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推動電動汽車蓄電池儲能電源系統產業發展總體規劃

2012年01月27日 08:42


     與相關企業協商,擬在產業聯盟的框家內,以“統一規劃、統一標準、協力合作、規模效應、有序競爭”為原則,在聯盟的框架內,依托相關企業建設珠三角、長三角、環渤海地區三個蓄電池儲能電源系統和電動汽車動力系統集成、一個城市電動客車動力系統集成和一個兆瓦級蓄電池儲能系統五個技術創新產業化示范基地,以風電場用大功率蓄電池儲能電源系統和電動汽車儲能電源系統為切入點,采用技術創新和集成創新相結合,以集成創新為主的方法,匯集行業資源,利用兩年左右的時間,基本突破蓄電池成組后安全性大幅下降、使用壽命大幅縮短的技術難題,完成符合三項基本要求和五項具體要求的標準化、系列化蓄電池儲能電源系統及電動汽車動力集成系統關鍵技術和產品研究和產業化建設。
2、 總體目標
   在產業聯盟的框架內,以“產業聯盟技術服務中心“為支撐,以示范性基地為依托,采用現代市場機制,充分匯集國內資源,采用技術創新與集成創新相結合,以集成創新為主的方法,爭取在2年左右,完成包括充電系統和放電系統在內的蓄電池儲能電源系統和電動汽車動力系統關鍵技術和產品研究,實現突破蓄電池成組應用技術和蓄電池儲能電源系統集成技術瓶頸。
用3~4年的時間(即十一五期間),初步完成每個產業化示范基地年產20萬套(產業聯盟年產聯盟50~80萬套)以上蓄電池儲能電源系統、電動汽車動力集成系統和用于建立電動汽車公共能源供給系統的蓄電池租賃站系列產品生產配套能力建設及初步產業化。
在2~3年內,以風電場用大功率蓄電池儲能系統為切入點,在兆瓦級蓄電池儲能系統關鍵技術和產品研究方面取得實質進展。
爭取將聯盟發展成為貫徹落實《規劃》目標的電動汽車動力集成系統技術創新產業化基地和推動我國蓄電池儲能電源產業發展的核心力量。   
   根據《規劃》制定的項目目標為分三個階段完成:
2.1 第一階段-技術準備階段(2013年3月前)
本階段的階段目標是:以行業基礎為技術基礎,采用技術創新與集成創新相結合,以集成創新為主的方法,在產業聯盟的框架內,利用市場機制,匯集相關行業資源,以純電動汽車蓄電池儲能電源系統和電動汽車動力集成系統(包括充電系統、電池總成和電機及驅動器)為切入點,通過研究試驗運行,完成蓄電池儲能能電源系統、電動汽車動集成系統和電動汽車公共能源供給系統關鍵技術和產品研究,基本突破蓄電池成組后安全性下降、使用壽命縮短的技術瓶頸,為第二階段奠定技術技術。
本階段,依托兆瓦級蓄電池儲能系統產業化示范基地,基本完成研究試驗平臺建設。基本完成風光電場用大功率蓄電池儲能系統關鍵技術、關鍵零部件研究,為系統集成奠定基礎。
2.2 第二階段-初步產業階段(2013年~2015年)
在完成第一階段目標的基礎上,依據《規劃》第一階段產業化目標,開展系列化產品研究、市場開發和規模化推廣應用,爭取實現完成每個產業化示范基地5萬套以上蓄電池儲能電源、電動汽車動力集成系統和電動汽車公共能源供給系統用蓄電池租賃系統產銷量,實現初步產業化建設。
擬在本階段完成研究試驗用風電場大功率蓄電池儲能系統的系統集成,按項目規劃開展初步研究,爭取完成原型機研究和系統集成。
2.3 第三階段-產業化發展階段(2016年~2020年)
在完成第一階段和第二階段目標的基礎上,結合《規劃》進展情況,實現每個產業化基地20萬套以上蓄電池儲能電源系統、電動汽車動力集成系統和蓄電池租賃站成套設備的配套能力。
爭取在2020年前,完成產業化研究和產業化建設,形成規劃化生產能力。
3、 階段任務和基本目標
3.1 第一階段主要任務和基本目標:
以純電動乘用車用蓄電池儲能電源系統和動力集成系統為切入點,建立貼近實用工況,基于純電動汽車的研究試驗平臺,通過15萬公里全程研究運行試驗,基本完成鋰離子蓄電池儲能電源系統、電動汽車動力集成系統和以電池租賃系統為重點的電動汽車公共能源供給系統關鍵技術研究,為第二階段和第三階的工作奠定技術基礎。


