中国锂离子蓄电池电源系统产业技术创新战略联

2019-11-27 02:08 来源:未知

12月12日,由机械总院先进制造技术研究中心、山东润峰集团、中国电子商会电源专业委员会和北京科技大学发起成立的“中国锂离子蓄电池电源系统产业技术创新战略联盟”在北京成立。研究中心主任单忠德和工信部副司长王秉科、中共枣庄高新技术产业开发区党委副书记王子健和山东润峰集团总经理李青海共同为联盟揭牌。

我国第一个《锂离子蓄电池系统7项基础标准》起草征求意见稿工作于2009年8月18日顺利完成,这标志着锂离子蓄电池电源系统行业混乱无序的现象将得到有效的改善。《锂离子蓄电池系统7项基础标准》的出台,可以说是:历史的一小步,行业的一大步。

会议确定了“以标准化工作为切入点,以锂离子蓄电池成组应用技术和系统集成关键技术为基础,以关键零部件和产品研究为重点,以示范性先导型系统集成产业化基地为依托,通过资源整合和集成创新,推动我国锂离子蓄电池电源系统产业快速发展”的发展目标和“以标准化研究为基础,用自愿与资质审查相结合,以推动三个集成系统产业化为纽带;以科研院所、大专院校为技术支撑;以先导型示范性产业化基地为依托,采用市场化机制,稳步推进,逐步展开;通过技术辐射,最终形成面向全行业的锂离子蓄电池系统产业联盟”的组织原则。会议还确定了联盟理事会、秘书处和专家委员会等组织机构。联盟秘书处设在研究中心。

根据国家发展改革委员会(发改办工业[2008]1242号)文件的安排,按照全国锂离子蓄电池系统基础标准起草工作组的计划安排,中国电子商会电源专业委员会于2009年8月18日在北京天下第一城召开了锂离子蓄电池系统7项基础标准起草工作表决稿的审议会议。

通过该联盟的组织带动作用,将有效推动我国锂离子蓄电池系统产业的发展。

本次标准是由《锂离子蓄电池总成通用要求》、《锂离子蓄电池总成接口和通讯协议》、《锂离子蓄电池充电设备通用要求》、《锂离子蓄电池充电设备接口和通讯协议》、《锰酸锂蓄电池模块通用要求》、《磷酸亚铁锂蓄电池模块通用要求》和《锂离子蓄电池模块箱通用要求》组成的“锂离子蓄电池系统基础标准”体系,

主要内容是:对成组锂离子蓄电池的充电方法和放电方法提出具体要求;根据成组锂离子蓄电池的充电要求,对充电系统和充电设备提出具体要求;根据成组锂离子蓄电池的放电要求,对放电系统和放电设备提出具体要求;根据充放电系统对蓄电池模块和总成的要求,对蓄电池模块和总成提出具体要求;根据锂离子蓄电池模块和总成与现有标准体系的兼容性原则,及锂离子蓄电池替代铅酸等传统蓄电池的要求,对蓄电池模块的标称电压、外型尺寸提出了具体要求。

根据上述内容起草的锂离子蓄电池系统各项标准,相互联系紧密,是一个不可分割的体系。

锂离子蓄电池具有比能量和比功率高,使用寿命长,绿色无污染等显着特点,是铅酸等低性能、高污染,落后电池的最优替代产品,是新型二次蓄电池发展的方向。我国已经将锂离子蓄电池产业发展列为节能与新能源产业的重点支持对象,自“十五”以来,长期被列入“863”重大专项。

在国家产业政策和科技项目的支持及推进下,我国锂离子蓄电池的关键材料、关键技术和产品研究都取得了重大进展。虽然小容量功率型锂离子蓄电池与国际先进水平相比,仍有一定的差距,但大容量能量型锂离子蓄电池的产业发展,已经处于国际领先水平。

当前,锂离子蓄电池电池单体的性能,已经基本能够满足用户要求。虽然制造成本仍高于铅酸蓄电池,但从全生命周期内的使用成本而言,锂离子蓄电池已经优于铅酸等传统蓄电池。锂离子蓄电池产业化建设正处于快速发展中。三年内“建立动力模块生产体系,形成10亿安时车用高性能单体动力电池生产能力”的重大产业化规划,已经正式被列入《汽车产业调整和振兴规划》。

