宋楠:从珠海航展研判中航锂电军用动力电池核心技术领域大创新!

在2021年9月举办的珠海航展中,来自兵装和兵器两大集团向全球展示了中国最新轮履空天技术装备。其中,部分装备已经全部采用全电驱动或增程式油电混合驱动技术方案。无论增程式油电混合驱动方案,还是全电驱动方案,都离不开电驱动系统、动力电池系统以及相应的电控系统(简称“三电”)。来自中国洛阳的中航锂电,是2021珠海航展唯一一家专注于陆海空天军用多种动力电池储能全向方案的供应商!

新能源情报分析网就2021珠海航展,中航锂电展台首次展示的安全性更占优的磷酸铁锂电池系统、高能量密度的锂硫电池和固态电池等动力电池技术状态,以及应用在陆海空天多兵种电动化技术装备带来的战术意义,研读和判定!

备注:关于中航锂电在2021珠海航展展示的全部资料和说明,以官方发布信息为准。本文部分素材为2021珠海航展中航锂电展台拍摄。

1、盈利出色、布局完整的民用新能源产业链的中流砥柱-中航锂电(中行创新):

新能源情报分析网评测组注意到,在中航锂电的官网上已经启用中创新航的新品牌。2021年11月17日,中航锂电在江苏常熟发布改名为中行创新的新品牌。在此次战略发布会上正式发布了全新的品牌战略,创立新中航形象,将原中航锂电正式更名为“中创新航”(中航+创新),将企业使命定性为“超越商业,造福人类”。

中航锂电(中创新航)现已设立常州、洛阳、厦门、成都、武汉、合肥和黑龙江七大产业基地,并构建产业集群发展模式,规划形成珠三角、长三角、西南地区、中部地区和东北地区等产业集群。中航锂电(中创新航)规划建设欧洲、北美等海外产业基地,形成深圳、上海、常州、成都四大研发中心,规划欧洲、北美、日本研发中心,未来还将开展新的研发布局,持续构建全球研发网。2025年公司规划产能将超过500G度电,2030年预计产能达1T度电。

需要注意的是(1),成立于2007年的中航锂电(中创新航)由中国航空工业集团公司、中国空空导弹研究院、四川成飞集成科技股份有限公司、中航投资控股有限公司、航建航空产业股权投资(天津)有限公司、江西洪都航空工业股份有限公司、洛阳兴航投资有限责任公司共7家单位,共同投资建设的专业从事锂离子动力电池、电源管理系统研发与生产的高科技公司,是一家拥有先进管理、技术、制造能力的现代企业。公司位于河南省洛阳市国家高新技术开发区,专业从事锂离子动力电池、电源管理系统的研发和生产,是国内领先的生产100AH以上高倍率、长寿命、大容量锂离子动力电池制造专业公司,是承担国家863重大专项“大容量磷酸铁锂动力电池及动力模块技术开发”的单位。

目前中航锂电(中创新航)的业务板块涉及到民用乘用车、民用商用车、民用特种车以及储能等领域。作为一家中国本土动力电池系统供应商,中航锂电(中创新航),具备独立研发和量产多种规格的方形磷酸铁锂电芯(模组),软包、方形以及圆柱NCM三元锂电池电芯(模组)以及BMS(电控系统)。

显然,中航锂电(中创新航)在民用新能源全产业链中,牢牢掌控了多种类型、规格的动力电池系统制造端。

在现有的中航锂电(中创新航)客户体系中,包括广汽(新能源)埃安、长安、吉利以及五菱等车型。其中部分车型,先后使用了由中航锂电(中创新航)提供的磷酸铁锂电池系统(电芯或模组)、6系三元锂电池系统(电芯或模组)以及最新的基于镍55动力电池系统。


从2014年开始,中国确定将包括核心技术、车型平台和新能源全产业链发展作为重要政策。随后能量密度逐步攀升的磷酸铁锂电池和三元锂电池装车量逐步攀升。但是,补贴政策的“加持”下,高能量密度的NCA和NCM三元锂电池引发的电动汽车起火燃烧和爆炸事故频发发生。

那么,可否量产一款兼顾磷酸铁锂电池的安全性,NCM三元锂电池高能量密度的动力电池系统?