3.1.1本階段主要任務是:
(l) 基本完成鋰離子蓄電池成組應用技術、成組技術和系統集成關鍵技術研究,為關鍵零部件和產品研究奠定技術基礎。
(2) 完成鋰離子蓄電池模塊和蓄電池儲能電源系統關鍵零部件研究。
(3) 完成符合電池租賃要求的純電動汽車蓄電池模塊和總成關鍵技術和產品研究。
(4) 完成鋰離子蓄電池充電設備和充電系統關鍵零部件及產品研究,完成電動汽車蓄電池租賃系統關鍵技術、關鍵零部件和產品研究。基本完成用于建立電動汽車公共能源供給系統的標準化蓄電租賃站成套技術、關鍵零部件和產品研究,為建立電動汽車公共能源供給體系提供成套技術和設備支撐。
3.1.2 本階段的基本目標是:
   鋰離子蓄電池成組后安全性下降、使用壽命縮短、甚至發生蓄電池燃燒、爆炸等惡性事故,是當制約電動汽車產業發展的技術瓶頸,也是鋰離子蓄電池產業及節能與新能源產業發展的技術瓶頸。
技術準備段的基本目標是:爭取利用兩年左右的時間,基本突破鋰離子蓄電池成組后安全性下降、使用壽命縮短等技術瓶顧:    (1) 在防止蓄電池成組后安全性下降,使用壽命縮短關鍵技術和產品研究取得實質進展;    (2)在蓄電池儲能電源系統和電動汽車動力系統集成方面取得實質進展;    (3)在蓄電池儲能電源系統兼容性、標準化、系列化研究方面取得實質進展。
具體目標是:
   (1)突破“相互隔離,重復分散的格局”

     以建立符合三項基本要求和五項具體要求的蓄電池儲能電源系統,和電動汽車動力系統集成關鍵技術和產業化體系為切入點。首先在產業聯盟內實現突破“相互隔離,重復分散格局”。這也是實現項目基本目標的關鍵。    

   (2)突破蓄電池成組安全性和使用壽命下降問題

    以電動汽車動力系統集成為切入點,采用先進的蓄電池成組應用技術,完成先進的蓄電池管理系統和蓄電池儲能電源系統集關鍵技術和產品研究。    
實現蓄電池成組后的安全性和使用壽命與單體電池安全性和使用壽命水平基本相同的基本目標。    

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推動電動汽車蓄電池儲能電源系統產業發展總體規劃
(2011年5月15日通過)


