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客观了解磷酸铁锂电池在电动客车的应用和未来

2020-04-09 作者:诺一 来源:国轩高科

  2020年3月31日,国常会确定将新能源汽车购置补贴和免征购置税政策延长2年。年初以来,CTP技术、刀片电池、无钴电池连番成为热点。行业机构乐观预计,未来两年磷酸铁锂电池市场应用规模有望达到260亿。

  10年前,2010年1月23日,合肥18路公交线路30台纯电动公交车正式上路运营,成为中国乃至世界上首条全部启用纯电动汽车运营的公交线路。

  2年前,随着第一批纯电动大巴功成身退,第二批纯电动大巴接续使命,国轩电池以探索者和参与者的姿态,见证了中国电动大巴的起步和兴盛。

  目前,搭载国轩电池的公交大巴已经在北京、上海、安徽、河北、湖南、海南等省多地及欧洲、北美洲等市场投入运营,从合肥18路开始的电动大巴的探索之路,已经越走越宽广了。

  公共交通全面电动化的大趋势下,让我们重回原点,再看18路车,客观了解磷酸铁锂电池在电动客车的应用和未来。

  起点回望:30辆纯电动客车投身18路

  让我们把时钟拨回到12年前的冬天。2008年底,科技部等国家四部委启动了“十城千辆”示范工程,在全国13个城市开展试点工作,安徽合肥是其中之一。其时,合肥已拥有规模以上汽车整车及改装车生产企业十余家,汽车零部件生产企业200多家,具有全国最全的商用车产品型谱,在全国汽车行业中排名前10强。

  2009年12月28日,是中国新能源汽车在推广应用道路上一个值得纪念的日子,30辆搭载国轩电池的安凯纯电动公交车正式下线,被命名为HFF6120G03EV,将用于连接合肥市政务新区和滨湖新区的18路公交线。

  2010年1月23日, 18路纯电动公交线路正式投入运营,成为全球首条低噪音、零排放的纯电动公交线路,开启了中国纯电动客车商业化运营之路。在运营过程中,合肥市通过定向购买、专项补贴、电池租赁、整车租赁等商业模式创新,逐步形成了中国电动车示范推广应用的“合肥模式”。2010年当年,合肥成功推广纯电动公交车181辆,规模位居全国之首。 

在滨湖时代广场公交站,有专门的充电员给公交车充电

  驾乘感受:乘坐舒适且节能无污染

  边摸索边实践,合肥新能源汽车发展步步向前。很多一线的劳动者,或参与或见证了这一过程。

  今年46岁的鲍忠根是合肥本地人,2003年入职合肥公交,2010年18路公交线路开通时,他就是首批班线司机,从此在18路车上一待就是10年。

  据鲍师傅介绍,18路公交线往返滨湖新区到政务新区,全程长17.5公里,途经25站,单车每天运营里程达200多公里。对于纯电动客车的驾驶感受,他赞誉有加。

  “我开了六年燃油公交车,很有体会。纯电动车首先肯定环保无污染,它的动力用的是电池,没有发动机轰鸣声,启动声音非常低,乘客在车上几乎感受不到噪音,而且制动非常稳妥,乘坐体验更好。”让鲍师傅感触很深的还有空调,“传统的燃油公交车,是分季节月份开空调的,收费也有差别,老百姓总是吐槽,换了纯电动车以后,空调的开关就自由多了,根据车内温度决定,反正电跑完了就充电,成本没怎么增加。”

  合肥公交的统计数据显示,这批编号为HFF6120G03EV的纯电动公交车搭载了12组磷酸铁锂电池,组容量达到300KWh,续航里程250至300公里,可以满足每辆车每天跑8、9个来回,电耗为1度/公里,运行费用为0.87元/公里,仅传统燃油车的三分之一。按每台车每年行程5万公里计算,30台纯电动汽车每年可以节约燃油约500吨,减少一氧化碳排放量约10吨,碳氢化合物排放量约2吨,氮氢化合物排放量约1吨。

鲍师傅驾驶的18路车即将驶出站场

  技术研发:顺势而为促进LFP产业化

  在纯电动汽车的所有架构中,电池被称为“心脏”,是动力之源,其重要性不言而喻。

  十年前,电动车动力电池主要有四种:铅酸电池、镍氢电池、镍镉电池和锂动力电池,其中,磷酸铁锂电池具有循环寿命长、结构稳定、安全性能好、成本低廉等诸多优势,并且磷酸铁锂材料无任何有毒有害物质,不会对环境构成任何污染,被世界公认为绿色环保电池材料,国内外车企都看到了磷酸铁锂电池的应运潜力,纷纷将磷酸铁锂电池应用于电动车中。

  韦佳兵是合肥国轩的老员工,2009年刚入公司时,就从事磷酸铁锂正极材料的研发和工艺改进工作,多年来他和国轩共同成长,一起见证了磷酸铁锂电池的产业化和合肥新能源汽车产业发展。

  “2009年前后,国内动力电池的发展仍然处于摸索的阶段,技术路线尚未成熟定型,专业从事研发的人也不多,我主要从事草酸亚铁制备磷酸铁锂正极材料技术的改进,还有一个同事主要负责磷酸铁工艺改进。”据韦佳兵回忆,“当时公司条件有限,我们就与合肥工业大学联合开展试验,一路摸索。”

  2011年开始国家环保政策收紧,草酸亚铁的原材料受到限制,磷酸铁工艺成为企业首选。国轩高科顺势而为,先后出资购置了试验设备,引进了很多高学历人才,潜心技术研发,从而持续保障了国轩磷酸铁锂电池的行业领先地位,陆续在更多城市打开了电动客车市场。

