动力电池pack技术发展现状及趋势分析

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  • 2017-09-27
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全球动力电池PACK行业规模分析

  随着生产的分工趋势越来越明显,带动电池行业的深度发展与分化。在这样的背景下,动力电池PACK行业逐渐起步并取得高速发展。据有关权威统计,2011年,作为动力电池PACK行业的早期发展阶段,全球动力电池PACK行业的市场规模并不高,仅在39.8亿美元左右,行业内最主用的生产商大多集中于日本、韩国等在电池行业深耕多年的国家和地区。同时还有一小部分集中在中国大陆和台湾地区。到2017年,全球动力电池PACK行业市场规模已经快速增长至386亿美元,2011-2017年的年均复合增长率高达46%。

全球动力电池PACK行业竞争格局

  分区域看,全球动力电池PACK市场主要有日本、韩国以及中国所垄断,其动力电池产能占据全球95%以上。从企业情况来看,2017年,日本4家大型动力电池PACK生产商占据全球的比重达到56%;韩国也是4家动力电池PACK生产企业占据全球市场的18%;中国动力电池PACK行业企业较多,但大多数市场份额并不高,企业总体市场份额占比为23%,其中比亚迪占据全球市场份额的13%,占据中国市场的56%左右。

日本动力电池PACK行业发展分析

  日本、韩国以及中国是世界三大电池生产国,而日本是三者中在技术以及产量上都绝对领先的国家。在产业政策上,日本已制订至2030年发展规划,系统地安排研发课题,以维持长期的领先地位。松下、NEC、索尼等著名公司都建有大规模锂离子电池生产线。

  据统计,2011年,日本动力电池PACK行业市场规模为22亿元,2011-2013年行业发展速度较慢。2017年行业市场规模达到2016亿美元,占全球动力电池PACK的比重在56%左右。

  韩国动力电池PACK行业发展分析

  韩国动力电池行业在技术上与日本基本保持一致,处于世界领先水平。在产能上也处于世界前三的位置,尤其是韩国LG化学供应的锂电池已驱动超过30万辆电动汽车上路,三星SDI也已成为全球主要的动力电池供应商,提供电池给宝马、菲亚特、法拉利等。

  2011年,韩国动力电池PACK行业市场规模为6亿元,2017年行业市场规模增长至69亿美元,占全球动力电池PACK的比重在18%左右。

台湾动力电池PACK行业发展分析

  20世纪前十年,台湾地区的动力电池行业发展的较为繁荣,地区内的台湾新普科技股份有限公司、台湾顺达科技股份有限公司以及台湾加百裕工业股份有限公司,其中,前两家公司在2017年全球动力电池PACK行业中占据约2%左右的市场份额。据统计,2011年,台湾地区动力电池PACK行业市场规模为2.4亿美元,到2017年增长至6.8亿美元。其中,2016年相比上年有所下降,主要与台湾地区动力电池PACK生产商仍然沿用以往的经营模式,即专业的动力电池PACK生产与上下游之间的产业链条并未建立。

  发展Pack技术需要做出的改善

  (1)系统集成效率的大幅度提升

  按照电芯能量密度300Wh/kg和Pack能量密度260Wh/kg的目标来计算,Pack系统的集成效率要做到85%,而当前乘用车Pack的集成效率普遍在65%左右,这意味着集成效率需要大幅度提升,才能达成目标。

  要提高Pack的集成效率,有两个可行的途径,一是优化Pack内部的结构设计,大幅度减少Pack内部的组件数量,将更多的组件和功能集成在模组和箱体上,从而减轻重量;另一个是采用轻量化的材料,如采用铝型材或复合材料代替高强度钢,采用塑胶件代替金属件等,也可以减轻重量。

  (2)广泛的温度适应性

  冬天可以在零下20℃,甚至零下30℃的低温下工作,夏天可以经受50℃的地面高温而不趴窝,同时还要承受3~4C的快充,这是电动汽车大范围推广的必要条件。要满足这一要求,高换热系数和快速热交换的液冷/液热系统将成为Pack的标配。

  液冷/液热系统的设计目标是在-30~50℃环境温度和4C快充工况下,将电池单体的工作温度控制在15~45℃、电池单体间的温差控制在5℃以内。

  综合运用仿真分析和测试验证等手段,达到液冷/液热系统的最优化设计,才能做到-30~50℃的使用温度范围,以及大倍率和长寿命使用。

  液冷/液热系统的设计,必须与整车的冷却循环系统相互匹配,必须与Pack的结构设计高度集成,必须达到极高的热交换效率。

  (3)3~4C的快充将成为标配

  想象一下,我们开着电动汽车出门,在充电站需要花费1个小时的时间进行充电,如果碰上充电排队,可能需要花费2个小时,甚至更长的时间,没有比这更糟糕的体验了。家用慢充和充电站快充相结合,是电动汽车普及的关键因素之一,对于出租、公交、物流等领域的营运车辆来说,快充的重要性甚至要大于续航里程,因为充电的时间是无法载客或载货的,充电时间越长,意味着运营效率越低,损失越大。

  比较合理的快充要求,是在15分钟内,充满80%左右的电量,这要求Pack达到3C以上的充电能力,在电芯的设计、电连接设计、热设计、安全设计、以及BMS的能量管理方面,都要做出非常大的技术突破。

  (4)与车同寿命的Pack产品

  因为电池包的成本很高,如果做不到与车同寿命,车辆的维护成本将非常高昂,用户显然不会愿意为这额外的成本买单。

  以乘用车为例,如果是个人用户购买,通常需要达到8年/12万公里的寿命要求,如果用于营运,寿命可能要达到5年/40万公里。

  要达到如此严格的寿命要求,除了电芯的循环寿命和日历寿命要达到目标,还需要电子、电气、机械组件也达到8年以上的使用寿命。除此之外,在电芯的成组技术、系统的热管理和能量管理、以及Pack的售后维护等方面,也都有非常高的要求。

  全球动力电池PACK行业前景预测

近两年,各国相继出台关于提倡国内新能源汽车生产的政策,大力鼓励新能源的利用与发展。而作为新能源汽车使用的主要电池——动力电池将在政策的驱动下迎来黄金发展机遇期。动力电池PACK行业也将在动力电池一片大好形势下得到更多的发展机会。而且,随着技术的不断更新与突破,经营模式不断创新与发掘,动力电池PACK行业在新技术与新模式的带动下也将迎来更高速的增长。前瞻认为,在政策的利好以及各国新能源汽车产量不断走高的趋势带动下,未来五年,动力电池PACK行业的增速将保持在30%左右的水平。到2023年,全球动力电池PACK市场规模将达到1863亿美元。

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