飛躍進(jìn)步的車載鋰離子電池，獨(dú)立廠商的存在感大增（上）

進(jìn)入2012年以來(lái)，電動(dòng)汽車源源不斷地被投放到市場(chǎng)，車載鋰離子充電電池市場(chǎng)迅速擴(kuò)大。不僅是與汽車廠商合資成立的公司，獨(dú)立的電池廠商的訂單也在增加。即便如此，車載鋰離子充電電池的開(kāi)發(fā)競(jìng)爭(zhēng)才剛剛開(kāi)始。車載電池廠商正在積極致力于新一代電池的開(kāi)發(fā)。本文將介紹從2012年2月舉行的“AABC 2012”上采訪到的新一代材料等的最新開(kāi)發(fā)情況。

　　“2015年將把電動(dòng)汽車在新車銷量中所占的比率提高至2～5％，2020年提高至10～25％”（美國(guó)福特汽車）。

　　不只是日本的豐田、日產(chǎn)和本田，全球各大汽車廠商都開(kāi)始全面向市場(chǎng)投放電動(dòng)汽車（EV）、插電式混合動(dòng)力車（PHEV）和混合動(dòng)力車（HEV）等電動(dòng)汽車。

　　與此同時(shí)，車載鋰離子充電電池市場(chǎng)也開(kāi)始形成。2011年引領(lǐng)市場(chǎng)發(fā)展的正是EV用鋰離子充電電池。這是因?yàn)橐匀债a(chǎn)的“LEAF”（中國(guó)名：聆風(fēng)）為首，三菱汽車的“i-MiEV”和“MINICAB MiEV”、法國(guó)雷諾的“Fluence Z.E.”和“Kangoo Z.E.”等配備電池的EV相繼上市的結(jié)果。

　　為日產(chǎn)和雷諾供貨鋰離子充電電池的Automotive Energy Supply（AESC） 代表董事社長(zhǎng)松本昌一表示：“已經(jīng)面向EV生產(chǎn)了4萬(wàn)5000輛車使用的電池，面向HEV生產(chǎn)了6000輛車使用的電池”注1）。

注1） AESC目前構(gòu)筑了每年生產(chǎn)9萬(wàn)輛EV、1萬(wàn)輛HEV所需電池的生產(chǎn)體制。按容量換算，每年為2.2GWh；按數(shù)量換算，每年為182萬(wàn)個(gè)單元。目前，EV方面主要為日產(chǎn)的“LEAF”以及法國(guó)雷諾的“Kangoo Z.E.”和“Fluence Z.E.”供貨，HEV方面主要為日產(chǎn)的“風(fēng)雅混合動(dòng)力車”供貨。

　　美國(guó)Advanced Automotive Batteries公司的Menahem Anderman預(yù)測(cè)稱，EV用鋰離子充電電池組的市場(chǎng)規(guī)模在2011年約為8億美元，到2012年將超過(guò)10億美元，2015年將達(dá)到25億美元（圖1）注2）。

圖1：不斷擴(kuò)大的車載鋰離子充電電池組市場(chǎng)
預(yù)計(jì)鋰離子充電電池組將取代此前的鎳氫充電電池組，并不斷擴(kuò)大市場(chǎng)規(guī)模。圖由本刊根據(jù)“AABC”主辦者M(jìn)enahem Anderman的預(yù)測(cè)制作。

注2）在“AABC 2012”上，Anderman在以“Advanced Vehicle and Advanced Automotive Battery Market Trends”為題發(fā)表的演講中，公布了市場(chǎng)預(yù)測(cè)。

　　另外，2012～2013年間，各家汽車廠商也都計(jì)劃上市PHEV和HEV。PHEV方面，繼豐田2012年1月開(kāi)始銷售的“普銳斯PHV”之后，2012年秋季至2013年初，本田預(yù)定推出新款“雅閣（Accord）”的PHEV款、福特預(yù)定推出“C-MAX Energi”和“Fusion Energi”、瑞典沃爾沃汽車預(yù)定上市“V60插電式混合動(dòng)力車”等。

　　HEV方面，德國(guó)廠商逐漸開(kāi)始全面推出產(chǎn)品。2012年內(nèi)，寶馬預(yù)定上市“ActiveHybrid 5”和“ActiveHybrid 3”，戴姆勒預(yù)定上市“E400 HYBRID”和“E300 BlueTEC HYBRID”，大眾計(jì)劃上市“捷達(dá)混合動(dòng)力車（Jetta Hybrid）”。此外，福特也計(jì)劃2012年內(nèi)上市“C-MAX Hybrid”和“Fusion Hybrid”。

