亚特克莱斯勒、福特和通用汽车创立)计划在2020年使电池包的能量密度达到235瓦时/公斤。这样的话,14.4千瓦时就只有60公斤重了。

现在假设说亿航184有一个14.4千瓦时的电池。加下来的挑战是怎么让这个电池输出106千瓦的功率。还是拿Bolt做参照,60千瓦时的最大输出功率是150千瓦 – 功率能量比为2.5。亿航14.4千瓦时的电池的功率能量比要超过7。

目前市场上的确有功率型动力电池。比如微宏的LpCo锂离子电池的功率能量比可达4。普锐斯插电式混合动力版电池的功率能量比可以超过10。但功率型电池一般比能量低,就是说电池在千瓦时相等时要重的多。比如普锐斯4.4千瓦时的电池就有80公斤重。

再说第二种情况,电池需要富余20%的能量储备(这也更接近实际情况)。那么电池要有17.3千瓦时。这样飞行器就剩下不到80公斤分配给机身、桨和其它部件了。而且这种情况的功率能量比还是很高。

再说第三种情况,假设功率能量比能达到4。那么106千瓦的输出功率就需要一个26.5千瓦时的电池包。这样电池本身就快到200公斤了。

这样讨论下来我们能感觉到,亿航184对电池的要求很高。这包括高比能量和高功率能量比。这些指标(还有成本、安全性和温度范围等指标)也是电动汽车正在努力追求的。

亿航184的确是一个很好的技术概念。那些科幻电影里的未来城市3D交通飞满了各种飞行器可能就从这开始了。我们真的应该加油造出一块这样的电池让亿航184飞起来。

广汽与优步结成战略伙伴 共同推动电动汽车发展

广汽(广州汽车集团股份有限公司)在2015年12月21日宣布成为优步(Uber)中国的战略投资方。投资金额没有披露。这次投资是优步中国B轮融资的一部分。其它的可能投资方包括百度、海航和万科等。优步中国对自身的估值相传在六七十亿美元之间。另外,在2015年12月3日,优步在美国备案了21亿美元G轮融资的文件。在融资结束后优步的估值有可能达到646亿美元。

广汽是广州汽车工业集团控股公司。广州汽车工业集团位列财富世界500强,2015年排名第362位,2014年的收入为332.37亿美元。广汽在2015年前三季度实现收入189.5亿人民币,比2014年同期增加21.2%。广汽在国内与本田、丰田和菲亚特等国际车厂都建有合资公司。

广汽与优步将共同推动电动汽车发展。另外,合作领域还包括投资、销售和市场。目前广汽拥有一款纯电动SUV传祺GS4 EV和一款插电式混合动力轿车传祺GA5 PHEV。GS4 EV的电里程为240公里,而GA5 PHEV的电里程部分为80公里。广汽在2016年还计划推出另外两款电动车,分别为插电式混合动力轿车传祺GA3S PHEV和插电式混合动力SUV传祺GS4 PHEV。

这次战略投资将促进广汽在蓬勃的新能源汽车市场快速发展。这同时包括国内和国际市场。2015年上半年,广汽的插电式混合动力车产量为国内第三位,而纯电动汽车的产量排在前10名之外。对于优步来说,新能源汽车有利于公司注重环保的形象。作为一个提供叫车打车服务的公司,优步本身对环保已经具有正面直接的影响。

优步在美国市场也在尝试电动汽车。在2015年3月,优步与比亚迪和Green Wheels合作在芝加哥部署了25辆比亚迪e6纯电动车 。

优步这种新兴的商业模式已经开始受到传统车企的关注和兴趣。广汽可以说是在这个领域领先了一步。通用汽车紧接着在今年1月4日宣布5亿美元投资美国的另一家叫车打车公司Lyft,在1月18日又用3900万美元收购了第二家同行业公司Sidecar。然后通用汽车在1月21日宣布推出自己的叫车服务Maven。

相信这只是传统车企利用叫车商业平台发展的第一步。

特斯拉今年将率先在韩国推出廉价车型?

