长续航纯电动车发展趋势及对动力电池系统需求的变化

曾祥兵 朱红 宋开通 谢堃 李悦

奇瑞新能源汽车技术有限公司 安徽省芜湖市 241002

1 引言

我国新能源汽车行业经过不断发展，已经形成了较为完善的研发和产业体系。2018年国家新能源汽车补贴政策明确了向长续航、高能量密度的电池系统和整车方向倾斜。续航300km以下的纯电动汽车补贴金额出现了不同程度的降低。续航里程超过了300km的车型补贴金额则有所增加。能量密度小于105Wh/kg将不再拿补贴，能量密度大于160Wh/kg则可以获1.2倍的补贴。在政策导向和市场需求的双重驱动下，纯电动车纷纷向着长续航、高能量密度方向发展。电动车用户群体和使用工况也正在经历变化。本文将重点阐述长续航里程电动车的发展趋势和长续航里程电动车对动力电池系统需求的变化。

2 长续航纯电动车发展趋势

随着技术的发展和国家政策导向，纯电动车的续航里程不断增加，电池系统能量密度持续增长。第303、304批新车公示新能源乘用车中能量密度大于140Wh/kg的电池系统共19款，占比33%，最高已达到158.07Wh/kg。续航大于251km的A00级别车8款，续航大于300km，能量密度大于140Wh/kg的A00级纯电动车有兰州知豆和奇瑞eQ1。长续航纯电动车的里程需求也促使了新一代纯电动车平台的开发。

表1 2018年纯电动汽车国家补贴标准

表2 电池系统能量密度调整系数

2.1 长续航纯电动乘用车用户群体的变化趋势

长续航纯电动乘用车的出现和发展，也促进了出行方式和用户群体的变革。

2017年8月8日，交通运输部、住房城乡建设部联合发布《关于促进小微型客车租赁健康发展的指导意见》，意味着国家已认可将分时租赁作为一种缓解城市交通拥堵的途径。分时租赁以A00级纯电动为主，早期分时租赁车电池电量只有18~25kWh，续航150~200km，仅能够在城市市区内运营。当A00级乘用车电量增加到35kWh以上，续航提升到300km时，将会扩大分时租赁运营范围，延长租赁时间。目前中国租赁市场规模已从2011年的281亿元增长到2016年的496亿元，年增长率达到18%。虽增速较快，但渗透率只有0.4%。根据中国产业研究院预测，预计至2020年，中国汽车租赁行业市场规模将达到800亿元，市场规模年均增速达20%。

图1 不同国家汽车租赁行业渗透率

图2 中国共享汽车规模预测

因受制于重载荷运行条件下续航里程和充电速度的制衡，出租车纯电化替换的发展受到制约。同样新能源汽车作为网约车也仅处于尝试阶段。随着新商业模式的出现和新能源汽车续航里程的提升，新能源电动车在出租车和网约车市场将迎来机遇。

截至2017年底，北京市纯电动汽车保有量达到17.1万辆，其中私人汽车超过11万辆，租赁汽车1.8万辆。随着新能源车型的多元化发展，续航里程大于400km的纯电动A级车和城市SUV的相继推出，纯电动车在私人用户领域占比也将越来越高。

2.2 新一代长续航纯电动乘用车发展趋势

目前仅通过提升电池能量密度来提高整车续航里程已很难满足下一代纯电动车续航里程的需求。电动车平台化设计可以基于电池布置来设计整车底盘，使得新平台可以兼容不同类型的电池系统。电池组通过不同配组和设计，在保持相同的边界的前提下能够灵活实现不同容量、数量和种类的电池系统设计，且不影响到整车系统集成层面。如大众规划的MEB平台根据车型配置不同种类电池系统。未来在MEB平台上诞生的车型，综合续航里程可以达到400-600km，同时支持15-30分钟内充满80%电量的高性能快充。

图3 大众MEB纯电动平台

表3 不同类型电芯和系统能量密度对比

3 动力电池系统需求变化

随着长续航里程电动乘用车的发展，电动车用户群体和使用工况均发生了较大的变化。整车对电池系统的要求也发生了相应的变化。

3.1 能量密度和电芯类型需求变化

当前电池系统能量密度140Wh/kg与国家规划的210Wh/kg仍然有着较大的差距。圆柱、方形和软包三种电芯相比较而言，软包三元系统的能量密度更具有优势。目前各主要电芯供应商未来技术规划的能量密度为300Wh/kg单体均为软包电芯。随着长续航、高能量密度的动力电池系统发展，软包类型电芯占比也将越来越高。

3.2 充电功率和循环寿命需求

随着长续航里程电动车电量的增加，传统的3.3kW和6.6kW车载充电机已无法满足充电需求。快充功率提升至10kW，60kW的充电模块业已开始推广应用。

针对出租车运营领域，参照传统车平均续航300km/日的运营需求，电池系统需满足8年或60万公里质保，2000次充放电循环的要求。而私人用车对续航里程的需求更多的是城际用车需求，市区内代步属于低频充电高频使用场景。按实际续航300km计算，12万公里对于的电池系统循环寿命仅400次。故私人用车对电池系统循环寿命的要求降低了很多。

3.3 新一代电池系统设计需求

随着纯电动乘用车续航里程的提升和用户接受度的扩大，基于电池布置的底盘设计和根据车型配置不同容量的电池等特点的新一代电动车专用平台成为发展趋势。这要求电池工程师在整车开发初期能够深度参与新平台的前期开发，充分考虑电池系统的特点和设计需求，最大程度的集成电池系统。电池容量配置的可变性，则要求电池系统具备柔性设计，以较小的改动即可实现电量的变化。新一代平台化的纯电动车对电池系统的生产效率和装配的便捷性也提出了更高的要求。当电动车生产效率达到传统车流水化生产效率（1min/辆）的时候，电池系统的生产效率应能够与其相匹配。

4 结语

随着新能源电动车技术的发展和动力电池系统能量密度的提升，电动车续航里程得到较大的提升。续航里程的提升一定程度上缓解了用户里程的焦虑，使用户受众群体扩大。针对新应用场景和新工况对电池性能影响的研究，需要整车厂和动力电池供应方更紧密的合作，开发针对不同使用场景不同类型的动力电池。针对不同配置车型输入，动力电池系统开发需要具有较大的自由度，并且电池系统工艺可制造性需要匹配整车生产效率。