電池廠商的供貨客戶明確

隨著電動(dòng)汽車全面投放市場(chǎng)，各家汽車廠商所使用的電池廠商陣容也變得明朗起來(lái)（圖2）。此前在車載鋰離子充電電池領(lǐng)域，除了獨(dú)立廠商韓國(guó)LG化學(xué)外，要數(shù)AESC、Lithium Energy Japan、Primearth EV Energy（PEVE）和Blue Energy等與汽車廠商合資成立的車載電池公司。

圖2：車載鋰離子充電電池的主要供求關(guān)系
配備或者預(yù)定配備鋰離子充電電池組的主要車型與電池廠商的關(guān)系。

而最近，獨(dú)立開(kāi)發(fā)車載鋰離子充電電池的三洋電機(jī)（現(xiàn)為松下）、東芝和日立車輛能源等已經(jīng)被敲定向多家汽車廠商供貨產(chǎn)品。

　　例如，松下2012年3月宣布將為福特的Fusion Hybrid和Fusion Energi供貨鋰離子充電電池。該產(chǎn)品是三洋電機(jī)開(kāi)發(fā)的，松下似乎將為Fusion Hybrid提供5Ah的單元，為Fusion Energi提供20.5Ah的單元。20.5Ah的單元與豐田普銳斯PHV配備的單元相同。

　　5Ah單元除了已經(jīng)開(kāi)始面向德國(guó)奧迪的“Q5 Hybrid”供貨外，大眾的捷達(dá)混合動(dòng)力車也決定采用。另外，豐田宣布將在多款HEV上采用。除此之外，松下還預(yù)定為特斯拉汽車的EV“Model S”和“Model X”，以及特斯拉和豐田共同開(kāi)發(fā)的EV“RAV4 EV”供貨圓筒型單元“18650”。

東芝和日立也在不斷擴(kuò)大客戶數(shù)量

　　此外，在日本的電池廠商中，東芝也面向EV實(shí)現(xiàn)了突飛猛進(jìn)。東芝的車載鋰離子充電電池負(fù)極材料采用鈦酸鋰（LTO），因此具有安全性高、壽命長(zhǎng)、低溫特性出色的特點(diǎn)。不過(guò)，缺點(diǎn)是單元的平均電壓只有2.5V左右，比以往的鋰離子充電電池低1V以上。

　　因此，配備200～400V高電壓電池組的EV需要大量串聯(lián)電池單元，電池行業(yè)認(rèn)為“難以采用”。但實(shí)際上，該單元除了已經(jīng)用于三菱汽車的i-MiEV和MINICAB MiEV的部分車型上，本田的“飛度EV”也決定采用。

　　據(jù)某汽車廠商的技術(shù)人員透露，采用的理由是因?yàn)殡姵氐某潆姞顟B(tài)（SOC）即使在變動(dòng)較大的范圍內(nèi)使用也很少發(fā)生劣化，低溫特性較高，“電池的極限值高這一點(diǎn)也適合EV使用”。

　　此外，在獨(dú)立的日本廠商中，還有傳言說(shuō)，日立車輛能源除了美國(guó)通用汽車（GM）的HEV“LaCrosse”和“Regal”外，還在為日產(chǎn)的新一代HEV供貨產(chǎn)品。日產(chǎn)為推進(jìn)層壓型電池單元，與NEC集團(tuán)設(shè)立了合資公司，而沒(méi)有與日立集團(tuán)合作。不過(guò)，估計(jì)是考慮到要從兩家以上的公司采購(gòu)電池的基本戰(zhàn)略，日產(chǎn)還是決定采用日立車輛能源的方型單元。

　　另外，美國(guó)廠商方面，美國(guó)A123 Systems的鋰離子充電電池預(yù)定用于寶馬的ActiveHybrid 5和ActiveHybrid 3、美國(guó)菲斯克汽車的PHEV“Karma”以及通用預(yù)定2013年上市的新款EV“Spark EV”上。A123 Systems的鋰離子充電電池的特點(diǎn)是，正極材料采用磷酸鐵鋰（LiFePO4，LFP）。計(jì)劃向?qū)汃R供貨圓筒型單元，向菲斯克和通用供貨層壓型單元。

