三类电池材料在能量密度、循环寿命以及价格上有何优劣呢？
来源：宝鄂实业
2019-04-14 16:49
点击量：次
为补贴的一项标准，而循环寿命则会影响3万公里的实现，并对5年20万公里质保期内企业的资金负担产生影响。对照能量密度、循环寿命以及成本三大指标，我们来看看三元锂、磷酸铁锂以及锰酸锂在新能源物流车上的应用趋势如何。
从今年几批推荐目录中专用车电池的选配情况看，三元材料电池的比重一直都在50%以上，占绝对优势；磷酸铁锂则起伏不定，前两批数量较少，第三批有一定比重；锰酸锂的话，今年第一批目录中有一定比重，但到了今年的2-3批中，仅有1款车型选配锰酸锂。
车企做出这样的选择一定会有自身的理由，那么三类电池材料在能量密度、循环寿命以及价格上有何优劣呢？
1）系统能量密度方面，笔者查阅三批推荐目录中的车型发现，三元材料电池的能量密度普遍都能达到105Wh/kg以上，某些三元复合型材料甚至可达到120Wh/kg；磷酸铁锂相对较低，系统能量密度维持在90Wh/kg的水平；锰酸锂的系统能量密度维持在100Wh/kg的水平。
由上述可得，能量密度的优劣排序为：三元材料＞锰酸锂＞磷酸铁锂。
2）循环寿命方面，三元材料理论循环使用寿命大概为2000次，磷酸铁锂为1500~2000次；锰酸锂最差。从理论值来看，循环寿命优劣排序为：三元材料＞磷酸铁锂＞锰酸锂。
3）据了解，2016年锰酸锂正极材料均价5.5万元/吨，三元正极材料14.5万元/吨，磷酸铁锂12万元/吨。在价格方面优劣势为：锰酸锂＞磷酸铁锂＞三元锂。
小结：三元正极材料价格虽在疯狂上涨，但企业通过技术手段可有效管控电池成本，同时三元电池相对磷酸铁锂在能量密度与循环寿命上优势突出，所以该电池在物流车上的应用较为广泛；而磷酸铁锂作为安全性较高的电池，在客车上应用较广，但能量密度与循环寿命等方面的劣势使其在物流车上的市场份额很难超过三元电池；国内锰酸锂电池技术相对日本等国还有差距，一些技术问题还有待突破，因此锰酸锂也未能在电动物流车上成为主流。
不同类型的电池在性能会有差异，企业的成组能力则会进一步影响电池品质，因此，怎样的电池企业能得到车企的橄榄枝呢？
从推荐目录看新能源物流车的电池应用趋势
从第三批推荐目录中车企选择合作的电池企业看，在三元电池上，选择与上海德朗能、比克电池与亿纬锂能合作的企业最多；选配磷酸铁锂的车企多选择与沃特玛合作；锰酸铁锂只有星恒一家，也只有一家车企选择与之合作。
车企选择与这些电池企业合作的几大原因：1）笔者对照工信部发布的电池目录企业白名单发现，上述绝大部分电池企业都在白名单内，只有极个别暂未进入电池白名单。由此可见，尽管有车企在努力突破电池白名单的限制，但为保险起见还是更倾向于白名单中的企业。
2）车企在选择合作电池企业时，十分看重该企业的履约能力，一方面是这些电池企业的产能能满足车企的需要；另一方面是确保产品能符合当下的补贴标准，如电池系统质量能量密度不低于90Wh/kg，同时车企要为动力电池等储能装置、驱动电机、电机控制器提供不低于5年或20万公里的质保，就促使车企选择与有品质保证和售后服务体系健全的电池企业合作，以此降低售后服务风险。
在激烈的市场竞争下，电池企业也会慎重选择合作的车企，有能力上推荐目录、市场份额大的车企，才能保证公司的出货量。
从上述分析中可看出，车企与电池企业是双向选择，互利共赢的结果，未来这种趋势也会更加明显，市场竞争将更加激烈。
电动汽车燃料电池的测试?
对于从事汽车研发的工程师来说，在测试中如下几方面是影响测试效率和结果的重要因素：
（一）各种高频和低频、高功率和低功率的电磁辐射干扰?
（二）共模电圧、振动、多变的环境?
（三）数据采集分析的可靠性?
（四）路试时仪器的供电及能耗?
（五）便于移动和现场使用?
通过和汽车生产研发企业的测试工程师沟通，横河电机不断改进其产品，使其更适应汽车研究发展的需要。譬如为了适应电动汽车燃料电池的研究需要，横河电机在DARWIN系列的基础上开发出?DAQMaster系列MX100。?
