航空電動化浪潮席卷而至 力神電池?fù)屨枷葯C(jī)
時間:2018-12-04 09:04來源:電池中國網(wǎng) 作者:馬云騰
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目前，全球正在上演一場交通領(lǐng)域的綠色革命，新能源汽車電動化的浪潮正方興未艾，航空領(lǐng)域的電動化也席卷而來。國家科技部和交通運(yùn)輸部聯(lián)合發(fā)布的《“十三五”交通領(lǐng)域科技創(chuàng)新專項(xiàng)規(guī)劃》中指出，要重點(diǎn)研究新能源電動飛機(jī)電推進(jìn)系統(tǒng)技術(shù)，推動新能源飛機(jī)發(fā)展。新能源產(chǎn)業(yè)的藍(lán)海進(jìn)一步擴(kuò)大，動力電池業(yè)迎來了更廣闊的發(fā)展機(jī)遇。
電動航空器動力電池的技術(shù)要求
2012年Volta Volare公司設(shè)計(jì)制造的油電混合動力飛機(jī)GT4試飛成功，成為全球第一架可量產(chǎn)的電動飛機(jī)。2018年空中客車公司、勞斯萊斯及西門子公司合作開發(fā)混合動力飛機(jī)，預(yù)計(jì)2025年投入商用。混合動力飛機(jī)具有效率高、能耗低、噪聲小和綠色環(huán)保等優(yōu)勢，成為未來電動飛機(jī)商業(yè)化發(fā)展的重要趨勢。
據(jù)天津力神電池股份有限公司動力電池系統(tǒng)工程技術(shù)研究院院長羅志民介紹，目前電動航空器的動力源主要包括鋰離子電池、太陽能電池、氫燃料電池以及超級電容器等幾個大類，其中鋰離子電池具有能量密度高、安全性高、循環(huán)壽命長、充放電倍率高、工作溫度范圍寬、環(huán)境污染小等諸多優(yōu)點(diǎn)，較其他電池有較強(qiáng)的優(yōu)勢，未來在電動航空領(lǐng)域?qū)⒌玫綇V泛應(yīng)用。
電池是電動航空器的核心零件，電動航空器對動力電池的技術(shù)要求非常高。其中包括①高安全性：電池要滿足電動航空器在復(fù)雜工況下安全、可靠飛行的要求；②高比能量密度：電池應(yīng)滿足輕量化要求，具備優(yōu)異的重量比能量和體積比能量；③快速充／換電：電池應(yīng)能夠快速充電、換電，保證正常應(yīng)用的要求；④環(huán)境適應(yīng)性：滿足高溫、高濕、高海拔等特殊應(yīng)用場景下的使用要求。
要滿足電動航空器的這些苛刻要求，在整個電池系統(tǒng)方面還有很多關(guān)鍵技術(shù)亟待突破。在安全性方面，要從電池系統(tǒng)集成開發(fā)的角度，研究電池系統(tǒng)機(jī)－電－熱全方位的安全性解決方案。在BMS電池管理系統(tǒng)控制方面，要采用基于ISO26262功能安全標(biāo)準(zhǔn)要求的電池管理系統(tǒng)控制技術(shù)，保證電池系統(tǒng)的安全性。在熱安全性控制方面，要對電池?zé)崾Э卣T因機(jī)理進(jìn)行研究，采用主被動一體化的熱安全設(shè)計(jì)。
而對PACK輕量化設(shè)計(jì)的主要思路，羅志民介紹說，隨著新型多元復(fù)合材料不斷涌現(xiàn)，系統(tǒng)的集成度、一體化程度將不斷提升；復(fù)合材料及成型工藝、輕質(zhì)鋁合金及成型工藝、高強(qiáng)度鋼及成型工藝、輕質(zhì)鎂合金及成型工藝技術(shù)的不斷進(jìn)步，將帶動整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不斷升級；兼顧系統(tǒng)重量與體積比能量密度，提升系統(tǒng)空間利用率。
動力電池系統(tǒng)解決方案
天津力神電池股份有限公司對目前電動航空器的應(yīng)用需求及設(shè)計(jì)驗(yàn)證內(nèi)容等進(jìn)行了綜合分析，已初步形成面向電動航空領(lǐng)域的動力電池系統(tǒng)解決方案，并積極尋求與相關(guān)電動航空公司將項(xiàng)目落實(shí)。
據(jù)羅志民介紹，力神電池的能量型鋰離子電池，能量密度可達(dá) 280Wh／Kg，功率型鋰離子電池能量密度可達(dá) 225Wh／Kg；采用高鎳正極材料、硅碳復(fù)合負(fù)極材料，產(chǎn)品具備良好的循環(huán)性能、高溫性能和充放電性能；同時，采用多尺度熱阻絕技術(shù)，有效防止熱失控，提高了各種工況下的安全性；高導(dǎo)電聚并苯包裹技術(shù)，提升了產(chǎn)品的倍率性能。
在動力電池系統(tǒng)解決方案方面，力神電池采用鋁型材框架結(jié)構(gòu)，在保證產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的同時，降低電池模塊重量，提升系統(tǒng)比能量；激光焊接工藝，減少緊固件數(shù)量，提升連接可靠性；電池模塊單元間引入散熱、隔熱設(shè)計(jì)，有效提升系統(tǒng)熱管理及熱安全性能；柔性集成化采樣電路設(shè)計(jì)，減少元器件數(shù)量，提升信號采樣的可靠性；電池管理控制系統(tǒng)（BMS）按照ISO26262功能安全標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，保證系統(tǒng)在各種應(yīng)用工況下的安全性。
在電池系統(tǒng)測試驗(yàn)證方面，力神電池也做了大量工作。包括電池模組方面的容量和能量效率、HPPC、高低溫功率、擠壓、跌落、振動、機(jī)械沖擊測試等，BMS方面的振動／機(jī)械沖擊、高低溫工作、鹽霧測試等，電池系統(tǒng)方面的過充、過放、短路、冷啟動、高低溫功率、EMC、模擬碰撞等測試，最大限度保障了系統(tǒng)的安全性和優(yōu)異性能。
羅志民表示，雖然鋰電池在航空器電動化方面有諸多優(yōu)勢，但是也面臨不少障礙，能量密度、電性能、安全性以及成本方面，都還需要業(yè)界不斷優(yōu)化和改進(jìn)。力神電池近年來在這些方面一路攻堅(jiān)克難，致力于提供高性能、高性價(jià)比的鋰電池產(chǎn)品。
據(jù)悉，力神電池是國內(nèi)首家鋰離子電池研發(fā)與制造企業(yè)，擁有20年鋰離子電池研發(fā)與制造經(jīng)驗(yàn)，擁有國內(nèi)唯一的國家級鋰離子動力電池工程技術(shù)研究中心，目前研發(fā)團(tuán)隊(duì)近1000人，授權(quán)專利1800余項(xiàng)，先后承擔(dān)國家和地方科技重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目50余項(xiàng)，榮獲國家及省部級以上獎勵30余項(xiàng)，擁有國內(nèi)第一條建成投產(chǎn)的21700生產(chǎn)線。
力神電池成立之初，即定位為國際高端配套、技術(shù)質(zhì)量型企業(yè)，經(jīng)過20年發(fā)展，從無到有、從小到大，已成為國際一流、國內(nèi)領(lǐng)先的專業(yè)鋰離子蓄電池制造商。到2020年，動力電池形成300億瓦時年產(chǎn)能，成為全應(yīng)用方向的綠色能源解決方案提供商。
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