1、 背景
    “節能與新能源汽車產業”已列為國家重點支持的七大戰略性新興產業,并提出了未來十年推廣應用純電動汽車500萬輛的戰略目標和階段目標。
    由工業和信息化部牽頭,聯合科技部等相關部委起草的《節能與心能源汽車產業規劃》征求意見稿(以下簡稱《規劃》)中對當前“節能與新能源汽車產業發展現狀及面臨的形勢”的描述如下:
    “我國新能源汽車已具備一定的研發和產業化基礎。…………但是,新能源汽車及核心零部件技術還有待進一步突破,產業化和市場化仍面臨著產品成本較高、社會配套體系不完善等諸多挑戰”。
    鋰離子蓄電池儲能技術是節能與新能源產業的技術關鍵;是節能與新能源產業競爭的戰略至高點。掌握了新型蓄電池儲能電源系統技術和產業主動權,就掌握了節能與新能源產業的主動權。
在國家產業政策和科技項目的重點支持下,我國鋰離子等新型蓄電池關鍵技術、關鍵材料和產業發展都取得了重大進展。我國大容量鋰離子蓄電池產業發展已經處于國際領先地位。大容量鋰離子蓄電池的性能已經基本能夠滿足電動汽車的設計要求(即第一代鋰離子蓄電池產品已經基本成熟),雖然制造成本仍高于鉛蓄電池,但從全生命周期內經濟性考慮,已經顯著優于閥控鉛蓄電池。從技術性能和經濟性考慮,單體大容量錳酸鋰、三元聚合物和磷酸亞鐵鋰蓄電池,已經基本具備了規模化推廣應用和產業化的基本條件。
    當前的主要技術問題是:蓄電池成組后,安全性大幅下降、使用壽命大幅縮短,甚至存在發生蓄電池燃燒爆炸的危險。
    2011年4月11日在杭州街頭發生的純電動出租車燃燒惡性事件(見圖1),再次提醒我們:鋰離子等新型蓄電池成組應用技術、系統集成技術,是當前推動節能與新能源產業發展迫切需要解決的重大課題。

 


    當前問題雖就表現在蓄電池方面,其根源還在于蓄電池成組應用技術和系統集成技術不能適應蓄電池的要求,部分蓄電池發生過充電、過放電、超溫和過流問題造成的。
    在節能與新能源汽車產業發展的推動下,我國鋰離子等新型蓄電池成組應用技術和關鍵零部件的研究,也取得了重要進展。一些關鍵技術已經處于國家先進或領先水平。這些技術和知識產權,都分散掌握在大專院校、科研院所和中小型高技術企業手中。鋰離子蓄電池儲能源電源系統產業發展,需要行業和企業間廣泛合作。但是,在市場環境下,企業間經濟、技術和知識產權利益及產業競爭形成的壁壘,對行業和企業間的合作形成了難以逾越的障礙。
    美國電動運輸協會試驗規程ETA-HTP012 2001《電動汽車車載電池能源管理系統》中對蓄電池管理系統性能規定的描述如下:
    “車輛應裝備電池管理系統(BMS)。該系統能控制動力電池包和模塊的電壓,溫度和充電狀態。而且,BMS能自動限制電池的放電不會低于預定的最低值。充電系統應包括維持電池包中所有模塊在每個充電-放電循環中溫度相同并在允許的溫度范圍內的裝置”。
    蓄電池管理系統研究的基本目的是:蓄電池在運行過程中,對充放電過程進行科學管理,保證蓄電池組安全、高效運行。
    蓄電池管理系統研究的基本目標是:防止蓄電池在充放電過程中發生過充電、過放電、過電流和溫度超過允許范圍。
    實現上述基本目標的蓄電池管理系統,除蓄電池及監測系統(即當前稱BMS)外,還應包括充電控制系統和放電控制系統。
    如前所述的蓄電池管理系統組成電路,如圖2,是分別嵌入在蓄電池模塊和總成、充電設備和用電設備中的。


    對于充電設備、用電設備、蓄電池模塊和總成中的相關電路,都不能稱為管理系統。對與大功率蓄電池儲能電源系統,蓄電池管理系統不可能形成獨立的產品。而是分別存在于包括充電系統、蓄電池模塊和總成及用電系統的蓄電池儲能電源系統中的。當前所謂“蓄電池管理系統”緊是蓄電池管理系統中的蓄電池監測電路,并不具備ETA-HTP012規定的蓄電池管理功能。
    蓄電池的運行安全依賴于蓄電池管理系統。由于蓄電池管理系統嵌入在蓄電池模塊和總成、充電設備及用電設備中。只有將蓄電池系統與充電系統和放電系統為一個不可分割的整體進行研究,才有可能實現防止蓄電池在充電過程中發生“過充電、過放電、過電流和超溫”問題。
    對于電動汽車應用,如圖3,蓄電池管理系統則分別存在于充電設備、蓄電池模塊及總成及電機和驅動器組成的電動汽車動力集成系統之中。