最近一些韩国和国内媒体报道特斯拉计划在2016年率先在韩国的济州岛推出Model E。消息称此车型售价在各种补贴前将为35655美元(约合人民币24万元)。相比于低端Model S 60千瓦时(度电)的69900美元的价格,Model E要廉价很多。电池为48kWh。续航里程为320公里。

此款廉价车型的规格和特斯拉即将推出的Model 3很相似。埃隆马斯克称Model 3将在今年3月亮相(有可能是在日内瓦车展期间),然后在2017年开始生产。据我们所知,Model 3的准确电池数据目前还没有公开报道,猜测在50到60kWh之间。电池很有可能来自特斯拉的超级电池工厂。

在2014年,特斯拉曾经计划命名其第三款量产车型(在Model S和Model X之后)为Model E。而且提交了商标申请。福特在几个月后也提交了同样的商标申请。后来特斯拉撤回了此申请,而福特保持了它的商标申请。在这个事件后,特斯拉决定了Model 3这个名字(很有可能用3个横杠来代表3)。

这样的话,媒体报道的济州岛Model E会不会就是埃隆马斯克所指的Model 3?特斯拉会不会在韩国拥有Model E的商标权?美国和韩国都是商标国际注册马德里协议成员国。这意味着在美国的商标申请方或商标权所有方,可以选择向美国专利局进一步申请其商标在80个成员国的所有权。如果福特或其它公司没有申请或拥有Model E在韩国的商标权的话,特斯拉的确有可能拥有Model E在韩国的商标权。

可能现在下定论还为时尚早。希望特斯拉和它的韩国分公司会发布进一步消息。也许媒体报道用的“推出”指的只是开始接受订单,Model E实际上是Model 3。这样就和埃隆马斯克的说法一致了。

另外,我们可以看看35655美元的售价和48kWh的电池是不是与Model 3发布时一致,毕竟目前还没有见到具体的Model 3的定价和电池相关的信息。

特斯拉在未来还用可能进一步推出Model 3跨界版(crossover)和Model Y!

特斯拉Model S新一代90 kWh含硅锂离子电池猜想

特斯拉公司(Telsa)在2015年7月宣布Model S的三项计划:70 kWh后轮驱动车型发布,P85D新增极速驾驶(Ludicrous)模式,85 kWh车型可以升级至90 kWh。

这里我们想讨论的是这个90 kWh的电池。升级后,续航里程可以增加约6%。特斯拉CEO埃隆马斯克宣布这个电池在负极里加入了硅材料,还说这只是锂离子电池使用硅负极的一小步。但这一步也创造了历史。之前还没有任何电动车的电池里用到了硅。

为什么硅负极受到这么大的关注?这是因为硅可以为车用锂离子电池带来质变。比如,美国先进汽车联盟(USABC)发布了2020年电动汽车电池的目标。为了安抚消费者对电动汽车的里程焦虑,单体电池的比能量要达到350 瓦时/公斤,电池包的比能量要达到235瓦时/公斤。

目前锂离子电池使用的石墨负极不可能实现这些目标。据我们所知,单纯使用石墨负极,公开产品的比能量小于250瓦时/公斤(松下3400毫安时的NCR18650B的比能量为243 Wh/kg)。美国亚贡嘎(Argonne)国家实验室的计算数据显示只使用石墨负极的电池包,能量密度不能超过200瓦时/公斤。

硅负极可以实现2020年的目标。原因在于1克硅可以储存3578毫安时的电量,而1个石墨只能存储373毫安时。我们知道电池的能量就是电量和电压的乘积。所以硅负极锂离子电池的能量密度要高。需要指出的是,电池里还有其它组分占份量,如电解液,封装材料和电源管理系统等,所以10倍的比容量不能直接等同于10倍的比能量。我们主页上有一些比能量的电池指标追踪数据

科研界在80年代首先发现了硅负极的高比容量。目前使用的纳米粉体方案是中科院物理所李泓研究员等人在1999年提出的。但目前硅还没有实现大规模的推广应用。主要问题是硅的高比容量意味着在充放电过程中吸纳/吐出大量的锂离子,产生280%的体积变化,导致硅在电池里极不稳定。使用硅做负极的锂离子电池在大批量生产的层次还未见满意的循环寿命。松下曾计划在2012年量产4000毫安时18650硅基锂离子电池,但直到今天我们也没有见到相关产品。

