微宏动力系统(湖州)有限公司技术总监马兹林发言

快充电、长寿命、高安全机场设备应用解决方案

各位领导、各位专家上午好,非常容幸有这个机会在这儿分享微宏快充电池在机场设备电动化方面的一些解决方案,我尽量快一点。

现在,基本上在交通运输领域,由于节能环保的要求,所以说各个板块基本上都在走电动化的进程,特别是近10年来,因为国家鼓励政策的支持,所以我们在公共交通领域,乘用车物流领域是取得了长足的发展和进步。特别是在乘用车,去年2017年我们新能源车的产销量大概是57万辆,近几年基本上保持每一年50%以上的增长,然后在公共交通领域,现在目前位置像深圳都已经实现了公交领域全部的电动化。

然后在像广州也是在2018年年底能够实现全面的电动化,国内基本上的大中型城市基本上就是在,2020年的前后都会实现公交领域的电动化。

所以在机场的地面设备这一块电动化也是一个必然的趋势,我们这里可以看到2009年在国际航空运输协会,然后做出了这个节能减排的承诺,然后到了2020年燃油的效率要提高1.5%,然后同时碳排放实现零增长,然后到了2050年要实现碳排放量要比2005年减少50%,这就要求我们基本上,所有的机场地面设备都要进行电动化的改造。

所以,机场设备电动化是一个不可避免的一个趋势,机场设备由于它的运营是在一个固定的区域内,所以它有它自身的一些特点:

第一,是我们的安全要求,因为机场属于安全监控的严管区域,所以说安全一定是它首要的一个必要条件。因此,我们在选择机场地面设备动力电源的时候,首先要考虑电池的高安全性,也就是说我们要首先选择一个高安全的电池。

第二,机场设备由于使用的频次相对于是比较高的,所以它对车辆的机动性要求比较高,所以对电动车需要有快充、快速补电的特性。

第三,机场里面的设备通常运营时间比较长,它的运营服务强度还是比较大的,对于电池的寿命以及可靠性、稳定性方面都有一个比较高的需求。因此,能快速充电,寿命长,高安全的电池呢,其实是机场设备动力电源首要的选择。因此,我们微宏公司从2008年起其实就树立快充电、长寿命、高安全,作为我们电池设计的一个目标。

快充电主要解决电动车的机动性问题,通过快速补电来解决电动车辆的里程焦虑的问题。

长寿命就是为了和电动的车辆做一个等寿命的设计,因为早期的电池通常寿命比较短,在车辆的寿命周期之内可能需要更换两到三次电池。因此我们在快充的同时,也要保证电池的长寿命。

高安全就不用说了,这个是所有电动车辆的前提。

微宏在近10年来坚持快充电、长寿命和高安全的基础之上呢,不断提高我们的能量密度。截至之前呢,我们发展了4代的电池体系。

这个是我们在快充上做的一些研究成果,第一个是碳酸锂电池,大家都知道碳酸锂电池有很好的特性,但是它有自己的一些问题。就是早期的时候产生胀气,因为胀气会影响电池的安全,会影响电池的寿命。所以微宏采用自己独特的专利技术,通过这种参杂包裹的方式,隔绝电池充放电池之后呢,负极材料和电极的反应,因此从根源上杜绝碳酸锂产生胀气。因此呢,现在碳酸锂的电池能够做到6C倍率充电和2万次的长寿命。

第二块就是微宏的专利隔膜,微宏前生是做水处理的超砾膜出身,所以它在隔膜方面有先天的优势。微宏高空系列的隔膜呢,它的稳定性相当好,所以这个有助于电池的快充。

第三块就是新的碳负极材料,微宏独有的多孔复合碳的技术,能将这个负极材料的比表面积比传统的石墨材料提升20倍以上,这个就能极大的提升离子牵引的通道和速率,达到快充电、长寿命的目的。

另外一块的话可能就是最核心的,就是安全。微宏这几年在安全方面有我们自己的研究成果,首先大家知道电池的安全主要来自于电解液和隔膜,因为其中70%的有机物在电池里面就来自于电解液。因此我们也是通过微宏独有的添加剂呢,在电池热失控受热的时候产生自由基,来捕捉碳氢化合物在链式放热反应中生成的氢和羟基等等,然后来抑制这个燃烧的发生。

然后就是隔膜,普通的PPP隔膜的话,一般的收缩的温度大概在130-150度。然后陶瓷隔膜的话,温度可能更高一些。微宏的专利隔膜大概是300度左右,还能坚持一个小时不收缩,有效阻止它内部短路的发生。

第三个方面的话,就是我们的系统层级的。通过我们独有的智能热控流体技术,使我的电池浸泡在液体当中,首先是隔热空气,第二有效带走热量,第三就是在个别点热失控的时候,它能生成一些阻燃的粉体,有效阻止和延缓这个热失控的发生。从单体材料层级到电芯层级再到系统层级来保证整个电池系统的安全。

2009年开始,到现在我们微宏总共发展了4代电池。

第一代,碳酸锂电池。碳酸锂电池的话,目前是能做到6C倍率的充电。这个跟传统领域的快充概念不一样,这是目前已知整个锂离子电池商业化应用充电速度最快的电池,也就是10分钟能够从0充到100%的电量。同时,它具备2万次以上的长寿命的特性。另外的话,它在低温特性方面,在负20度左右,依然能保证2C3C以上的放电。能保证大概0.5C左右以上的系统层级的充电,所以低温特性的话,相对来说也是比较好的。