電池單元在電池組的成本中所占比率降至一半以下

2012年2月6～10日在美國(guó)佛羅里達(dá)州奧蘭多（Orlando）舉行了車載電池國(guó)際會(huì)議“AABC（Advanced Automotive Battery Conference）2012”。會(huì)上，汽車廠商和電池廠商相繼介紹了新款車配備的或者預(yù)定配備的車載鋰離子充電電池的詳細(xì)情況。

　　其中，采用A123 Systems公司電池的寶馬和菲斯克也分別登臺(tái)介紹了各自的電池組。寶馬就定于2012年春上市的HEV——ActiveHybrid 5使用的電池組，以“THE LIION-BATTERY OF THE ACTIVE HYBRID 5”為題發(fā)表了演講。

　　ActiveHybrid 5采用了96個(gè)容量為4Ah的圓筒型單元。以12個(gè)單元為一個(gè)模塊，共配備了8個(gè)模塊。容量為1.35kWh，電壓范圍為200～385V。容積為40L，重46kg。寶馬為抑制單元劣化，除了控制電池的SOC范圍外，還采用了水冷方式。因此，實(shí)際上只使用0.6kWh的容量。

　　寶馬在此次演講中還提到了ActiveHybrid 5的電池組成本。電池單元在不包括組裝等制造工序在內(nèi)的電池組成本中所占的比例目前降到了50％以下。該公司認(rèn)為，今后為降低成本，“不僅是單元，還需要削減周邊部件的成本”（寶馬單元技術(shù)經(jīng)理Peter Lamp）（圖3）。

圖3：?jiǎn)卧杀窘抵岭姵亟M總成本的一半以下
寶馬就“ActiveHybrid 5”的電池組成本詳情發(fā)表了演講。單元在電池組整體所占的成本比率低于50％。電池組的成本中不包括組裝工序等制造成本在內(nèi)。圖由本刊根據(jù)寶馬的資料制作。

采用A123 Systems的層壓型電池單元的是菲斯克。該公司是開(kāi)發(fā)PHEV的風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)，其首款上市車Karma從2011年底開(kāi)始交車。菲斯克以“Energy Storage System Design for Performance Extended Range Electric Vehicles”為題介紹了Karma的電池組（圖4）。

圖4：采用A123 Systems的層壓型單元
菲斯克在“Karma”上采用了A123 Systems的層壓型單元。（攝影：菲斯克汽車）

Karma是配備2個(gè)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和1個(gè)發(fā)電機(jī)的串聯(lián)方式PHEV。采用315個(gè)容量20Ah的層壓型單元。21個(gè)單元組成一個(gè)模塊，以3并聯(lián)×5串聯(lián)的方式配備。容量為20.1kWh，電壓為336V。充電一次可行駛80km，電池余量減少后，利用排量2.0L的渦輪串聯(lián)4缸發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)可行駛483km左右。

積極推進(jìn)單元標(biāo)準(zhǔn)化的德國(guó)廠商

　　在本屆AABC 2012上可以發(fā)現(xiàn)，各公司在電池組設(shè)計(jì)方面的思想開(kāi)始出現(xiàn)較大差異。豐田、日產(chǎn)和本田等日本廠商的電池組趨于采用空冷式，并盡量簡(jiǎn)化構(gòu)造從而降低成本，而歐美廠商大多傾向于采用水冷式，并以特定的小范圍管理單元的充電狀態(tài)和溫度。

　　而且，德國(guó)廠商表現(xiàn)出了使單元容量和外形尺寸等標(biāo)準(zhǔn)化，從而實(shí)現(xiàn)通用的想法。在AABC 2012上，寶馬表示，打算通過(guò)德國(guó)汽車工業(yè)會(huì)（VDA）使單元實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，推動(dòng)HEV、PHEV和EV使用的模塊實(shí)現(xiàn)通用，從而用于多種車型。通過(guò)實(shí)現(xiàn)通用化，有助于進(jìn)一步降低成本。

　　而豐田等仍然堅(jiān)持認(rèn)為，不同車輛的配備空間各不相同，應(yīng)該從多種單元中選擇最合適的產(chǎn)品配備，實(shí)現(xiàn)單元的標(biāo)準(zhǔn)化比較難。