當前存在的問題是:
   (1)如電動汽車領域,將蓄電池儲能電源系統,分割成為充電設備、電機、電池、電控等相關零部件研究。雖然充電設備、電機、電池、電控等關鍵零部件研究都取得進展。從相關零部件獨立考慮,技術性能和產品質量都能夠滿足設計要求。但從蓄電池儲能電源系統需要考慮,則不能實現蓄電池運行過程中的安全管理。
   (2)將蓄電池管理系統中的蓄電池監測電路定義為“蓄電池管理系統”。造成的后果是,用戶認為安裝了蓄電池管理系統,而疏于其他安全措施,而用戶信賴的“蓄電池管理系統”,并不具備基本的充放電管理功能。安全問題更嚴重。
   (3)目前普遍采用的,隨閥控鉛蓄電池產業發展而發展起來的,適用于單體蓄電池的基于端電壓“恒壓充放電模式”、“恒流限壓充放電模式”,不能滿足包括鉛蓄電池組、閥控鉛蓄電池組在內的所有蓄電池組對充電的基本要求,也不能滿足鋰離子等新型蓄電池組對充電的基本要求。而目前蓄電池管理系統和充放電設備的研究,基本都是基于現有不能適用于所有蓄電池組的充電技術和充電模式。
   (4)以為用戶提供蓄電池荷電狀態信息為目的的基于蓄電池容量的蓄電池荷電狀態(SOC)研究是必要的。但是將防止發生蓄電池過充電、過放電、超溫和過流問題寄希望于準確的SOC估計,則是沒有任何技術可行性的可能。準確的SOC不能防止發生蓄電池過充電、過放電、超溫和過流問題。
   整合充電設備、蓄電池系統、放電系統相關資源,推動蓄電池儲能電源系統和電動汽車動力集成系統技術研究和產業化體系,形成具有我國特色和民族知識產權的蓄電池儲能電源系統和電動汽車動力集成系統品牌和產業化體系,是當前推動節能環保產業、新能源產業和節能與新能源產業發展迫切需要解決的重大課題。
    《規劃》指出的“集中全行業科技資源,共同開展系統集成、動力總成、電磁兼容、高壓安全等關鍵共性技術研究,…。建立有效的共性技術平臺共享機制。根據“整合、共享、完善、提高”的原則,……,針對不同類型共性技術平臺的特點,采用靈活多樣的共享模式,打破目前相互封閉、重復分散的格局”,是突破目前蓄電池技術瓶頸的重大戰略抉擇 。
在市場條件下,受企業間利益的制約,依靠企業或企業集團不可能實現“打破目前相互封閉、重復分散的格局”。
    探索在市場環境下,利于行業和企業合作的機制,充分整合現有資源,推動我國鋰離子等新型蓄電池儲能電源產業健康、有序、快速發展,是當前具體落實我國節能與新能源產業戰咯的重大課題。
    在市場環境下,行業組織具有整合資源、推動產業發展的特殊優勢,同時也有推動蓄電池儲能電源系統產業發展的責任和義務。
    為了探索在市場環境下利于資源整合的模式,中國電子商會電源專業委員會與中華環保聯合會新能源和節能與新能源汽車儲能系統行業委員會、北京電源行業協會合作,制定了我國推動鋰離子蓄電池儲能電源系統行業發展的規劃(如圖4)。

