锂动力电池技术及市场动态简介

1、动力电池及管理系统概述动力电池及管理系统概述技术发展趋势技术发展趋势市场分析市场分析产业动态产业动态挑战与对策挑战与对策新型高能二次动力电池新型高能二次动力电池及管理系统及管理系统概述概述动力电池动力电池 动力电池的水平决定了电动汽车的发展水平；动力电池的水平决定了电动汽车的发展水平； 新型高能二次动力电池的研发成为世界各国新型高能二次动力电池的研发成为世界各国爭爭夺电动汽车制高点的焦点；夺电动汽车制高点的焦点； 动力电池组管理系统是对动力电池组进行信息动力电池组管理系统是对动力电池组进行信息处理、运行控制、安全保护不可缺少的装置。处理、运行控制、安全保护不可缺少的装置。 概述概述动力电池组动

2、力电池组 动力电池组是满足电动汽车使用要求的动力源； 由于单体动力电池能量有限，端电压较低，电动汽车需要采用多块电池进行串、并联组合成动力电池组； 目前动力电池一般为铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池。概述概述铅酸电池铅酸电池 铅酸电池铅酸电池(Lead-acid battery)(Lead-acid battery)是一种电极主要是一种电极主要由铅及其氧化物制成、电解液为硫酸溶液的化学由铅及其氧化物制成、电解液为硫酸溶液的化学贮能装置贮能装置； 它比汽油机驱动有价格优势它比汽油机驱动有价格优势、较强的竞争力和较强的竞争力和实用性。目前被广泛用于各种电动场地车、高尔实用性。目前被广泛用于各种电动场

3、地车、高尔夫球车、电动叉车、电动摩托车及电动自行车上夫球车、电动叉车、电动摩托车及电动自行车上； 存在比能量小、太过笨重，铅、酸污染等问题存在比能量小、太过笨重，铅、酸污染等问题。概述概述镍氢电池镍氢电池 镍氢电池镍氢电池(Ni-H battery)(Ni-H battery)是采用镍氧化合物作是采用镍氧化合物作为正极，储氢金属作为负极，碱液作为电解质的为正极，储氢金属作为负极，碱液作为电解质的化学贮能装置。化学贮能装置。 有比能量与比功率高，可高倍率充放电，循有比能量与比功率高，可高倍率充放电，循环寿命长以及无记忆效应、无污染、可免维护、环寿命长以及无记忆效应、无污染、可免维护、使用安全等优

4、点，使用安全等优点， 但是由于镍金属占其成本的但是由于镍金属占其成本的60%60%，导致镍氢，导致镍氢电池价格居高不下。电池价格居高不下。概述概述锂离子电池锂离子电池 锂离子电池锂离子电池(Li(Liion battery)ion battery)是以含锂的化是以含锂的化合物作正极，以碳素材料为负极，有机电解液作合物作正极，以碳素材料为负极，有机电解液作为电解质的化学贮能装置。为电解质的化学贮能装置。 它没有金属锂存在，只有锂离子，充放电它没有金属锂存在，只有锂离子，充放电过程中，锂离子处于从正极过程中，锂离子处于从正极负极负极正极的摇摆正极的摇摆式运动状态。式运动状态。 目前全球将锂离子电池

5、作为电动汽车用动目前全球将锂离子电池作为电动汽车用动力电池的主攻方向。力电池的主攻方向。 概述概述当前动力电池产品比较当前动力电池产品比较电池类型电池类型铅酸电池铅酸电池镍氢电池镍氢电池 磷酸铁锂电池磷酸铁锂电池比能量比能量(Wh/kg)(Wh/kg) 32324040555570709090130130循环寿命循环寿命( (次次) )300300450450500500800800 1000100030003000价格价格( (元元/Wh)/Wh)1.21.25.55.52.82.8环境影响环境影响铅、酸污染铅、酸污染轻微轻微无无概述概述电池管理系统电池管理系统 电池管理系统（电池管理系统（

6、BMSBMSBattery Management Battery Management SystemSystem）是对动力电池组进行参数采集与监测、）是对动力电池组进行参数采集与监测、安全保护、智能充放电控制，状态监测与荷电安全保护、智能充放电控制，状态监测与荷电量评估的电子装置，是电动汽车的关键技术。量评估的电子装置，是电动汽车的关键技术。 对电池组的均衡充电成为必须解决的难题；对电池组的均衡充电成为必须解决的难题； 动力电池特性呈高度非线性；动力电池特性呈高度非线性； 而电池的充放电的电压、工作范围又有严格而电池的充放电的电压、工作范围又有严格要求。要求。技术发展及趋势技术发展及趋势 锂离