第二代,多元复合锂电池。多元复合锂电池的话,具备4C充电,就是15分钟能够充满,采用的是碳负极,1万周以上的循环寿命。

接下来最新一代的电池,是我们今年刚推出的,主要在客车领域上应用的,目前它的能量密度达到了220瓦时每公斤,具备2C的快速充电能力,具备5000周以上的循环寿命,然后能保证8-10年的系统使用周期。

到目前为止,我们微宏除了电芯以外,我们在pack方面发展总共是两代主要的pack产品。第一代是我们风能的电池模块,这个模块的话,相对来说比较简单。它装载碳酸锂大概是1.6度电左右,装载多元复合锂电池大概2.5度电左右。它相当于一个类似基本模块,如果车上需要10度电,可能就搭载6个模块。如果需要20度电,可能就是12个。

这个模块采用的是外部风能的结构,所以相对来说比较简单,做一个架子把它搭上去就可以了。目前在市面上这个模块,大概应用超过15000台套的电池,比较简单可靠。

我们从2017年开始,随着能源密度提高,我们开展的液冷模块的设计。也是采用国家标准BC箱的设计,这是和宁德这边的尺寸是差不多的。这个模块的话,就是采用最新的液冷设计之后,能够保证整个热管理,特别是对低温的适应,以及高温的适应,适应性更好。同时如果匹配最新一代的电池,能源密度能够达到140以上。匹配碳酸锂电池,它的系统能量密度能达到50以上。所以这个系统的话,它的防护层级的话,可以达到IP68。所以,它的适应性相对来说更广阔一些。

截至目前为止,我们从2011年开始,我们碳酸锂电池投入使用在重庆。到目前为止的话,我们总共匹配的车辆台数超过22000台。安全行驶里程呢,超过20亿公里。遍布全球大概13个国家,主要以国内为主。另外在欧洲的话,我们也超过1500台的车辆在运营。在东南亚,近期可能在俄罗斯、日本、韩国都有我们的车辆在跑。全球的运营城市超过150个城市,因为电池本身出现的安全问题是没有发生过的。

这个就是我们在重庆的案例,这是自20114月投入以来,这个算是国内运营时间到现在为止再运时间最长的电动车辆。它采用的就是碳酸锂电池,装载的是80度电左右。目前的话,每天大概充电5-6次,每次充电的时间大概10-15分钟。到目前为止的话,经过7年的运营,循环次数超过1万次,容量衰减小于10%

这个是伦敦的项目,目前在伦敦混合动力项目大概有1000多台。这是在湖州,它的单天运营里程超过450公里,所以在这个项目上,目前只有快充是一个合适的解决方案。因为慢充呢,装载量超过600度电。

这是我们的一些运营业绩,目前基本上国内的主机厂都有匹配,特别是客车这方面。这个是我们在机场方面的应用案例,第一个就是201411月投运的机场摆渡车,然后我们装载的是96.6度电多元复合锂电池,到目前为止运营大概3年半的时间。然后采用的是双枪直流充电,400安培充电电流。

目前实际运营的话,大概单圈是22公里,然后从T1-T3这样循环。然后基本上3圈充一次电,每次充电的时间大概在15分钟左右。补电的话,应该是50-60度电。整个运营下来的话,目前是超过了15万公里,然后电池循环次数是4700多周。电池工作温度的话,是在30-45度。目前没有明显的一个衰减,这个pack的话,就采用我刚才说的第一代风冷模块。

这是我们做的一些方案,然后机场的牵引物流车,大概匹配电量是在50度电左右。当然这也根据我们车辆的符合,我们可以匹配从20-200度电不等的方案,然后具备这个快充的特性功能。这个是我们的一个运油车的方案,目前方案是推荐混动。因为空间的限制,混动车辆的可靠性,同时我们也可以做PHEV的运营,如果充电方便的话,因为我们可以快充,大概10-20分钟充一次,可以跑1-2圈。另外像其他的车辆,叉车我们也有一些自己的解决方案。

最后简单介绍一下我们公司的情况,微宏动力公司成立于2006年,从成立开始就致力于快充电池的研发、设计、生产。目前从材料到电芯,到系统,垂直整合的战略。

我们大体的整个研发历程,是2006年成立,2009年发布我们第一代碳酸锂电池。2013年发布我们第二代多元复合锂电池,在2017年我们推出第三代的锰酸锂电池,能源密度到170。今年我们即将推出的是220瓦时每公斤的锰酸锂电池。

到目前为止,我们在全球是有3个研发中心,其中美国是和阿贡实验室合作开发电池的前驱材料,做一些前期研发。在德国是有工厂,主要做海外本土化的研究。另外的话,就是我们目前专职研发人员大概700多人,其中30多人具有博士学位,有一半以上是海归的博士。

同时在2017年的话,锂离子动力电池系统数字化车间项目是入选国家智能制造的应用新模式,目前我们的电芯和pack生产都已经实现了90%以上的自动化生产。

最后介绍一下我们目前的话是在建设我们第三期,到去年底的话,我们的产能达到了4G瓦时。3期建完以后的话,到2020年预计还能新增11G瓦时的产能。我们也希望能够致力于机场设备电能化整个进行当中,贡献我们自己的力量。

最后欢迎各位领导、专家,如果有时间呢,可以到我们浙江湖州来考察。因为微宏动力就在美丽的太湖边上,我的演讲就到这儿,谢谢。

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