 
   該規劃(如下圖)的要點是:以行業協會專家委員會為平臺,充分匯集大專院校、科研院所所和相關企業資源,以標準化研究為切入點,在產業聯盟的框架內,依托儲能電源系統技術創新產業化示范基地,采用現代市場機制,充分匯集國內優勢資源,采用以集成創新為主的方式,首先從電動汽車蓄電池儲能電源系統、電動汽車動力集成系統入手,推動我國鋰離子蓄電池儲能電源系統產業健康、有序、快速、持續發展。 
    作為規劃的第一步,依據國家發改委《發改工業辦〔2008〕1242號》文的安排,聯合電源行業三十余家大專院校、科研院所和相關企業,制定了“鋰離子蓄電池儲能電源系統”七項行業基礎標準(如圖5),并于2009年12月12日正式成立鋰中國鋰離子蓄電池儲能電源系產業統技術創新聯盟(以下簡稱“聯盟”經在科技部備案)。

 

5、蓄電池儲能電源系統行業基礎標準體系


     與相關企業協商,擬在產業聯盟的框家內,以“統一規劃、統一標準、協力合作、規模效應、有序競爭”為原則,在聯盟的框架內,依托相關企業建設珠三角、長三角、環渤海地區三個蓄電池儲能電源系統和電動汽車動力系統集成、一個城市電動客車動力系統集成和一個兆瓦級蓄電池儲能系統五個技術創新產業化示范基地,以風電場用大功率蓄電池儲能電源系統和電動汽車儲能電源系統為切入點,采用技術創新和集成創新相結合,以集成創新為主的方法,匯集行業資源,利用兩年左右的時間,基本突破蓄電池成組后安全性大幅下降、使用壽命大幅縮短的技術難題,完成符合三項基本要求和五項具體要求的標準化、系列化蓄電池儲能電源系統及電動汽車動力集成系統關鍵技術和產品研究和產業化建設。
2、 總體目標
   在產業聯盟的框架內,以“產業聯盟技術服務中心“為支撐,以示范性基地為依托,采用現代市場機制,充分匯集國內資源,采用技術創新與集成創新相結合,以集成創新為主的方法,爭取在2年左右,完成包括充電系統和放電系統在內的蓄電池儲能電源系統和電動汽車動力系統關鍵技術和產品研究,實現突破蓄電池成組應用技術和蓄電池儲能電源系統集成技術瓶頸。
用3~4年的時間(即十一五期間),初步完成每個產業化示范基地年產20萬套(產業聯盟年產聯盟50~80萬套)以上蓄電池儲能電源系統、電動汽車動力集成系統和用于建立電動汽車公共能源供給系統的蓄電池租賃站系列產品生產配套能力建設及初步產業化。
在2~3年內,以風電場用大功率蓄電池儲能系統為切入點,在兆瓦級蓄電池儲能系統關鍵技術和產品研究方面取得實質進展。
爭取將聯盟發展成為貫徹落實《規劃》目標的電動汽車動力集成系統技術創新產業化基地和推動我國蓄電池儲能電源產業發展的核心力量。   
   根據《規劃》制定的項目目標為分三個階段完成:
2.1 第一階段-技術準備階段(2013年3月前)
本階段的階段目標是:以行業基礎為技術基礎,采用技術創新與集成創新相結合,以集成創新為主的方法,在產業聯盟的框架內,利用市場機制,匯集相關行業資源,以純電動汽車蓄電池儲能電源系統和電動汽車動力集成系統(包括充電系統、電池總成和電機及驅動器)為切入點,通過研究試驗運行,完成蓄電池儲能能電源系統、電動汽車動集成系統和電動汽車公共能源供給系統關鍵技術和產品研究,基本突破蓄電池成組后安全性下降、使用壽命縮短的技術瓶頸,為第二階段奠定技術技術。
本階段,依托兆瓦級蓄電池儲能系統產業化示范基地,基本完成研究試驗平臺建設。基本完成風光電場用大功率蓄電池儲能系統關鍵技術、關鍵零部件研究,為系統集成奠定基礎。
2.2 第二階段-初步產業階段(2013年~2015年)
在完成第一階段目標的基礎上,依據《規劃》第一階段產業化目標,開展系列化產品研究、市場開發和規模化推廣應用,爭取實現完成每個產業化示范基地5萬套以上蓄電池儲能電源、電動汽車動力集成系統和電動汽車公共能源供給系統用蓄電池租賃系統產銷量,實現初步產業化建設。
擬在本階段完成研究試驗用風電場大功率蓄電池儲能系統的系統集成,按項目規劃開展初步研究,爭取完成原型機研究和系統集成。
2.3 第三階段-產業化發展階段(2016年~2020年)
在完成第一階段和第二階段目標的基礎上,結合《規劃》進展情況,實現每個產業化基地20萬套以上蓄電池儲能電源系統、電動汽車動力集成系統和蓄電池租賃站成套設備的配套能力。
爭取在2020年前,完成產業化研究和產業化建設,形成規劃化生產能力。
3、 階段任務和基本目標
3.1 第一階段主要任務和基本目標:
以純電動乘用車用蓄電池儲能電源系統和動力集成系統為切入點,建立貼近實用工況,基于純電動汽車的研究試驗平臺,通過15萬公里全程研究運行試驗,基本完成鋰離子蓄電池儲能電源系統、電動汽車動力集成系統和以電池租賃系統為重點的電動汽車公共能源供給系統關鍵技術研究,為第二階段和第三階的工作奠定技術基礎。