  目前,搭载国轩电池的公交大巴已经在北京、上海、安徽、河北、湖南、海南等省多地及欧洲、北美洲等市场投入运营,从合肥18路开始的电动大巴的探索之路,已经越走越宽广了。

  配套完善:8年稳定运营创下多个第一

  业界公认磷酸铁锂电池最大的优点是其安全性,因为其化学性质稳定,高温稳定性好,700-800℃才会开始发生分解,且在面对撞击、针刺、短路等情况时不会释出氧分子,不会产生剧烈的燃烧。

  磷酸铁锂的安全特性,对于电动汽车尤其是公共交通车辆具有天然的吸引力。国轩高科生产的磷酸铁锂电池一时备受市场青睐。有统计数据表明,合肥纯电动客车运营两年,综合故障率只有0.9‰,远远低于同类普通客车综合故障率1.5‰的平均水平。

  稳定运营的同时,国轩高科还和合肥公交集团一起,不断健全充电设施配套,优化售后服务。

  据合肥国轩南区售后主管邹乐介绍,合肥纯电动公交的充电和保养事务全部由国轩售后部门承担。“我在售后工作了8年,没有经历过一起因为电池引发的重大事故。随着纯电动公交车越来越多,我们还对充电桩进行了升级,充电时间缩减了一半。而且,升级后的电池更智能化,可以通过网络平台远程监控,及时发现故障及时处置,进一步保障了车辆运行安全。”

在合肥公交经开停保场,国轩售后人员正在检修18路公交车

  到了2013年,国轩电池在安徽的纯电动车市场已经占领了垄断地位,全国39个新能源汽车推广应用城市(群)也都有车辆在使用国轩的电池,国轩高科与上海申沃合作生产的纯电动大巴,还出口到加拿大。

  2018年,合肥第一批纯电动公交车功成身退。8年运营,创下了多个世界第一:运营时间第一 (超过8年),累计行驶里程第一 (1400余万公里),单车行驶里程第一(51万公里)。18路也成为国内运营里程最长、运营时间最长的全球首条纯电动公交线路。

  值得一提的是,一同退役的国轩电池,此时还剩下80%以上的容量,充分体现了高安全、长寿命、低成本的特性,做到了电池与整车同寿命。

  当前现状:LFP在客车、专用车市场处绝对优势

  据公开报道,从2018年起,合肥公交新增营运车辆已全部为新能源车。截至目前,合肥公交在用车辆中清洁能源车辆和新能源车辆共4608辆,占在用车辆总数的95%以上,建成区内公交全部实现绿色化。

  合肥在公交领域推广新能源汽车的成功,已经成为全国样板,客观带动了合肥市锂电产业的发展。动力电池应用分会数据显示,2019年国轩高科磷酸铁锂电池装机量约3.13GWh,国内排名第二。合肥国轩营销部门获悉,截至2019年12月份,国轩电池累计配套客车38977辆。2020年,国轩高科还将继续深耕客车市场,把目标锁定装机量前十的客车企业,适当开发经济发达地区区域性客车企业,与安凯汽车、福田汽车、上海申沃、湖南中车、淮北公交等均有良好的合作。

  从行业层面看,智研咨询发布的《2020-2026年中国磷酸铁锂(LFP)行业竞争格局及投资策略分析报告》数据显示:磷酸铁锂电池凭借成本优势,在客车及专用车市场占据绝对主导。2019年磷酸铁锂电池客车、专用车装机量分别为13.9 GWh、4.3GWh,占整体装机比例的91.3%。且在客车、专用车市场中,磷酸铁锂装机占比分别94.6%和79.6%,均处于绝对的优势地位。

2015-2019年磷酸铁锂在不同车型上的装机示意(数据来源:智研咨询)  2015-2019年客车装载不同类型电池占比示意(数据来源:智研咨询)

  未来猜想:应用场景将大幅拓宽

  从上述分析表格不难看出,从2019年开始,随着补贴退坡,全球主流车企在一些基础车型上开始转向 LFP 电池,磷酸铁锂回暖趋势明显,这对于国轩高科而言是个很好的机遇。国轩高科董事长李缜多次在公开场合给出预判,长期来看,LFP 电池在新能源领域的增量空间可观,未来有很大的市场空间。一是商用车和专用车市场LFP继续主导,二是LFP在乘用车市场的装机占比继续增加,三是LFP在储能市场有广阔应用场景,可广泛应用于工业用储能和家用储能等,如储能电站、通讯基站、风光互补、移动电源等领域。其次,磷酸铁锂(LFP)电池成本和技术优势明显,市场普遍认为LFP电池成本较三元电池低 10%-15%,目前国轩可以做到单体能量密度190Wh/kg,系统能量密度140 Wh/kg以上,目前实验室阶段可以做到单体200 Wh/kg,系统160 Wh/kg。

  目前国轩高科电池产品除了广泛应用于乘用车、商用车、专用车外,还在储能、船舶、低速车等领域有布局与合作。3月份,国轩高科接受彭博社专访时透露,公司正寻求在模组层级提高LFP(磷酸铁锂)电池的能量密度,有望使得其系统能量密度从目前的160Wh/kg再上新台阶,并持续扩大其适用范围。

  不可否认,相比三元电池,我国在磷酸铁锂电池方面的投入最多,产销量也最大,产业的成熟度和产品的性价比也最高,在全球范围内具备一定优势,随着磷酸铁锂动力电池产品的应用逐渐增加,优势也将逐步显现出来。

  行业预计,2020年磷酸铁锂电池市场规模将达到210亿,同比增长7.5%,2021年达到260亿,同比增长24%。其中,根据四部委发布的政策,仅在新能源公交车推广应用这一项上,未来一两年内,将有超过30万辆的公交车需要替换为新能源汽车,这对于车企和电池企业是一个巨大的市场机遇。

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