电动汽车锂离子动力电池产业化 总结报告书.docx
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电动汽车锂离子动力电池产业化总结报告书
上海市新能源汽车高新技术产业化
总结报告书
项目名称：
电动汽车锂离子动力电池产业化
承担单位：
合普新能源科技有限公司
项目负责人：
曹宏斌
1、
课题内容与核心技术能力
课题内容
本项目：
电动汽车锂离子动力电池产业化包含的内容对动力电池组的性能、安全、可靠具有决定性的影响，且已达到先进的水平。
本项目已可同时开发不同电动车电池组的客制化产品的技术能力、完整的动力电池数据库、快速的反应能力、拥有先进的材料分析设备及新材料开发人才等，在未来竞争中将处于领先优势。
核心技术
本项目的核心技术能力包括电池研究与测试能力，电池成组设计技术能力，以及电池成组制造技术能力。
主要有：
电池自放电测试技术、电池分类技术、电池成组功能测试技术、充电系统设备能力、放电测试工装设备能力、BMS模块自动测试技术、制造信息管理系统技术等。
产能目标
项目未来产量预测及产能规划表
单位：
组
年度
2010
2011
2012
月产能规划
100
300
1000
注：
以25kwh能量的电池包为一组。
产品水平国内领先、国际先进。
2、课题任务执行状况纵述
项目于2010年底前应完成的年度目标及实际达成状况如下：
项目年度目标
1.完成公司组建及部分厂房建设。
实际达成状况：
已完成公司组建及厂房基础建设。
目前生产线已具有小批量生产能力，实验室具备原材料、电芯、电池模块测试能力，仅大型测试设备尚未进场，厂房细部建设待完善。
实际之项目进度超前目标规划。
2.完成下列核心技术的研发：
2.1完成国内第一套可商品化之储能模块系统关键技术。
（单体电池芯的挑选配对技术/串并联的封装技术/电压平衡功能技术/电池模块的散热技术/电池模块的电源管理系统监控技术/电池管理系统与车载的通讯协议技术）。
2.2完成储能模块系统散热仿真平台与验证技术。
2.3完成储能模块系统组装生产平台与检测技术。
2.4完成国内1000小时长时间运行之电池储能模块系统测试平台。
2.5验证电池储能模块系统组件如电池芯之适用性（选用电池芯将以磷酸锂铁系,锂锰系或三元材料系为主）,评估三家以上以国内厂商设计制造之核心组件能否适用于本技术所开发之产品并产生相应的检测报告。
实际达成状况：
已完成核心技术的开发工作研发，分列于下列说明:
a.第一套电池产品（经由完整之设计、组装、测试…..等正规流程完成）已送交韩国东亚电通进行测试，至现在为止已累计1440小时之系统测试时间，应用于通讯系统之高压直流备用电源。
b.已完成数套电池设计之热仿真分析、载重分析。
c.已完成电池组装平台及相对应之检测设备架设。
d.除了韩国东亚电通之电池产品已完成1440小时测试;应用于天津清源HEV车辆之电池也已完成800小时之上路测试。
同时，应用于上汽8人座城管车已完成2车次的车载测试实验。
e.至现在为止，已完成评估中航锂电、万向、光宇、力神、衡动、新衡、比克、ATL等共8家电芯厂，正在进行评估上海航天电源、银通、德朗能、…等数家之关键核心组件供应商。
总述核心技术的研发进度超前于目标规划。
同时，技术研发之成果斐然。
3.完成与上海汽车集团股份有限公司及天津清源电动车辆有限责任公司样品试产。
实际达成状况：
如同上述说明，正在进行提交给上汽、天津清源车辆使用之电池样品测试。
天津清源尚未有批量生产规划，上汽电池已进行小批量试产。
4.硬件建设完成生产能力达到月产能100组，年生产能力达到1,200组，2010年生产150组。
实际达成状况：
硬件建设完成生产能力已达到月产能100组，2010年生产能力达到1,200组，完成制造东亚电通、天津清源、东风裕隆、普天海油、上汽等电池需求共计177组，达成年度目标。
年度考核指标
1、依据国家动力电池性能标准要求，动力电池包之部份性能指标已规格化。
未能标准规格化的项目为个别产品案之特殊需求原因。
2、已完成”通讯用高低压直流备用电源电池”系列化产品开发工作。
持续进行”低速电动车””纯电动轿车”、”混合动力车”、”纯电动大巴车”、”储能电池”、”电动船舶电池”等系列产品之开发工作。
