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电动车电池还能更安全吗?

更新时间:2019-04-24 21:11:22    来源:42号车库    手机版

电动车电池还能更安全吗?

42号车库 2019-04-24 21:11

如果给第 18 届上海车展下一个定义,这可能是有史以来第一场电动车显露锋芒的车展。不仅仅因为特斯拉和比亚迪这类老牌电动车厂再次推出具备足够竞争力的产品,更多其他车企也都推出了 NEDC 600 km +、百公里加速 5 s 俱乐部的纯电动车。

电动车产品力逐步与燃油车匹敌的背后,电池能量密度的提升功不可没。但众所周知,能量密度和热稳定性是动力电池此消彼长的两大矛盾点,如何在提升能量密度的同时确保热稳定性处于平衡状态,避免自燃等悲剧,这是整个行业面临的难题,更是未来消费者关心的问题。

4 月 17 日,远景 AESC 在上海车展发布新一代 Gen-5 811 AIoT 动力电池。老牌玩家重新出发,在电动化逐步成为主流的今天,在大多数人都将目标聚焦在电池能量密度时,车展发布会期间,远景 AESC 提的最多的一个词,是「安全」,他们认为安全是电动汽车行业未来发展的「灰犀牛」。

AESC:老牌车企内长出来的动力电池公司

在介绍新品细节之前,有必要简单介绍一下远景 AESC 本身。

先说 AESC,AESC 全称 Automotive Energy Supply Corporation。2009 年 7 月,日本老牌车企日产和日本电气(NEC)成立了合资公司 AESC,负责车规级动力电池的研发和制造工作,业务涵盖电池电极、单体的研发和制造、模组设计和制造、Pack 的研发和制造。

那么,日产和 AESC 的组合,是类似特斯拉和松下的结盟关系?这么说不完全对。

特斯拉早期使用的 18650 电芯并不是为电动汽车使用场景设计的,特斯拉和松下一起做了大量的改良研发和测试,让 18650 动力电池通过了 SAE 的电池组极限测试和美国联邦机动车辆安全标准(FMVSS)的测试。

Tesla Roadster 1

而 AESC 创立之初就以生产车规级动力电池为目标。

随着 2010 年日产 Leaf 开始投放市场,AESC 的规模开始起量。到 2014 年,AESC 成为全球第二大动力电池制造商,市场份额达到 21%,排在它前面的只剩下松下。在 9 年的时间里,AESC 为日产系的 43 万辆电动车提供了动力电池解决方案。

可以说,AESC 在动力电池市场里切入的时机及时而准确,但是在后期发展中,由于和日产的深度捆绑,反而影响了 AESC 最快速度地拓展市场规模。

AESC 的困境和破局

不得不说,在被远景收购前,AESC 已经很难称得上动力电池市场的主流玩家:在 2019 年前,AESC 在全球有三大生产基地,分别位于美国田纳西、英国桑德兰和日本神奈川,三地产能分别为 3.0 GWh、1.9 GWh 和 2.6 GWh,加起来一共 7.5 GWh。要知道 2018 年松下的产能已经推到了 23 GWh。更大的规模效应会带来了成本的大幅下降,在市场竞争的时候带来显著优势。

2170

早在 2017 年 1 月,特斯拉就宣布基于 811 配方的 2170 电池实现投产,新配方会带来更高的能量密度和更低的钴含量,一方面助推成本的下降,另一方面也提升了产品竞争力。

2016 年 12 月,时任日产雷诺联盟董事长戈恩抱怨 AESC 无法提供「具有价格竞争力的动力电池」,不得不说戈恩的抱怨是值得商榷的。Elon Musk 和松下在内华达州已经砸了 45 亿美元建设超级工厂,巨大的规模和激进的新兴技术投产才促成了能量密度的不断提升、成本的不断下降。但总的来说,日产对 AESC 的态度是:亲自供养一个动力电池企业的成本太高了。于是,出嫁 AESC,通过开放 OEM 合作和扩大产能降本,成为日产的选择。

