近期,UL 参与了于北京举行的 2010 年国际电动车电池论坛。在会上,针对电动车电池行业的发展进行了深入的讨论。本期特别刊载其中较受关注的话题,聚焦该领域的热点问题。
1.
最近有很多有关电动车的讨论,这是否说明我们已经准备好迎接电动车时代的到来了呢?
答:由于的技术进步、经济、政治因素以及消费者兴趣的提高,短期内电动车投入使用的可能性比以往任何时候都大。电池技术取得的巨大进步,尤其是那些基于锂离子化学取得的进步,进一步推动了电动车的商业化。这些领域包括:把纳米技术应用于电极、新的电解质、新的分离装置、新的大规模生产工艺。在电力工业,智能电网调度的发展趋势以及越来越多的再生能源被使用都为电池存储创造了新的用途,这样,电池制造商就能在设计和生产领域实现规模经济。全球燃油市场的瞬息万变和温室气体的大量排放已经引起各国政府和消费者的极大关注。多个国家出台的政策,尤其是 2008 年燃油危机之后,都逐渐倾向于支持电动车的生产和购买,为其提供补贴和税务让利。丰田普锐斯混合动力车在美国的成功上市也证实了人们对电动车表现出来的兴趣和接受程度。
虽然近期的市场趋势有利于并支持这个产业的发展,但是在充电电池成本、安全性、耐用性和可靠性方面仍然面临着很多挑战。此外,还必须解决消费者担心的主要问题,比如说“充电问题”,因为缺乏充电基础设施。政府与这个产业间的密切合作对实现标准化、技术研发及基础设施建设至关重要。这样才能消除障碍、实现持续增长。
丰田论坛   
2.
电动车市场的发展前景如何?
答:近日以来,汽油价格的居高不下和政府补贴促使这个产业开始发展,但是电动车被多数消费者使用还需要一段时间。宏观经济形势对电动车产业的发展和利润率的推动预示着它的未来是光明的。未来10 年成功的关键在于政府的持续激励、汽车与电动车电池技术的加快发展,以及充足的电动车基础设施建设(如充电站)。而在未来 50 年中,该产业若要持续健康发展,就要看是否能在很少或完全不依赖政府的扶持下,技术革新仍可使电动车在成本上与传统汽油车相抗衡。从长远看,大批量生产可以降低电池的单位成本,使其在
经济上处于更有利的形势,为这个行业的领先者创造一条能更快盈利的途径。
由于对电池安全性和可靠性的担心,长远的成功还要取决于汽车行业如何创造性地解决质保问题。通用汽车和日产近日分别宣布将考虑给 Volt 和 LEAF 电池 8 年/10 万英里的保修承诺。电池租赁(由厂商或电力行业提供)或许可以令消费者不必担心这项新技术有关的可靠性和风险问题。为加快电动车的发展,使其尽快投入使用,政府和汽车业都需要加大投资、发展充电基础设施和电池技术,在降低成本的前提下减轻电池重量、缩短充电时间、延长使用时间。技术上的进步对实现从早期吸引少数接受者,到后来吸引主流消费者的转移也是至关重要的。
   
3.
在建设基础设施、制定电池标准、激励厂商生产生态汽车、激励消费者购买方面,政府起到了怎样的推动作用?
答:政府补贴方对推动汽车业的研发和生产进步、降低成本、鼓励全世界的消费者使用电动车都是很关键的。德勤全球制造业集团预计:世界各地的刺激方案已经花费了总共 1050 亿美元的预算研发可替代动力技术,其中 440 亿美元用于先进技术/ 电动车的研发 。在美国,政府通过《美国经济复苏与再投资法案》已经拨款 250 亿美元用于电气化、新电池技术研发、生产和基础设施建设。在欧洲,法国和德国计划到 2020 年有数百万辆电动车在路上行驶。德国计划通过结合产业研究、电池研发和基础设施建设将 660 亿美元用于汽车电气化。中国通过“复兴和再调整计划” 对“绿” 汽车的投资,包括一项 3 年内给汽车制造商提供15 亿美元补贴,开发可替代燃料技术。从对基础设施建设和电池生产的激励到对鼓励汽车业的投资,从而刺激大批量生产、降低成本是很关键的。以税务让利形式给予消费者补贴很重要,它使电动车购买成为可能,并能够与汽油车在经济上相抗衡。
   