3、因动力电池市场需求尚未形成，所以，目前生产线之规划尚未有高度自动化设施与较大规模运作的必要性，但月产能已能够达到100组/月的年度目标。
3、课题实施之技术路线评述
本项目所实施的产业化目标产品主要为纯电动车、混合动力电动车、轻型电动车、通讯系统高低压直流电源以及储能设备所需使用的高能量或高功率的动力电池组。
主要包含锂电池组、电源管理系统以及充电管理系统。
动力电池组由于受限于电池芯的技术水平,必须要由多数的电芯组合装配成组。
本项目的创新特色在于利用技术提供方将近20年的成组技术，应用在动力电池组的设计与过程，配合自行研发的自动化设备来提高产品的水平与质量，提供产业链中，稳定的供应关系。
具体之技术路线主要表现在以下领域：
1.动力电池芯之测试与筛选能力
本项目以一严谨专业对单体电池的测试程序进行评估，依据各电池之表现与应用端之需求进行测试与比对，以挑选合适之锂电池。
此测试内容包括单体电池之电池性能表现、循环寿命表现、安全性表现，测试项目综合UL1642、UL2580、FreedomCAR、中国863计划“2008年度EV用锂离子动力蓄电池性能”等之单体电池测试项目。
安全测试项目与判断标准
测试项目
测试条件
判断标准
电池状况
1
外部短路测试
用电阻50mΩ以下之电线，在室温下,将测试电池的正负两极短路1小时以上。
L1
完全充电
2
过充测试（外加保护元件）
以3C/10V充电（10V达到即停止）或1C/5V充电90分钟。
L0
完全充电
3
过放测试
以0.2C的放电电流对测试电池进行强制放电至额定容量的250％。
L0
完全充电
4
逆向充电
以1C将电池逆向充电90分钟
L1
完全放电
5
高温测试
将测试电池放置于烘箱内,以每分钟5±2℃的升温速率加热至100℃,并保持在100℃下5小时。
L0
完全充电
6
冷热冲击
在-20℃／2小时<=>60℃／2小时之温度冲击下，做20次的循环测试。
*-20℃<=>60℃之温度变化需在5分钟内完成
L0
完全充电
7
低压测试
将测试电池放置于绝对压力11.6KPa中6小时
L0
完全充电
8
加热测试
将测试电池放置于烘箱内,以每分钟5±2℃的升温速率加热至150℃,并保持在150℃下1小时。
L1
完全充电
9
泡盐水测试
将测试电池浸泡于5%盐水中2小时
L1
完全充电
10
振动测试
以振幅0.8mm,频率10~55Hz，每分钟1Hz的频率变化在XY方向各震动45分钟
L0
完全充电
11
撞击测试
将直径15.8mm之圆棒，放置于测试电池中央部位正上方,然后将9.1kg重量的铁块从610mm高度处坠落下去
L1
完全充电
12
坠落测试
将测试电池从1.9m高度处,任意方向坠落在水泥地板10次
L1
完全充电
13
穿钉测试
将直径2.5mm的钉子,以每秒150mm的速度贯穿测试电池之中央部位
L1
完全充电
14
压碎测试
以13kN之力量作用于两片铁板对电池作压扁测试
L1
完全充电
注：
L0:
电池外观无异状；L1:
电池外观漏液.以上测试项目皆不可有爆炸起火燃烧之现象.
循环寿命测试
测试项目
测试条件
判断标准
循环寿命
@5℃,1C充电/1C放电100%DOD或依客户要求
200圈后仍可维持60%以上或依客户要求
@25℃,1C充电/1C放电100%DOD或依客户要求
1000圈后仍可维持70%以上或依客户要求
@45℃,1C充电/1C放电100%DOD或依客户要求
3000圈后仍可维持60%以上或依客户要求
2.电池芯筛选与配对成组能力
技术指标可达:
单体电池电压差范围控制在20mV之内.
单体电池内阻差控制在30%之内（差异范围除以平均数）
容量经并联后的总合,各串差异范围小于1.5%（此部分可由电池供应商于出前将单体电池配对成组）
3.电池成组设计技术能力
a.阻抗匹配技术
b.锂电池高串并电流平衡监控系统
c.电压校正递回技术.（OperatingRange320V~760V）
d.建立电流校正递回技术.（OperatingRange10A~150A）
e.SOC预估误差<=5%，
f.达到系统自放电<10％（14天，250C,60%SOC）
g.建立系统状况诊断及改善错误检知正技术.