Gigafactory 1

我们再看看远景的破局。

2019 年 4 月,远景宣布完成对 AESC 日本、美国、英国生产基地的动力电池业务控股权和 NEC 旗下电池电极生产业务 NEC Energy Devices 全部股权的收购。在新成立的公司中远景基金持股 80%,日产持股 20%。绑定有稳定需求的 OEM 合作伙伴,这对动力电池厂商来说很重要。

远景是谁?你可以简单理解为这是一家数字能源公司:在风电、光伏、充电、储能、物联网方面都有软硬件布局,按照官方的定义,远景旗下的智能物联系统EnOS接入了全球 120 GW 的能源终端和 5000 万台智能设备。通过算法统一调度能源,确保能源供需的动态平衡,创造协同价值。

远景官网

在 4 月 17 日的上海车展发布会上,远景 AESC CEO 松本昌一宣布了公司旗下 Gen-5 811 AIoT 动力电池的产能规划:811 配方电池的能量密度超过 300 Wh/kg,远景 AESC 已经对其进行了多项安全测试。

Gen-5811 AIoT动力电池

在完成对 AESC 的收购后,远景 AESC 在江苏无锡开设了中国制造工厂,设计产能 20 GWh / 年,布局了业内最先进的Gen-5811 AIoT动力电池产线,可以支撑每年超过 40 万辆新能源汽车的电池供应。

脱离日产束缚的远景 AESC 具备了向第三方车厂供应动力电池的条件,所以,继续加大研发投入,完美复制产品质量管理体系,布局新工厂迅速扩大产能规模,这才是远景 AESC 破局的关键。

远景 AESC 的市场竞争力:安全+智能

2018 年,全球动力电池三甲是宁德时代、松下、比亚迪,市场份额分别为 21.9%、21.4% 和 12.0%。松下的成功源自于早期绑定特斯拉,两家企业激进的投资和研发布局。宁德时代和比亚迪是如何反超三星 SDI、AESC 这类老牌动力电池企业崛起的呢?

除了新能源汽车,中国对于本土动力电池企业也有补贴政策。这只看不见的手直接促成了奔驰 EQC、奥迪 e-tron 之类的纯电动车在国产时更换为本土电池供应商,另一方面,补贴显著降低了包括 AESC 在内的纯粹海外背景供应商的在过去几年的市场竞争力。

奥迪 e-tron

但事情正在起变化,一方面,交割后的远景 AESC 已经变成了一家全球布局的中资企业;另一方面,韩国动力电池三巨头 LG 化学、三星 SDI 和 SKI 都在华设立了研发中心,他们卷土重来是因为,基于动力电池的补贴正在退坡,到 2020 年将完全退出。看不见的手撤退,纯粹的技术和产品成为竞争的核心。

中国不缺少一家电动汽车公司,但缺少一家能够提供极致安全性和高度智能的电池公司,这是我们的理念。尤其电池安全是电动汽车行业最大的「灰犀牛」,远景 AESC 将通过智能物联科技,保持「零重大事故」的极致安全记录,让每一个人、每一个家庭都能安心乘坐电动汽车。”远景集团 CEO,远景 AESC 董事局执行主席张雷在车展采访期间对 42 号车库这样说。

简言之,安全 + 智能,是远景 AESC 对自己定义的两大竞争力。

搭载 AESC 电池的 Leaf 已经在全球各地跑了超过 9 年,而重大撞击起火事故记录鲜见公开报道。而现在,远景 AESC 即将投产Gen-5811 AIoT动力电池,远景 AESC 如何保障电池安全?