4.
从长远来说,什么样的电池方案适用于电动车呢?
答:对汽车应用来说,现在预测哪种电池方案会最为适用还为时尚早。因为结果取决于电池技术被这个领域采用后的表现如何,以及消费者如何看待与这些技术相关的风险。目前,以锂离子为基础的化学组成似乎是汽车业领先的电池技术,因为它在能量密度、大小、重量和充电效率方面提供了最佳的组合。用于汽车的锂离子电池是以各种化学组成为基础的,锂- 镍- 钴- 铝(NCA)、锂-镍- 锰- 钴(NMC)、锂- 锰尖晶石(LMO)、钛酸锂(LTO)、锂铁磷酸盐(LFP)在安全性、可靠性、耐用性和成本方面各有优势和劣势。有了基于固态化学组成的新技术和即将到来的纳米技术,这个产业会持续高速发展。
   
5.
锂离子电池有哪些优点和缺点?从长远来看,锂的成本会不会使其他更低效的电池获利更多呢?
答:与最近用于电动车的镍氢电池相比,锂离子电池有更好的能量密度和充电效率。当前不利于锂离子技术的一点是围绕着安全性、可靠性和长期耐用性方面还有很多问题需要解
决。安全性是考虑的一项重要因素,因为任何生产商的电池在产业研发初期发生灾难性事件都会给整个产业带来不利影响。多项研究表明电池内部短路会造成热逃逸,由此引发的电池内部化学反应会加剧热释放,有可能造成后果严重的火灾。
电池的寿命和有效期是汽车业关注的另一个问题,尤其是考虑到电池要在极端的温度和天气条件下运转至少 5 到 8 年。用户对电池充电率的要求是另一个特别的难题。使用传统的 120 伏标准插座,充电可在 6 到 8 个小时内完成。使用240 伏的插座,充电时间可减少到 2 个小时。三相充电或许可以在 20 分钟内给电池充满电。与在传统加油站加油相比,上面哪一种充电方法似乎都不占优势。
短期内,原材料锂的供应似乎不会短缺。随着需求的增长,如果不能研发出电池材料的回收再利用技术,那就需要寻新的锂能源,或者寻新的电池化学组成。因为,我们认为产业必须成熟才能判断哪种电池技术会胜出或获利更多。锂空气或固态电池等电池设计和化学组成方面的新发明都很有前途,人们认为这些新的电池设计能量密度高于锂离子电池,因为它们使用的阳极(氧)更轻、材料容易到。
   
6.
回收利用(汽车和电池)的未来会是怎样的?
答:锂在产生能量时不会像汽油那样燃烧掉或者发生化学反应,它是一种可以回收再利用的物质。在美国,托斯寇公司制定了一项回收利用锂的计划,并且已经获得美国能源部 950 万美元的资助用于研发锂的回收利用方法。如果电动车市场增长迅速的话,其他在这个领域获得新技术突破的公司就可能会兴起。
回收利用的另一个方案是到旧汽车电池的“二次应用”,例如社区能量存储(CES),这个术语描述的是一种在社区或街角进行电池存储的方法,目的是支持分步式发电。除了增加新的电子负载从电网接受电能来改变消费者对电网的负载模式外,在非用电高峰时,也可将屋顶的太阳能电池或者风力发电场的电能回传至电网。这些 CES 电池设备可以把当地多余的能量储存起来,需要时再以最低的线路损耗发送给消费者使用。美国能源部可能会在未来几年与汽车和电力工业合作对这种方法进行测试。将考虑借助执法人员和管理部门的司法监督来确保现场的工人和消费者的安全,他们有可能接近这些“带电的”或者是活性的、与电网连接的电器部件。
   