锂离子蓄电池对充放电的要求,与铅酸等可逆电化学反映类蓄电池完全不同。由于锂离子蓄电池成组应用技术、系统集成关键技术和关键零部件及产品研究,严重滞后于锂离子蓄电池的发展,电池成组后发生过充电、过放电、超温和过流问题,致使成组锂离子蓄电池使用寿命大幅缩短,安全性大幅下降,甚至发生燃烧、爆炸等恶性事故。上述问题已经成为制约锂离子蓄电池产业发展的主要问题,也是当前节能与新能源汽车产业发展的技术瓶颈。

锂离子蓄电池系统集成关键技术、关键零部件和产品研究,是当前迫切需要解决的重大技术关键。工业和信息化部及科技部都已经将锂离子蓄电池系统关键技术研究和产业化列入了相关产业化项目和科技项目中。

标准化是产业化的技术基础。锂离子蓄电池产业是处于发展初期的新型高技术产业。除已经制定了《QC/T 943-2006 电动汽车用锂离子蓄电池》行业标准外,在国内外,锂离子蓄电池系统相关标准仍处于空白状态。

国家节能与新能源汽车专家组组长,清华大学教授欧阳明高认为:“我国电动汽车技术发展到今天,在车用动力电池、电机、电传动等领域,已经取得了一批不错的成果。车用动力电池技术虽然还不是很成熟,但发展的速度与发达国家相比并不算慢。对电池单体进行测量时,显示出的各项指标基本达到设计要求。但是,真正集成为一个动力总成,或者集成到整车上的时候,却发现与单体测量时的情况有很大出入”。

“车用动力电池总成并非将一个个单体电池串联或并联在一起就行了那么简单。将数十个甚至上百个电池集成在一起,并将它们集成到车上,在世界范围内都是一项高新技术,绝不是看起来那么容易的事情,有能力解决这一难题的单位或个人也不是太多。”

国家电网公司营销部相关负责人认为:“目前市场上的动力电池在模块电压、总成电压、接口和通讯协议、外型尺寸和安装尺寸,充放电和维护管理规程等方面,还非常不统一。这就需要有关部门尽快制定和出台电动汽车动力电池国家标准和行业标准”。

锂离子蓄电池系统主要包括电池系统、充电系统、放电系统和维护管理系统。是一个函括多个技术领域和行业产品的高技术集成系统。当前,由于标准的缺失,锂离子蓄电池系统的技术和产品研究处于完全无序的状态。鉴于锂离子蓄电池系统产业处于发展初期,制定国家标准的时机还不成熟,先行制定业标准,经过一段时间的发展,待时机成熟后,再制定国家标准较为妥当。

为此,由中国电子商会电源专业委员会牵头,依托机械科学研究总院,联合相关企业、科研院所和大专院校,以锂离子蓄电池系统行业基础标准体系为切入点,推动制定锂离子蓄电池系统标准体系。

制定标准必然触及到相关企业的经济利益,技术和知识产权。在当前市场环境及国家产业政策和良好的市场前景双重驱动下,平衡企业渴求发展及利益最大化的心态,进行资源整合是顺利完成标准起草的关键。为了充分整合已有资源,真实反映行业技术发展水平,提高标准的起草质量,为大多数企业和市场接受,采用了“由行业协会牵头,依托机械科学研究总院,联合相关企业、科研院所和大专院校”的组织模式及原则,组成具有广泛代表性的标准起草工作组。

主要起草单位30个,主要起草人43个,基本涵盖了我国锂离子蓄电池、充电设备、管理系统、系统集成等关键技术、关键零部件和产品研究的主要企业,起草人包括电池材料、电池产品和工艺、通讯电源、电力电子、计算机、自动控制、现场总线等相关行业和专业技术人员,具有广泛的代表性。

动力锂电池产业的发展受到国内外广泛关注,并已经成为新型动力蓄电池技术和产业发展的方向。动力锂电池技术和产业的发展,对促进我国动力电池及相关产业的发展,推动我国节能、减排和环保产业的发展,增强我国相关产品的国际竞争力具有深远影响。

在国家科技项目的重点支持下,我国动力锂电池关键技术、关键材料和产品研已经取得重大进展。虽然小容量功率型动力锂电池技术和产品与国外相比仍有一定差距,但大容量动力锂电池产业发展已经处于国际领先水平。单体动力电池的特性,已经具备推广应用的条件。动力锂电池产业已经进入到产业化建设和推广应用的关键阶段。动力锂电池产业化进程已经处于国际领先地位。

