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汽车启动电池与磷酸铁锂初相遇

发布时间:2024-07-02 11:44:41   来源:科技创新

  近期,一则企业的产品新闻在行业内“荡起涟漪”——比亚迪宣布淘汰铅酸蓄电池,旗下所有车型将全面使用磷酸铁锂启动电池,郑重进入全车无铅化时代。随着环保的推进和电池技术的发展,汽车启动电池似乎也开始面临更新换代的新机遇。

  不同于动力电池,启动电池是用于开启发动机并为汽车提供短时高电流的蓄电设备。依据使用材料的不同,启动电池分为铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池等。目前来看,铅酸电池牢牢占据汽车启动电池市场。

  不过,传统铅酸电池的弊端逐渐显现。欣旺达动力科技股份有限公司品牌营销总经理郑露蓉告诉《中国汽车报》记者,作为铅酸电池的重要原料,铅的质量占比达到60%以上;而铅是具有严重污染性的重金属,在生产、使用和回收环节中可能泄漏大量污染物,使得其在土壤、空气、河流甚至食物中大量积累,并通过自然循环作用和生物循环作用进入到人体,将对人类生活和健康导致非常严重危害。

  “更重要的是,对于终端用户而言,铅酸电池存在易亏电、寿命短、重量大等痛点。铅酸电池的常规使用的寿命较短,平均完整充放电达到350次就将接近常规使用的寿命。按照使用频次来看,一块铅酸电池的常规使用的寿命一般为2~3年,其更换费用为400~600元,这也增加了用车全周期的成本。另外,在车辆长期不使用的状态下,铅酸电池还容易亏电,甚至会出现无法充电的情况,从整体产品生命周期而言缺乏性价比优势。”郑露蓉介绍道。

  “行业对启动电池去铅化的需求体现了一个趋势。”中国汽车动力电池产业创新联盟副秘书长王子冬对记者表示,电动汽车上有高压锂电池组,还有起辅助作用的铅酸电池,后者可完全用锂电池替代。具体有以下几种做法:最常用的是采用12V低压磷酸铁锂电池模块替代12V铅酸电池,负责唤醒高压电池组;或者采用稳压变换器,将高压转化为12V低压输出,给车辆上需要低压的电器供电。

  据悉,不少电池厂商和整车企业都在探索去铅的替代方案。针对启动电池的去铅化,郑露蓉表示,目前市场上有许多可行的替代方案,如锂离子电池、镍氢电池、锂聚合物电池等。其中,磷酸铁锂电池替代铅酸电池优势大多分布在在以下几个方面:单位体积内的包含的能量高、循环寿命长、温度性能好、安全性更高、有利于环保等。“容量相同的磷酸铁锂电池体积约是铅酸电池的60%左右,而重量仅为后者的30%左右。同时,磷酸铁锂电池在一般的情况下循环寿命一般可以达到3000次左右,大大优于铅酸蓄电池;它的充电倍率更大,能实现高效充电;更重要的是,磷酸铁锂电池的初期采购成本虽比铅酸电池高,但从全生命周期来看具有成本优势。”她还提出,钠离子电池也是对传统铅酸电池的一种理想替代。钠离子电池除了具备安全性和资源可用性外,另一个优势就是成本。由于钠的价格远低于锂,因此钠离子电池的生产所带来的成本更低,能够说是对锂电池的重要补充。

  车夫咨询合伙人曹广平认为,汽车辅助电池用锂电池,在于其体积小、重量轻且能实现较长的常规使用的寿命,能够大大减少铅污染,加之目前锂电池价格开始下降,这也是一个重要因素。

  王子冬也和记者说,锂电池在寿命、低碳和能量密度方面有明显的优势,在安全性上比铅酸电池低一些,但在管理系统的帮助下,安全风险相对可控。目前,磷酸铁锂电池的成本、技术和兼容性方面都很成熟了。