适中致力于中国新能源储能技术发展最前端的中航锂电(中创新航),在2020年推出镍55三元锂电池系统(单体和模组),优先用于广汽(新能源)弹匣电池系统,随后成为吉利几何C的高电压电池系统的重要组成部分。

由于镍55电池(电芯)的电极材料密度更高,在更高的电压环境与特殊的电解液匹配,可以进行频繁的大功率充放电。也正是单晶材料内部没有晶界的存在,在多次循环后几乎无粉碎现象出现,对于三元材料的循环稳定性提升明显,也因此,即便镍55系电芯在持续充放电过程中被针刺穿也仅仅是发烟、发热而不会起火燃烧。

没错!中航锂电(中创新航)的镍55电池系统,在具备穿刺后只发烟不起火的安全优势同时,还满足了高能量密度的性能需求。在中国新能源汽车市场,从政策驱动向市场驱动的过程中,搭载中航锂电(中创新航)研发和量产的镍55电池系统(包括电芯、模组和BMS)的多个主流品牌车型,已经被终端客户认可。

2、政治可靠、技术过硬的军用新能源储能技术全向应用的典范-中航锂电(中创新航):

最尖端的科学技术,从来都是优先应用于军事装备。在中国,民用新能源全产业链的成熟,使得中国制造的动力电池系及热管理控制策略,被来自美国、欧洲和日本等汽车品牌(在中国的合资公司)购买。

在2014-2020年,快速发展的中航锂电(中创新航),在快速收割市场份额同时,也利用高额盈利投入到技术含量更高、安全设定更加苛刻的多种军用动力电池的研发和应用!

宽温域!

为动力电池(电芯)配置自发热(脉冲)技术,似乎应对冬季寒冷工况充放电效率降低,导致续航里程大幅衰减的最好应对手段。用于轮履装备、空天无人装备的三元锂电池系统,在冬季受续航里程衰减影响,作战半径大幅缩短是首要攻克的技术节点。

高安全!

这段"通过针刺,枪击等过军标安全认证”话术,指的就是基于镍55电池技术所具备的“由内而外”安全性能,不仅仅通过民车领域的市场认证,还通过军标的检验。

以基于中航锂电(中创新航)研发和量产的镍55电池系统,在广汽(新能源)埃安S\Y\V等车型应用状态比对,即便动力电池由下向上被刺穿,也只是发烟而不会起火和燃烧。这一首先具备安全性,其次兼容能量密度的动力电池技术,可以满足现役轮履装备电动化(增程式油电混合)改造所带来的的车型平台(动力舱、车桥以及载运平台)的限制。

高能量!

“鱼和熊掌必须兼得”,基于在民用车市场十分成熟的镍55电池技术,或许可以被认为是在安全、性能和成本方面平衡的最均衡的一款迁移至军用装备的储能解决方案。

单晶高电压技术(红色箭头所指):镍55电池系统最突出的技术特点,就是通过使用密度更高的电极材料和电解液,将电压增加值4.25-4.35伏,使得大倍率充放电过程电流和发热量有所降低。

高压人造石墨/硅复合负极:经过高温处理后生成的石墨产品作为动力电池负极材料,全寿命周期的循环次数更多、大倍率充放电效率更高、与电极液相容性更好,使得动力电池综合性能提升显著。当然,人工合成的负极材料石墨负极材料,制造工艺复杂、制造成本较高。

预锂化硅基复合材料:这是一种稳定大倍率充放电时保持电芯稳定性的负极加工工艺。通过电芯负极预锂化技术(工艺),并与改良的电解液匹配,可以被看做是量产高能量密度锂硫电池的重要组成部分!

全极耳链接/轻量化结构:极耳特指电芯正极(板)和负极(板),并将其“埋”进电芯内部,由此可以在大倍率充放电过程中增加导电面积、减少了单个电芯的内阻同时降低导电状态下的热量积聚,进而减少了热失控引发的安全问题。在使用全极耳链接的技术同时,还有效降低了电芯单体的自重,间接提升体积密度,使得动力电池总成的轻量化设定占优。

锂硫电池可以看做是半固态动力电池系统,具备充放电效率大、安全性高的优势,但是制造工艺复杂,量产成本较高等不足。可是,基于锂硫电池的储能系统,已经成为各国军队实现新能源技术军用化的重要发展目标和方向!