7、子电池用于电动车的锂离子电池用于电动车的3个主要个主要限制因素限制因素 （1）比能量偏低；（）比能量偏低；（2）循环寿命短；（）循环寿命短；（3）成本居）成本居高高； (4)安全隐患安全隐患。 智能管理系统智能管理系统核心任务核心任务 （1）均衡充电；（）均衡充电；（2）电量监测；（）电量监测；（3）安全管理）安全管理。 技术发展技术发展锂离子动力电池锂离子动力电池 锂离子电池包括钴酸锂、三元材料、磷酸铁锂电池； 磷酸铁锂电池是当前动力电池发展的重点。技术发展技术发展磷酸铁锂微观结构磷酸铁锂微观结构 稳定的结构体稳定的结构体系提高了电池的系提高了电池的安全性安全性 循环寿命可达循环寿命可达30

8、00次，电动汽次，电动汽车可达车可达30万万km以上以上 预期价格可达预期价格可达2元元/wh技术发展技术发展技术难点技术难点 （1）纳米正极材料、负极材料、电池隔膜的研发。）纳米正极材料、负极材料、电池隔膜的研发。 （2）磷酸铁锂动力电池的制造工艺：）磷酸铁锂动力电池的制造工艺： 单体电池及电池组控制建模单体电池及电池组控制建模； 正极材料磷酸铁锂的开发应用正极材料磷酸铁锂的开发应用：材料结构设计、材料材料结构设计、材料后处理、浆料均匀分散、均一涂布后处理、浆料均匀分散、均一涂布； 多元复合电解液的开发多元复合电解液的开发：匹配的电解液体系，实现电匹配的电解液体系，实现电池高性能池高性能；

9、高容量电池和高倍率电池工艺开发高容量电池和高倍率电池工艺开发：材料助剂、导电材料助剂、导电助剂、电池结构优化，高性能电池设计助剂、电池结构优化，高性能电池设计。技术发展技术发展目前目前几种材料体系的特点几种材料体系的特点磷酸铁锂正极材料：磷酸铁锂正极材料：材料安全性好，寿命长。存在材料安全性好，寿命长。存在美国人专利保护问题；美国人专利保护问题； 长寿命锰酸锂材料：长寿命锰酸锂材料：通过搀杂和生产工艺改进，提通过搀杂和生产工艺改进，提高高温稳定性能，材料价格低，比能量高。工艺技高高温稳定性能，材料价格低，比能量高。工艺技术和设备掌握在日本人手里；术和设备掌握在日本人手里；钛酸锂负极材料：钛酸锂

10、负极材料：提高比能量和降低成本，材料安提高比能量和降低成本，材料安全性好，寿命长。充放电比功率高；存在美国人专全性好，寿命长。充放电比功率高；存在美国人专利保护问题；利保护问题；混合电容混合电容- -电池的结构和工艺研究电池的结构和工艺研究，材料寿命长，充，材料寿命长，充放电比功率高，价格低，安全性较好；中国已有产放电比功率高，价格低，安全性较好；中国已有产品问世，不存在国外专利保护问题；品问世，不存在国外专利保护问题；其它在安全性、寿命、充放电比功率、价格方面表其它在安全性、寿命、充放电比功率、价格方面表现突出的材料，现突出的材料，且没有国外专利保护问题且没有国外专利保护问题。技术发展技术发

11、展发展目标发展目标技术发展技术发展长远目标长远目标技术发展技术发展下一代电池下一代电池 目前针对全新类型、超过目前针对全新类型、超过500wh/kg500wh/kg电池的基础电池的基础研究正在世界各国展开。其中热门的候选者包括研究正在世界各国展开。其中热门的候选者包括了固态电池、锂金属电池或锂空气电池等后锂离了固态电池、锂金属电池或锂空气电池等后锂离子电池。子电池。 研发中的立体电动巴士研发中的立体电动巴士技术发展技术发展固体锂离子电池固体锂离子电池 弃用有机溶液的全固体电池弃用有机溶液的全固体电池，将电解质变将电解质变成固体即可成固体即可，以提高安全性以提高安全性。日本大阪府大学日本大阪府大

12、学一直在研究使用硫化物类电解质的全固体电一直在研究使用硫化物类电解质的全固体电池。已经达到与目前使用的液体电解质相同池。已经达到与目前使用的液体电解质相同的水平。而且，导电率还有可能进一步提高，的水平。而且，导电率还有可能进一步提高，有望成为达成有望成为达成“2-52-5倍倍”这一目标的这一目标的“黑马黑马”。技术发展技术发展锂锂- -空气电池空气电池技术发展技术发展金属锂燃料电池技术发展技术发展电池管理系统电池管理系统(BMS)1电池的特性与配组技术的研究电池的特性与配组技术的研究 2电池组智能管理系统软硬件开发电池组智能管理系统软硬件开发 3电池热平衡及应用环境研究电池热平衡及应用环境研究