h.国际标准SAE1939与延伸通讯接口开发
i.主动式平衡系统
j.锂电池加速度感应断电安全系统
k.锂电池加速度感应断电安全系统
4.计算机辅助设计与仿真系统
应力仿真与分析：
负载仿真与分析：
热流仿真与分析：
5.电池组安全技术
a.完整的锂电池组安全监控模块与保护电路对可能的充放电异常情形做立即保护。
●Over/UnderVoltageProtection（OVP/UVP）
●ShortCircuitProtection（SCP）
●OverCurrentProtection（OCP）
●ImbalanceProtection（IP）
●Over/UnderTemperatureProtection（OTP,UTP）
●ExceptionHandlingandPermanentProtection（EH&PP）
●CommunicationDetection
●MalfunctionDetection（MP）
b.高安全性的结构设计，避免电池遭碰撞冲击时可能产生的安全疑虑。
c.结构设计时考虑电池模块间之隔离设计可使电芯本身产生的安全问题可以被有效隔离与控制。
d.防水防尘结构避免异物与水气入侵产生短路之疑虑。
e.电池组的可靠度（耐久,耐震与耐候性能）技术：
●搭配散热结构设计可使电池不致过热而导致容量衰减。
●搭配防水防尘结构设计可避免水气造成金属材料锈蚀。
●通过严格之HALTTest（高度加速寿命测试）结合冷热冲击与六个轴向之震动确认电池模块接点之可靠度。
6.电池成组制造技术
a.电池自放电测试技术
b.电池分类技术
c.电池成组焊接与锁付技术
d.电池成组放电均衡性测试技术
e.电池成组功能测试技术
f.充电设备能力
g.放电制程与设备能力
h.BMS模块自动测试技术
7.接口管理（通过CANBUS与VMS及其它模块沟通如充电器）技术
●CAN2.0B：
125kBit/sec
●一对一界面
●通讯方式：
点对点、广播
●通讯长度0~8字节
●已导入计划：
Company-KLGD8,Y2009/Company-SEV-SA0x,Y2010
8.
制造信息管理系统技术
藉由自行设计开发之制造信息管理系统，能有效将BMS模块电池，电池成组于制造过程中纳入系统监控，从而对来料的控管，良率的控管以及产品出货之追溯作全面之管理与掌控。
4、取得之发明专利等知识产权状况
目前尚未取得动力电池相关之国内专利，但核心技术的开发工作正在持续，以下两项相关于电池箱散热结构设计正在完善，预备申请专利中。
5、
课题成果对相关研发工作与学科发展的作用与影响
《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》已于2009年7月1日正式实施，《规则》强调说明：
新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源（或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置），综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。
新能源汽车包括混合动力汽车、纯电动汽车（BEV，包括太阳能汽车）、燃料电池电动汽车（FCEV）、氢发动机汽车、其他新能源（如高效储能器、二甲醚）汽车等各类别产品。
在上列所有列举之新能源类别上，使用”锂离子电池”为能源供应的方式具有最成熟、稳定，市场化价值最高的特点。
同时，锂电池的上中下游产业链已然形成，虽然仍不具规划效益，但整理的技术可实践性已经部份专家认可，并列为国家十二五计划中的重点执行项目。
所以，纵观本项目对相关研发工作与学科发展具有呼应国家政府的重点推行产业的效果，同时，带动上游电池芯厂家的品质提升与规模扩大，也促进下游产业扩展瓶颈技术，提升产业化的可实践性。
6、课题成果应用、转化情况与前景分析
2008年国际金融危机后，世界各主要国家都把争夺经济科技制高点作为战略重点，把科技创新投资作为最重要的战略投资，把发展高新技术及产业作为带动经济社会发展的战略突破口。
新能源汽车产业作为解决能源危机与环保问题的重要突破口，未来将成为推动世界经济发展的主导力量。
新能源汽车用动力电池目前主要为各种锂离子电池。
锂离子电池作为一种高效的储能器件，如果没有被正确地使用与保护的话，将大大影响其使用寿命并存在一定的危险性。
汽车用动力电池需成百上千个单体电池组合使用，同时保持这么多单体电池的性能一致，难度较大，而一致性又影响到电池组整体寿命。
如果电池成组技术不佳，会导致出现了单体电池寿命超过2000次而电池组寿命只有500次的情况。
一致性难题的解决有赖于电池成组制造工艺和设备水平的提升，以及电池管理系统的智能化。
因此，要安全、可靠并长久地在电动车上使用电池，必须遵循电动车对电池的各项具体要求。
本项目的实施，可以依靠股东企业长期积累的技术与生产经验和实力，作为专业的动力电池成组（封装）研发与生产制造企业，结合电池与汽车的要求，提供专业、全面的解决方案与产品，本项目的实施不仅可以通过自身的技术研发提高电池产品的技术性能，提高其应用能力，同时通过本项目的专业化规模化生产，可以降低电池成组成本，促进电池的通用性标准形成，以有效带动整个产业规模化发展，并有助于形成产业标准，推动国内新能源汽车产业的快速发展。