  启动电池的磷酸铁锂替代方案,加速了整车无铅化的进程,也让业界看到了“以锂代铅”蕴藏的巨大机遇。

  据介绍,比亚迪启动电池的磷酸铁锂方案具有3000次以上的循环寿命,相当于与整车寿命相同;在设计上还为启动电池配置了电池管理系统(BMS),可实时监测电池指标并进行动态管理。在电池管理系统的有效监控下,车辆可做到长达数月的静置而不亏电,并通过产业化优势实现了系统大幅降本。目前,比亚迪已将该项有关技术成熟应用6年,完成了旗下DM全系车型的搭载,累计配装超200万辆新能源汽车。

  “比亚迪率先使用磷酸铁锂启动电池、淘汰落后的铅酸电池。这是比亚迪的一小步,也将推动中国汽车产业整车无铅化的全面变革。近4亿辆燃油车新的启动电池市场即将形成。”中关村新型电池技术创新联盟秘书长、电池百人会理事长于清教在接受记者正常采访时表示,此前,很少有企业切入启动电池市场,毕竟其单价较低;今后,在淘汰铅酸电池的趋势下,市场增量将很可观。据公安部统计,截至2023年9月底,全国机动车保有量达4.3亿辆,这在某种程度上预示着启动电池更新换代的市场规模将达约4000亿元。

  曹广平认为,比亚迪此举是一个标志性事件,其意义在于车载电池在纯市场的条件下,已达到“锂电池综合性价比接近于铅酸电池”的临界转换状态。

  “不止比亚迪,从全球发展的新趋势来看,包括欧洲、日本在内的海外企业‘以锂代铅’的步伐走得更快一些,国内万象一二三等企业也在做‘以锂代铅’。”中国化学与物理电源行业协会秘书长刘彦龙告诉记者。

  那么,此次比亚迪的率先发力,会否带动更多企业掀起整车去铅革命?在采访中,不少业内人士对记者表示,磷酸铁锂电池作为启动电池更多出现在高端车型上,今后成本将是其进一步应用的重要关卡。

  “目前,部分海外高端车型会选择锂电池作为启动电池,毕竟高端车的总体售价较高,启动电池的占比相比来说较低。此外,比亚迪本身就生产锂电池,推动12V锂电池作为启动电源水到渠成。其他车企或电池企业出于对成本的敏感性,估计短时间内对此是比较谨慎。不过,一旦锂电池的成本能一下子就下降,可能会出现更多车企出于环保和降本的考量进行推广。”刘彦龙表示,汽车市场的发展存在“以锂代铅”的需求,但缺乏全面的推动因素;并且,铅酸电池成本低、回收价值也高,从这个方面来说,它依然还将占据一部分市场。

  在郑露蓉看来,车载电池“以锂代铅”已成趋势,但进程或许会较为缓慢。由于锂离子电池在安全性及回收再利用方面仍有提升空间,全面替代铅酸电池尚需时日。

  “目前来看,汽车辅助电池锂电化处在全面推广的‘前夜’。后续有没有车企跟进,还要看铅、锂两类电池的综合性价比走势。”曹广平认为。

  “长期来看,去铅酸电池要经历一个过程,20年前就提出过要淘汰铅酸电池这种理念,但时至今日也没有实现。”王子冬直言,因为作为启动电池,每次的上班时间很短,而非持续放电,因此,对电池的充放电性能要求不高,铅酸电池完全可胜任。锂电池由于拥有非常良好的充放电性能,一般是用于需要持续充放电的应用领域。用锂电池做启动电池,可考虑采用梯次利用的旧电池,容量不需多大,放电倍率较大就可以;或者采用小容量高倍率的锂电池较为贴切,但一般小容量高倍率的锂电池属于高功率电池,成本比较高;同时,采购惯性也需要有一个调整的过程。

  “除此之外,从技术层面来看,锂电辅助电池需要配有电池管理系统,这也是制约其快速普及的一个原因。”曹广平介绍说。