13、 4电池组及其管理系统的应用研究电池组及其管理系统的应用研究技术发展技术发展BMSBMS框图框图 CANRS485RS485负载检测12电池2-4个温度点检测12电池2-4个温度点检测12电池2-4个温度点监控1监控2监控N1SO1SO1SOBMS主控板充电机电流检测总控系统充电保护模块液晶显示屏放电保护模块技术发展技术发展 BMSBMS基本功能基本功能 功能描述充电均衡控制对电池组及每个单体电池实现均衡充电。参数采集与监测对每个电池电压、电流和温度进行数据采集与监测。安全保护对电池组及每个单体电池进行多重充电和放电保护：电池状态监测完成SOS评估,并实时向整车控制系统或电机控制系统输出电池组

14、SOC、电流、电压、温度等数据，以调整汽车工况或停车；可实现SOH监测，报告电池组的状态，便于更换落后电池。智能充电控制向充电机发送充电指令，实时调整充电电压和充电电流，实现智能与均衡充电。多重通信接口BMS内部设置专有通信总线，外部接供CAN、 RS485、RS232等通信接口，便于互连与管理技术发展技术发展BMS发展方向发展方向 电池管理系统技术正朝着电池管理系统技术正朝着智能化、集成化智能化、集成化方方向发展，并积极形成产业标准，将会与整车控向发展，并积极形成产业标准，将会与整车控制系统和智能充电系统等其他子系统集成为一制系统和智能充电系统等其他子系统集成为一个整体，从而实现小型、低耗和

15、降低生产成本。个整体，从而实现小型、低耗和降低生产成本。 市场前景市场前景全球企业正透过积极投资和技术发展赢得庞大新电动车市场锂离子电池市场正由数码手机电池向动力电池转型期。在电动车（EV）的市场需求带动下，预期锂离子动力电池及管理系统的市场在未来5年内将超越5000亿元。技术发展的激烈竞争已展开，一系列新加入公司使得情况更为热闹市场市场动力电池的地位动力电池的地位 在纯电动汽车中，配在纯电动汽车中，配置锂离子动力电池，其置锂离子动力电池，其成本构成如下：成本构成如下： 电池约占电池约占43% 车体约占车体约占30% 电机与驱动约占电机与驱动约占12% 电池管理电池管理系统系统约占约占8% 车

16、载充电机约占车载充电机约占7%市场市场动力电池的用量动力电池的用量纯动大巴需要210kwh纯动乘用车25kwh笔记本电脑23.5wh手机2wh 在2010年秋天，日产汽车将推出它Leaf电动车（EV），雄心勃勃地计划在2010年度制造5万台，并在2012年制造20万台。 以锂离子充电电池产量观点来看，每一台Leaf有24Kwh的容电量，20万台就是相当于48亿wh。单是这个就比现今手机中锂离子电池的30亿 wh市场大很多。换言之，单一款汽车就可以完全改变整个市场环境。市场市场日产汽车的计划日产汽车的计划 日本富士经济研究所最近得出的研究报告称：“预计到2014年，该市场的规模将迅速扩大至2.2

17、5万亿日元(约合248亿美元)，是2008年的约215倍。” 市场市场日本人的预测日本人的预测 2014年 锂离子动力电池的市场会超过1688亿元， 整体的锂离子电池市场将超过2329亿元。市场市场中国将是最大市场中国将是最大市场 国家国家汽车产业调整和振兴规划汽车产业调整和振兴规划中的目标，到中的目标，到20122012年，新能源汽车约年，新能源汽车约250250万辆，产值有望达到万辆，产值有望达到50005000亿元，亿元，动力电池组动力电池组750750亿亿whwh，产值有望达到，产值有望达到22502250亿元。亿元。 广东省电动汽车发展行动计划广东省电动汽车发展行动计划中的目标，到中

18、的目标，到20152015年，年，我省形成我省形成2020万辆以上电动汽车综合生产能力，部分核心万辆以上电动汽车综合生产能力，部分核心技术达到国际先进水平。争取全省电动汽车销售量占新技术达到国际先进水平。争取全省电动汽车销售量占新车销售总量的车销售总量的3 3-5-5，产量占汽车总产量的，产量占汽车总产量的5 5左右。左右。产值有望达到产值有望达到500500亿元，动力电池组亿元，动力电池组6060亿亿whwh，产值有望，产值有望达到达到180180亿元。亿元。搬运装备1990年现今不久的将来高容量大功率较低成本电动大巴风力电网住家储能电动游艇新一代火车机器人太阳能工业设备电动工具1990年现