Leaf

远景 AESC 执行副总裁渡边康晴从两个方向来表达了他们对于电池安全的探索。

第一点就是我们通常会提到的电池在设计和生产环节的安全性的考虑。从电芯、模组到封装的三个环节入手,实现可靠性、寿命性能和内阻三方面性能的平衡。

比如说,如果充电过程中 BMS 发生故障,很容易造成电池安全性出现问题。所以遇到过充情况时,必须严格控制电极与电解液之间的发热。

这个问题怎么解决呢?远景 AESC 提升了正极材料的热稳定性,增加了隔膜的耐热性,然后通过在电解质中添加特殊化学物质,使其在电极表面更不容易发热。以此来保证电池过充状态下的安全性。

对于即将投产的Gen-5811 AIoT动力电池,远景 AESC 中国研发中心负责人林玉春博士介绍了他们所做的工作:简单地说,远景 AESC 的硅碳 811 电池通过改变 NCM811 正极材料的表面结构,提高与电解液的高压匹配,重点解决两大安全相关问题:产气能不能控制好,散热能不能降低。

远景 AESC 在 811 表面增加了添加剂,能够让体系更稳定。原材料需要通过多项测试去验证材料稳定性。研发过程中,首先是保证材料化学结构的电化学反应稳定性、产气稳定性,以及热稳定性;在更高温度的情况下不会发生结构分解,提供安全性能。

在模组级别的设计上,远景 AESC 在给日产 Leaf 设计的电芯在充放电过程中产热比较小,循环过程中的温升也较低,成组以后的放热好控制。而此次远景 AESC 还升级了电池的冷却系统,结合先前多品种整包量产的经验和仿真验证能力,为主机厂提供不同定制化方案。

Leaf 电池组

到了 Gen5-811 AIoT 电池体系,远景 AESC 提出了可定制化方案:如果整车设计当中的功率要求需要大功率充放电,热量比较大,远景 AESC 会和整车配合,定制化设计整包的热管理系统。

从 BMS 角度讲,远景 AESC 的边界条件控制得很严格,通过大量的测试验证,明确定义清晰的电池的析锂窗口以及发生热失控的边界条件,进而在 BMS 对产生析理和发生热度失控的两端进行严格的控制,确保电池不会出现热失控风险。这种控制已经在日产 Leaf 上被证明是非常有效果的。

第二点是远景 AESC 引入了 AIoT 的概念,将大量传感器连接到电池,从中获得电池的使用方法、输入输出电流、环境温度、环境震动、行驶距离、地址位置等数据,并使用 AI 对这些数据进行分析。

数据的分析结果既可以追溯和验证电池设计方案的优缺点,还可以把数据连接到远景的可再生能源网络,在能源体系管理中输出经验和数据,最终形成生态闭环。

这就是前文提到的,远景 AESC 为什么会在自己定义的竞争力之中,除了安全还加上了智能的要素。

收购 AESC,远景要补齐哪一块拼图?

远景为什么要收购 AESC?

远景 AESC 执行董事兼中国业务负责人赵卫军说过一句话,大意是在动力电池领域,大家都关注 kWh,而远景更关注 kW。

在收购 AESC 前,远景旗下的远景智能板块创新的EnOS物联操作系统把远景已有的风力发电、太阳能、储能、智能楼宇等业务完整打通,以实现智能化控制与协同。通过收购 AESC,远景初步完成了对能源的生产(发电)、能源的载体(动力电池和储能)、能源的供需分配(通过大数据云端匹配能源峰谷期的供需平衡),能源的消费(用户侧)的生态闭环。

这是一个升维意义上的产业布局,举一个最基础的例子,基于这套系统,普通动力电池不仅可以作为平衡大电网用电的「充电宝」,更能避免车辆报废后淘汰拆解的宿命,将车规电池不拆包回收应用到储能领域,让电池长久持续的发挥着它的作用。

这是远景持续投入 AESC 的底层逻辑所在,也是远景 AESC 的终极想象力。

这也就难怪,在收购了 AESC 后,有些媒体判断,这是一家跟特斯拉战略布局直接竞争的公司,因为他们共同关注的,是电力和能源。

当然,眼下的 远景 AESC 还看不到那么远的星辰大海。眼下的第一步,是抓住补贴退坡的契机,在延续「零重大事故」的记录的同时,迅速拉升产能、占领市场。


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