7.
怎么做或者是需要什么才能把电池价格降下来?能降多少?
答:美国先进电池联盟(USABC)制定了电池成本目标,250 美元/ 千瓦小时。很显然,既要保证充电效率、里程、可靠性和耐用性,又要降低成本,需要克服很多困难。但是这个行业也的确意识到降低电池成本在推广消费者应用方面发挥着关键作用。如果能够规范电池的化学组成,就像消费电子产品用便携式电池一样,就可以更快实现批量生产的规模经济。但是由于最佳电池设计和化学组成这个重大问题还未解决,电动车电池规模化似乎是多年以后的问题了。
根据波士顿咨询公司的研究,汽车制造商和消费者如何分担电池费用,尚未达成共识。分析表明:电池占电池组成本的65%,汽车制造商通常会把电池组的价格提高35% 到 45% 。该研究同时推测目前销售给汽车制造商的汽车锂离子电池价格在 1000 美元到 1200 美元/ 千瓦小时,远远高于 250 美元/千瓦小时的目标成本。所以如果不能进行大规模生产或
者实现技术上/ 生产产上的重大突破、实现规模经济的话,USABC 的目标在短期内很难实现。
   
8.
汽车、电池和采矿企业间应建立什么样的合作关系?
答:目前,汽车制造商和电池供应商的合作关系处于严密的监督管理下。丰田、日产、现代等大型汽车企业要么拥有电池企业的部分所有权,要么正在创建新的合作关系以缓解未来的供应限制、对技术研发和质量形成更大的影响力。丰田将松下电动汽车能源公司的股权提高到 50% 以上,同时投资 7 亿多美元持有富士重工的所有权股。其他汽车公司,比如说通用汽车,利用政府的鼓励政策开发专利技术和生产资源 ,卓越电池中心的建立就可见一斑。现在产业内流行的后向合并可能只是短时的,直到领先技术和电池领导者出现。此后,电池制造商就会以品牌和专门技术为基础相互竞争市场份额。
在电池研发和生产领域,成本高、技术要求严格。然而,电动车的增长潜力可能会鼓励新成员加入这个行列。亚洲的新兴企业,比如说比亚迪,发展前景不错。亚洲另外几家企业可能围绕降低生产成本进行革新。如果汽车企业希望最终降低生产成本,就要考虑建立全球电池元件供应基地。但是对所有电池供应商及其技术进行评估需要大笔的支出。建立安全性、质量、可靠性和性能评估的全球标准将非常关键,因为意志独立的第三方资源提供的产品评估和检测支持能够满足产业需求、保证车辆的安全性。
   
9.
什么样的市场/国家可能更适用电动车?
 
   
答:电动车的迅速增长最可能出现在中短期内石油价格偏高、潜在的汽车用户驾驶距离较
短的地区。当地政府的激励政策对电动车的使用也是很大的推动因素,因为这可能使电动车比传统汽油汽车更具价格竞争力。这些方案涉及在中国消费近 3000 美元购买的汽车和在法国、德国、英国、美国消费近 7500 美元购买的汽车。日本的一些方案除了为消费者购买电动车提供大幅的税务让利外,还提供高达1 万美元的优惠。
欧洲较高的燃油价格促使电动车前期的较高成本为普通消费者更快地接受。美国家庭一般拥有一辆以上汽车,较低的燃油价格使得电动车的购买从经济角度来说意义不大。在亚洲,台湾、印度和中国是全球轻型电动车增长最快的市场。邮政和食品快递车队似乎推动了轻型电动车被这些国家所采用,同时政府提供的补贴、缓解污染和城市拥堵的需求也起到了推动作用。
自工业革命伊始,我们就使用化石燃料来改变生活方式。如果没有化石燃料。电力业的进步、清洁水、交通、卫生保健以及其他无数的创新都是不可能实现的。但是我们已经认识到地球上的化石燃料供应是有限的。资源的日益匮乏导致能源占有的不均衡,为我们带来全球危机,尤其是对下一代来说。而且,我们看到了化石燃料对环境和人类健康的影响。因此,电动车产业的发展不仅为消费需求提供了更为时尚的选择,更重要的则是对保护生态平衡起到了积极的作用。
1 汽车技术日报 (AutoTech Daily),2010 年5 月
2 BCG 焦点报告—电动车电池:挑战、机遇及2020 年展望