项目预期的产业规模和市场前景
项目预期产业规模巨大，具有良好的市场前景。
目前，中国新能源汽车正处于示范推广应用向产业化发展的关键阶段，新能源汽车示范应用不断扩大，新能源汽车的第一片准市场已经形成。
根据科技部新能源汽车“十城千辆”示范推广计划及对新能源汽车未来的预测如下：
中国电动汽车发展预测
电动汽车保有量
HEV客车
HEV轿车
EV客车
EV轿车
EV
特种车
EV
出租车
2012年示范（辆）
53358
13670
8940
3643
19405
2405
4050
2012年总计（辆）
264682
51239
100529
13655
72735
9015
15180
数据来源：
中国科技部
按照科技部计划，2012年纯电动轿车总量为72735辆，按照目前相关专家给出数据，一辆电动轿车电池约25KWH，每KWH磷酸铁锂电池价格约4000元，单纯电动轿车2012年电池市场需求总计将超过18～27亿美元。
动力电池组成本结构中，电池成组相关成本在35%左右，由此估计动力电池成组业务未来市场规模相当可观。
根据专业机构的预测，至2015年中国各类电动汽车年销量将超过100万辆，纯电动汽车年销量超过30万辆，具体预测数据如下：
中国电动汽车销量预测（千辆）
年
2010
2011
2012
2013
2014
2015
2020
HEV
60
77
171
288
418
491
950
PHEV
20
33
61
96
149
237
1,121
EV
20
44
98
151
224
348
1,767
合计
101
154
330
535
790
1076
3,838
新能源汽车产业是上海市的重点发展产业，上海市拥有良好的汽车生产企业资源，本项目投入动力电池成组技术研发及产品生产，将能为上海市新能源汽车企业提供便利的产品配套，同时为上海市的产业发展做出重大贡献。
7、经济、社会效益分析
本项目之年度目标预期在2012年达到1,000组/月，亦即年产能12,000组，或是300,000KWh（度）的经济规模。
项目未来产量预测及产能规划表
单位：
组
年度
2010
2011
2012
月产能规划
100
300
1000
注：
以25KWh能量的电池包为一组。
依据这样的规模生产量，单一家的电池生产基地（投资规模2亿元）一年即可供应1万两千台纯电动、或是2万4千台中混轿车/出租车使用;或是3000台的纯电动、或是6000台中混大巴车/公交车使用。
若新能源车之相关产业链形成，对于新能源车的关键零组件的设计、生产、制造具备有效的支撑能力。
8、人才培养、队伍建设、组织管理、国际合作等方面之情况与经验总结
人才培养、组织管理、团队合作是合普公司得以攻关技术瓶颈，解决锂离子电池产业化难题所凭借的精锐武器。
公司发展至今，除了承接股东方的技术资源与能力之外，自身亦配备坚强跨领域专长的研发人员与专业实验室测试人员。
合普本身专注于以下之技术领域：
为达成相关的技术研发成果，需整合不同专长领域的人员，整体研发团队之组织图如下：
除了人员、专长齐备，项目承接方亦整合有效资源，积极动员组织运作，以有效答成各阶段性任务。
除了倚靠自身的努力，合普公司于2011年开始，联同重庆隆鑫集团与意大利资深车辆设计专家，沃配公司，合作开展新款都市型双人座电动汽车（LV16）的开发工作。
结合富有专业及丰富经验的国际合作工作推展，对本项目的目标达成与成效落实具有加分与促进的效果。
9、经费使用情况
电动汽车锂离子动力电池产业化项目经费使用情况如下：
1.资金投入2279万元
其中：
自筹资金2170万元；产业化支持109万元。
2.资金使用2279万元
其中：
厂房205万元、机器设备756万元、技术研发引进970万元、流动资金348万元。
10、存在问题
新能源汽车的产业化形成，不仅包括最关键技术的锂电池开发工作，还需要相关的配套产业一起齐头发展。
这些配套工作包括：
1.相关于新能源车使用的充电站或换电站的规划与建设
2.锂离子电池整体维护维修工作的可市场化运作体系的建立
3.从正负级材料、隔膜、电解液、电芯封装等上中下游产业链的完整成熟，并且能经由规模化达成有价格竞争性、市场可接受性的产业规模。
4.相关于动力电池的性能、安全、运输要求…等的国家标准（或行业标准）尚未成熟。
5.目前个人消费者或单位对于新能源汽车的使用方式与习惯跟传统燃油车仍有很大差异，一时难以造成新能源汽车的普及应用。
11、总结
本项目：
动力汽车锂离子电池产业化的2010年总结工作成果达成既定的项目年度目标与考核指标。
同时，项目承担单位：
合普新能源科技有限公司，在执行任务的过程，不但创造出属于自我的知识产权，也积累了相当多的技术、研发、生产相关的宝贵经验。
尤其在关键技术瓶颈的攻关上，合普公司研发人员的团队合作、认真拼搏的精神确实为新能源产业化的大目标立下良好的社会典范。
展望2011年的任务目标，我们除了在原有基础上齐心向上之外，针对动力电池的本质技术性难题，将投入更大资源，以克服新能源产业化的瓶颈，达成该行业世界先进水准。
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