3.1.1本階段主要任務是:
(l) 基本完成鋰離子蓄電池成組應用技術、成組技術和系統集成關鍵技術研究,為關鍵零部件和產品研究奠定技術基礎。
(2) 完成鋰離子蓄電池模塊和蓄電池儲能電源系統關鍵零部件研究。
(3) 完成符合電池租賃要求的純電動汽車蓄電池模塊和總成關鍵技術和產品研究。
(4) 完成鋰離子蓄電池充電設備和充電系統關鍵零部件及產品研究,完成電動汽車蓄電池租賃系統關鍵技術、關鍵零部件和產品研究。基本完成用于建立電動汽車公共能源供給系統的標準化蓄電租賃站成套技術、關鍵零部件和產品研究,為建立電動汽車公共能源供給體系提供成套技術和設備支撐。
3.1.2 本階段的基本目標是:
   鋰離子蓄電池成組后安全性下降、使用壽命縮短、甚至發生蓄電池燃燒、爆炸等惡性事故,是當制約電動汽車產業發展的技術瓶頸,也是鋰離子蓄電池產業及節能與新能源產業發展的技術瓶頸。
技術準備段的基本目標是:爭取利用兩年左右的時間,基本突破鋰離子蓄電池成組后安全性下降、使用壽命縮短等技術瓶顧:    (1) 在防止蓄電池成組后安全性下降,使用壽命縮短關鍵技術和產品研究取得實質進展;    (2)在蓄電池儲能電源系統和電動汽車動力系統集成方面取得實質進展;    (3)在蓄電池儲能電源系統兼容性、標準化、系列化研究方面取得實質進展。
具體目標是:
   (1)突破“相互隔離,重復分散的格局”

     以建立符合三項基本要求和五項具體要求的蓄電池儲能電源系統,和電動汽車動力系統集成關鍵技術和產業化體系為切入點。首先在產業聯盟內實現突破“相互隔離,重復分散格局”。這也是實現項目基本目標的關鍵。    

   (2)突破蓄電池成組安全性和使用壽命下降問題

    以電動汽車動力系統集成為切入點,采用先進的蓄電池成組應用技術,完成先進的蓄電池管理系統和蓄電池儲能電源系統集關鍵技術和產品研究。    
實現蓄電池成組后的安全性和使用壽命與單體電池安全性和使用壽命水平基本相同的基本目標。    

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