因为每个电池只输出0.8-1.5VDC，为了输出足够的电力。燃料电池组一般由约一百个单片电池组成，特别是汽车应用，电池组会由六百个单片电池构成。电池电压监视（?CVM）系统通过测试电池组结构中每个单片电池的电压可以检测出有问题的电池；分析现场或带负荷长时间运行时的电池性能。
检测电池电压时使用差动输入。虽然单片电池的电压不高，可是差动输入端子对测试仪表地端会产生几百伏的电压。这种电压被称为共模电压。多数数据采集仪器（?DAQ）没有绝缘，输入电压限制范围一般是5伏或10伏。另外，非绝缘仪器经常容易受接地环路的影响。为了克服燃料电池CVM系统中高共模电压的问题，要求高电压绝缘。虽然可以使用外部信号变换器或缓存，为了在减小体积和间低成本的同时保证较高的信号分辨率和精度，现在许多的DAQ系统内置缓存。?
DAQMaster可以提供最高水准的通道对地，模块间和通道间隔离。另外，它的模块化结构和标准软件使MX100很容易实现最多1200通道的电池电压的监视。?
同时实现高电压绝缘和多通道的DAQ系统的设计是一个难题，因为大多数数据采集仪器模块使用单一A-D转换器与前端倍增或扫描组合。高共模电压信号在经过绝缘变压器和A-D转换器实现绝缘和离散化之前一定要通过切换继电器。?
MX100在扫描器中使用横河专利技术的高耐压固态半导体?继电器，实现了多通道输入信号的切换，这种继电器由高耐压（1500VDC）、低?漏电流（3nA）的?MOSFET（金属氧半导体场效应晶体管）和电压输出的光电耦合器构成，具有1秒周期内10通道高速扫描、无触点、长寿命、无噪音等优点。?
此外，?MX100内部的绝缘变压器和积分式A-D转换器也是横河的专利技术。其他使用电磁式继电器提供绝缘的DAQ系统，会产生切换时间，切换稳定性，和日常维护的问题。最后，MX100?DAQMaster?提供高性能的绝缘和4通道的同期采样，因为4通道模块每个通道的硬件采用互相独立的硬件构成。?
对于正确再现波形，?采样率非常重要、高速采集可以得到正确数据。为此MX??
100的最小测量周期10ms,并且一个系统中可以混合使用3?种测量周期，测量周期可以对每个模块单独进行设定。MX100支持最大容量2G?Bytes的CF卡，当通讯故障时开始数据备份。当通讯恢复正常时，重新自动开始向PC传送数据。MX100针对燃料电池测试的高速/多通道/高耐压/多周期的特点，帮助测试工程师提高了测试的效率和准确性。
从今年几批推荐目录中专用车电池的选配情况看，三元材料电池的比重一直都在50%以上，占绝对优势；磷酸铁锂则起伏不定，前两批数量较少，第三批有一定比重；锰酸锂的话，今年第一批目录中有一定比重，但到了今年的2-3批中，仅有1款车型选配锰酸锂。
车企做出这样的选择一定会有自身的理由，那么三类电池材料在能量密度、循环寿命以及价格上有何优劣呢？
1）系统能量密度方面，笔者查阅三批推荐目录中的车型发现，三元材料电池的能量密度普遍都能达到105Wh/kg以上，某些三元复合型材料甚至可达到120Wh/kg；磷酸铁锂相对较低，系统能量密度维持在90Wh/kg的水平；锰酸锂的系统能量密度维持在100Wh/kg的水平。
由上述可得，能量密度的优劣排序为：三元材料＞锰酸锂＞磷酸铁锂。
2）循环寿命方面，三元材料理论循环使用寿命大概为2000次，磷酸铁锂为1500~2000次；锰酸锂最差。从理论值来看，循环寿命优劣排序为：三元材料＞磷酸铁锂＞锰酸锂。
3）据了解，2016年锰酸锂正极材料均价5.5万元/吨，三元正极材料14.5万元/吨，磷酸铁锂12万元/吨。在价格方面优劣势为：锰酸锂＞磷酸铁锂＞三元锂。
小结：三元正极材料价格虽在疯狂上涨，但企业通过技术手段可有效管控电池成本，同时三元电池相对磷酸铁锂在能量密度与循环寿命上优势突出，所以该电池在物流车上的应用较为广泛；而磷酸铁锂作为安全性较高的电池，在客车上应用较广，但能量密度与循环寿命等方面的劣势使其在物流车上的市场份额很难超过三元电池；国内锰酸锂电池技术相对日本等国还有差距，一些技术问题还有待突破，因此锰酸锂也未能在电动物流车上成为主流。
不同类型的电池在性能会有差异，企业的成组能力则会进一步影响电池品质，因此，怎样的电池企业能得到车企的橄榄枝呢？
从推荐目录看新能源物流车的电池应用趋势