前一个阶段,关注的重点集中在动力锂电池关键技术,关键材料和产品研究上。动力锂电池成组应用技术和设备研究没有引起应有的重视,致使动力锂电池成组应用技术和产品研究严重落后于电池技术的发展。动力锂电池成组应用技术和产品研究严重滞后于电池技术发展的局面,已经成为制约动力锂电池产业发展的关键。

进入产业化建设和推广应用阶段后,工作重点是动力锂电池成组应用技术和设备研究,建立动力锂电池系统标准化体系,推动动力锂电池系统集成关键技术、关键零部件和产品研究,以及建立动力锂电池系统的市场支撑体系。这个工作是一个复杂的系统工程,不是任何一个企业能独立完成的。只有在政府的具体指导和强有力的支持下,充分调动全行业的力量才有可能完成。

在国家发展与改革委员会和工业和信息化部的大力支持指导下,2008年12月19日全国动力锂电池系统七项标准工作会议在京圆满举行;2009年2月27日,促进动力锂电池系统产业发展战略合作签字仪式在机械科学研究总院圆满举行。产业发展战略合作明确了充分利用各自优势,汇集行业优势资源,由中国电子商会电源专业委员会牵头,依托机械科学研究总院,联合相关企业、科研院所和大专院校,以企业为主导,以促进动力锂电池系统产业发展为目的,争取在两年左右基本完成我国动力锂电池系统的基础标准化体系、公共服务体系、公共技术支撑体系和规范的市场体系建设,以实现促进我国动力锂电池产业持续、健康、快速发展的目标。

1 我国动力电池产业发展已经处于国际领先水平

在国家科技项目的重点支持和良好的时代前景推动下,大功率动力锂电池关键技术、关键材料和产品研究取得了重大进展。投资额超过10亿元人民币的锰酸锂动力锂电池研发企业—中信国安锰固利,已经成为领军国内外大功率锰酸锂动力电池的龙头企业。中国航空集团所属的中国空空导研究院计划投资17元亿的磷酸铁锂动力锂电池研发企业,已经完成第一、二期投资,形成了日产3万wh以上的生产能力。投资完成后,有望形成年产值逾100亿元的大容量磷酸铁锂龙头企业。北大先行、威利克、寰宇、海霸、比亚迪、万向等一批动力锂电池企业正在崛起。

具有二十余年动力电池成组应用技术和设备研究经验的机械科学研究总院历时8年专业从事动力锂电池成组应用技术和设备研究,在动力电池系统集成关键技术、关键零部件和产品研究方面也取得重大进展。单体锰酸锂和磷酸铁锂动力电池已经具备推广应用的条件,也已具备动力锂电池系统集成的技术能力。

虽然在小容量高倍率功率型动力锂电池方面,于国外先进水平比,还存在一定差距,但我国大容量动力锂电池产业发展和产业化进行,已经处于国际领先地位。

2 动力锂电池产业发展的重要意义

动力锂电池具有比能量高、比功率大、使用寿命长,绿色环保无污染等显着优点。虽然购置成本高于铅酸电池,但全生命周期内单位使用成本远低于铅酸电池。即时在产业发展初期,使用成本也只有铅酸电池的一半左右。随产业化进程和规模化生产,成本还有很大的下降空间。

采用高性能绿色动力锂电池逐步替代铅酸电池,不仅是突破当前大量使用铅酸电池存在的严重环境污染问题,通过简单的电池组替换,即可为实现众多电气设备的绿色化,高性能技术升级。

若能充分利用我国当前前在大功率动力锂电池产业发展处于处于国际领先地位的优势,及时启动具有重大战略价值的电气产品由新型动力锂电池逐步替代落后的铅酸电池(如高中端UPS、电动工具、光伏电源储能设备、风能发电储能设备、电力设备储能设备、电动车辆等),不仅可实现低成本提节能环保、技术升级,促进产业发展,若由此推动逐步取消RoS指令中关于铅酸电池的豁免指令,将使有力提高我国众多产品的国际竟争力。

推动动力锂电池系统产业发展,可以在节能减排、环保完成以下四个方面工作。

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