19、今不久的将来高容量大功率较低成本电动大巴风力电网住家储能电动游艇新一代火车机器人太阳能工业设备电动工具市场电池将走向各领域电池将走向各领域市场市场工业和储能需求巨大工业和储能需求巨大 用在EV、工业机器及其他应用的大容量锂离子动力电池规模化生产，价格可能降至约2元/wh。这时，锂离子充电电池可考虑作为常备电池储存应用，这是个极大的市场。 再生能源如太阳能和风力发电等与气象变化有很大的关系，形成不稳定的电源，如供应至电网，会造成频率波动，使得电源的品质降级。其产生的电源如果先储存在大容量锂离子电池中的话，就可以较稳定地供应至电网。 大容量锂离子动力电池可用的话，发电站、建筑物和工厂等就可以有中等

20、大小电源储存设施。 日本的伊腾忠商社及其他公司将在2010年结合锂离子动力电池和太阳能电池推出一个大厦的供电系统，用于建筑物中公共区域的日间照明，进而减少住户的管理费。 中国电网公司也在积极开展10MW级的锂离子充电电池储能系统的试点试验项目产业产业动态动态从手机到汽车从手机到汽车 EV的量产为锂离子动力电池产业带来意义深远的机会。不出几年，EV用锂离子动力电池市场就会超越现在手机市场中电池的需求量。而它们不会是小容量的电池，而主要是大尺寸大容量、或者高功率的电池。 此改变不仅会触动在制造设备和厂房上新一轮的投资，也会在研发大容量锂离子动力电池的技术上发生激励的新一轮竞争。电池和电池材料制造商

21、正面临着激烈的竞争，不仅有来自业界原始厂商的，还有一系列新加入者。 许多来自不同行业的公司都把目标放在EV市场，急于在大容量锂离子动力电池商机中分到一杯羹。 Sony公司就是个典型的例子。虽然在过去他们曾经拒绝这么做，但在2009年11月也像其他厂商看齐，进入汽车和大容量蓄电池的领域。 以美国为代表的发达国家全力加速对新型高能电池的研以美国为代表的发达国家全力加速对新型高能电池的研发，发，2009年奥巴马上台后明确表示，到年奥巴马上台后明确表示，到2015年美国要有年美国要有100万辆充电式混合动力车上路。美国能源部将设立万辆充电式混合动力车上路。美国能源部将设立20亿亿美元的政府资助项目，用

22、以扶持新一代电动车所需的高能美元的政府资助项目，用以扶持新一代电动车所需的高能电池组及其管理系统的研发。电池组及其管理系统的研发。 通用汽车（通用汽车（GeneralMotors）计划在）计划在2010年的下半年出年的下半年出售售5万到万到6万台插电式混合动力电动车（万台插电式混合动力电动车（plug-inhybrid EV,PHEV）,及一年销售及一年销售10万台混合动力车。万台混合动力车。产业产业动态动态美国雄心勃勃美国雄心勃勃 全球主要的汽车制造商都已宣布要大规模生产装有锂离子充电电池的电动车，日产汽车计划2012生产48亿wh锂离子电池用Leaf电动汽车。 自2010年下半年开始，日本

23、本田汽车和日本汤浅电池公司合资公司将开始批量制造锂离子充电电池，并计划到2020年在发达国家销售的混合动力新车的比例提高至50%。 电池制造商正感受到来自全球汽车制造公司需求急速上升的压力。汤浅电池的企业策略计划部经理泽井研博士表示：“如果我们接受所有的订单的话，生产永远都赶不上。”产业产业动态动态日本企业捷足先登日本企业捷足先登 据Sony公司执行长官、执行副总裁消费性产品和装置事业部总裁吉冈浩表示：“Sony公司将在未来的几年将投资1000亿日元在量产设备上。” 三洋电机已经预留将在2015年前投入此领域的800亿日元。 松下公司在2012年前的预算是1230亿日元 日本锂离子动力电池的三

24、大厂总共将投入3000亿日元。 另外，重机设备制造商三菱重工在它的长崎造船厂投资客大约100亿日元建立了一个实验基地，计划自2010年开始每年生产66Mwh。产业产业动态动态韩国全力冲刺韩国全力冲刺 LGLG公司投资大约公司投资大约1010亿亿美美元元； 三星三星SDISDI公司则是和公司则是和博博世共同成立合资世共同成立合资公司公司, ,计划计划在在20152015年以前投资年以前投资6 6亿美元（约亿美元（约540540亿日元）亿日元）； 韩国的韩国的KokamEngineeringKokamEngineering公司与美国陶氏化学也公司与美国陶氏化学也成立了合资公司。投资了成立了合资公司。投资了6 6亿美元（约亿美元（约540540亿日亿日元），计划针对元），计划针对EVEV和和HEVHEV车每年量产大约车每年量产大约6 6万只的万只的锂离子动力电池锂离子动力电池。产业产