从第三批推荐目录中车企选择合作的电池企业看，在三元电池上，选择与上海德朗能、比克电池与亿纬锂能合作的企业最多；选配磷酸铁锂的车企多选择与沃特玛合作；锰酸铁锂只有星恒一家，也只有一家车企选择与之合作。
车企选择与这些电池企业合作的几大原因：1）笔者对照工信部发布的电池目录企业白名单发现，上述绝大部分电池企业都在白名单内，只有极个别暂未进入电池白名单。由此可见，尽管有车企在努力突破电池白名单的限制，但为保险起见还是更倾向于白名单中的企业。
2）车企在选择合作电池企业时，十分看重该企业的履约能力，一方面是这些电池企业的产能能满足车企的需要；另一方面是确保产品能符合当下的补贴标准，如电池系统质量能量密度不低于90Wh/kg，同时车企要为动力电池等储能装置、驱动电机、电机控制器提供不低于5年或20万公里的质保，就促使车企选择与有品质保证和售后服务体系健全的电池企业合作，以此降低售后服务风险。
在激烈的市场竞争下，电池企业也会慎重选择合作的车企，有能力上推荐目录、市场份额大的车企，才能保证公司的出货量。
从上述分析中可看出，车企与电池企业是双向选择，互利共赢的结果，未来这种趋势也会更加明显，市场竞争将更加激烈。
电动汽车燃料电池的测试?
对于从事汽车研发的工程师来说，在测试中如下几方面是影响测试效率和结果的重要因素：
（一）各种高频和低频、高功率和低功率的电磁辐射干扰?
（二）共模电圧、振动、多变的环境?
（三）数据采集分析的可靠性?
（四）路试时仪器的供电及能耗?
（五）便于移动和现场使用?
通过和汽车生产研发企业的测试工程师沟通，横河电机不断改进其产品，使其更适应汽车研究发展的需要。譬如为了适应电动汽车燃料电池的研究需要，横河电机在DARWIN系列的基础上开发出?DAQMaster系列MX100。?
因为每个电池只输出0.8-1.5VDC，为了输出足够的电力。燃料电池组一般由约一百个单片电池组成，特别是汽车应用，电池组会由六百个单片电池构成。电池电压监视（?CVM）系统通过测试电池组结构中每个单片电池的电压可以检测出有问题的电池；分析现场或带负荷长时间运行时的电池性能。
检测电池电压时使用差动输入。虽然单片电池的电压不高，可是差动输入端子对测试仪表地端会产生几百伏的电压。这种电压被称为共模电压。多数数据采集仪器（?DAQ）没有绝缘，输入电压限制范围一般是5伏或10伏。另外，非绝缘仪器经常容易受接地环路的影响。为了克服燃料电池CVM系统中高共模电压的问题，要求高电压绝缘。虽然可以使用外部信号变换器或缓存，为了在减小体积和间低成本的同时保证较高的信号分辨率和精度，现在许多的DAQ系统内置缓存。?
DAQMaster可以提供最高水准的通道对地，模块间和通道间隔离。另外，它的模块化结构和标准软件使MX100很容易实现最多1200通道的电池电压的监视。?
同时实现高电压绝缘和多通道的DAQ系统的设计是一个难题，因为大多数数据采集仪器模块使用单一A-D转换器与前端倍增或扫描组合。高共模电压信号在经过绝缘变压器和A-D转换器实现绝缘和离散化之前一定要通过切换继电器。?
MX100在扫描器中使用横河专利技术的高耐压固态半导体?继电器，实现了多通道输入信号的切换，这种继电器由高耐压（1500VDC）、低?漏电流（3nA）的?MOSFET（金属氧半导体场效应晶体管）和电压输出的光电耦合器构成，具有1秒周期内10通道高速扫描、无触点、长寿命、无噪音等优点。?
此外，?MX100内部的绝缘变压器和积分式A-D转换器也是横河的专利技术。其他使用电磁式继电器提供绝缘的DAQ系统，会产生切换时间，切换稳定性，和日常维护的问题。最后，MX100?DAQMaster?提供高性能的绝缘和4通道的同期采样，因为4通道模块每个通道的硬件采用互相独立的硬件构成。?
对于正确再现波形，?采样率非常重要、高速采集可以得到正确数据。为此MX??
100的最小测量周期10ms,并且一个系统中可以混合使用3?种测量周期，测量周期可以对每个模块单独进行设定。MX100支持最大容量2G?Bytes的CF卡，当通讯故障时开始数据备份。当通讯恢复正常时，重新自动开始向PC传送数据。MX100针对燃料电池测试的高速/多通道/高耐压/多周期的特点，帮助测试工程师提高了测试的效率和准确性。