目前的做法是在石墨负极里掺入少量硅(不如5-10%),这种电池仍可获得不错的循环寿命。这可能也是特斯拉的做法。

Table

特斯拉代表了18650车用电池的流派。特斯拉目前85 kWh的电池包使用的是松下3100毫安时NCR18650A。此电池用的是三元系镍钴铝NCA正极和石墨负极。2012年推出的3400毫安时NCR18650B使用的相同正负极。

之后可能的三个18650电池(3400毫安时NCR18650BF,3500毫安时NCR18650GA,3600毫安时NCR18650G)可能含有硅(应该是氧化硅)。我们主页上有一些电池容量的指标追踪数据

NCR18650BF比NCR18650B轻2g,标称容量和电压一样。这样比能量为248瓦时/公斤,比NCR18650B增加2%。NCR18650GA的比能量估计为255瓦时/公斤,比NCR18650B增加5%。NCR18650GA的标称容量高,也重一些48.0克。NCR18650G为3600毫安时,重量和个头也比NCR18650GA要低,比能量估算为269瓦时/公斤,比NCR18650B提高11%。NCR18650GA可以在orbtronic.com和fasttech.com买到。NCR18650G可以在keeppower.com买到。需要指出的是,这三个电池在松下官网上都找不到。

其它电池厂家也可能在用硅,比如LG化学的3500毫安时INR18650-MJ1和三星的3500毫安时INR18650-35E。

锂离子电池原材料需求旺盛 价格暴涨

工信部数据显示,在2015年11月,我国新能源车产量比2014年同期同比增长了5倍,达7.23万辆。这样,在2015年1月到11月期间,新能源车总产量达27.92万辆,较2014年同比增长了4倍!

我国新能源车基本上是电动汽车(包括纯电动汽车和混合动力车)。在国内电动汽车市场上领先的厂商包括比亚迪吉利江南北汽新能源

火爆的电动车市场对锂离子电池原材料产生了巨大的需求。目前国内的电池需求量可达12.5吉瓦时(1吉瓦时GWh等于1000兆瓦时),但是目前的年产量在5吉瓦时左右,连需求量的一半都达不到。

供需之间的大缺口致使目前市场上一些原材料的价格在过去几个月出现大涨。

比如电解液中的锂盐六氟磷酸锂(LiPF6),在2015年初的价格为每吨9万,但2015年12月时已经可以看到每吨26万的报价了,涨了接近2倍。这样使得下游的电解液价格也跟着水涨船高,提升了20%到30%。传言电解液行业酝酿在2016年1月将进一步调整价格。粗算1吨LiPF6可以生产8吨电解液(其它7吨为有机溶剂如碳酸乙烯酯)。

碳酸锂(LiCO3)是生产正极材料和LiPF6的主要原料。在2015年9月份的平均价格是每吨5.5万,但是现在的价格达到了每吨12万。3个月的时间就翻番了。美国供应商FMC也在2015年10月将碳酸锂的售价提高了15%。

还有,作为电池关键组件的隔膜材料在2015年的需求量在6.2亿平方米,比2014年增加了36%。价格方面,2015年初的平均价格在每平方米4元,但现在有的下游厂家需要花每平方米8元的价格购买。

在这种旺盛的需求推动下,原材料供应商也在积极扩产。LiPF6方面,天赐多氟多九九久在2016年产能都会翻番。三家总产能将达1.4万吨。尽管这样,在2016年仍然可能存在3000吨的全球供应缺口。碳酸锂方面,四川天齐将提高产能到2.75万吨,江西赣锋将提高产能到1.1万吨。Albermarle雅宝在智利的2万吨基地2016年将开始生产。隔膜方面,沧州明珠在2017年将具有产能1.4亿平方米。辽源鸿图再建4500万平方米的生产线。在另一方面,未来产能过剩的问题也有可能出现。

这一波原材料价格上涨对下游电池和电动车行业的影响还不明朗。以电解液为例,它在电芯的成本中约占15%。如果电解液售价上涨50%,电芯的成本可能增加7.5%。