中航锂电(中创新航)在大规模民用新能源整车市场持续推进镍55系动力电池技术过程中,逐级对电极正负极材质、电极(耳)工艺、电极(耳)结构以及电解液配方层面,进行性能标定和性能与安全极限验证。由此取得的技术数据,作为向新能源储能技术军用化全向应用最为成熟的锂硫电池装车测试的保障!


在此次珠海航展的中航锂电(中创新航)展台的显示屏幕中,滚动播放官方宣传片。其中不少视频片段展现了“极其富有深度”的技战术意义,值得研读和判定。诸如上图显示,基于履带载具的红旗17野战防空导弹系统,具备“察打一体化”的战术。对载具端高压发电与储能的技术需求,完全可以换装ISG启发电一体机+磷酸铁锂/镍55系动力电池,满而耗电大幅提升的作战上装模块用电需求。

在中航锂电(中创新航)实物展区,其自研的多种规格BMS(动力电池控制系统)竟然可以做到与其他品牌制造的向对应动力电池的BMS系统模块化换装的设定。

红色区域:“各项性能及功能与非当前国产化BMS一致,可以做到原位替代”

在前文提及的中航锂电(中创新航)的业务板块中,就包括量产电芯、模组以及动力电池总成,还有BMS系统。但是!没成想中航锂电(中创新航)在坚持自行研发和量产适合己方电池系统的BMS系统同时,已经完成了对在售装载诸如大陆、联电以及南朝鲜LG\三星SDi\SK等动力电池的技术采样并进行BMS原装位替代的技术实力!

换句话说,在某个特殊时期,中航锂电(中创新航)或在主管部门的要求下、或在终端客户的需求下,用自行研发和量产的BMS替代在售的合资品牌电动汽车适配的动力电池BMS系统。而采用中航锂电(中创新航)“顶替”的BMS系统,将产生的数据上传至最安全且没有“后门”的国内制定实验室给予保存和分析。

上图为中航锂电(中创新航)制造展品之基于电加热高体积密度的动力电池系统。可以清晰地看到拆开外壳后,裸露出的紧固件(黄色箭头所指),铝材质定型件(蓝色箭头所指),以及电加热用PTC线缆(红色箭头所指)。

这套标准化电加热动力电池系统,采用大单体磷酸铁锂电芯,体积能量密度突破343wh/L。有些难以想象,简化了一切可以简化附件的密度型磷酸铁锂电池系统(保留电加热系统),应用场景与使用环境将十分宽泛。

上图为中航锂电(中创新航)制造展品之基于冷却液热管理控制技术的磷酸铁锂电池总成。采用军绿色涂装的动力电池上壳体为钢材质,侧面的接口端设定了2组动力线缆接口、冷却液进出管路接口、以及1组低压线缆通讯接口。

需要注意的是(2),这组磷酸铁锂动力电池采用的是基于冷却液的热管理控制策略。“加热输入”接口,指的是被大功率PTC控制模组加热,并通过电子水泵将冷却液“送”入动力电池总成内部,用于电芯/模组进行低温预热伺服。

在新能源技术民用整车市场中,动力电池热管理控制技术/策略,多以为电芯/模组进行高温散热和低温预热功能达成为主,力求将温度控制在15-35摄氏度范围。

在新能源技术军用轮履装备应用时,动力电池热管理控制技术/策略,不仅仅要将温度控制在技术需求的范围内,还要满足作战时降低热辐射信号提升隐蔽效能需求,要用可变流量电子水泵对电芯/模组施加大功率高温散热伺服;还要考虑在作战上装模块大功率运行,需要大倍率充放电时电芯/模组所需要主动散热效能。

需要注意的是(3)这台采用CTP(大模组)技术的的磷酸铁锂电池系统电压平台为X00伏级,与民用车采用的350-400伏电池平台相差较大。而CTP(大模组)技术的引入,将磷酸铁锂电芯单体电量提升同时,有效降低总成的系统自重,间接提升体积密度。

蓝色箭头:大单体的磷酸铁锂电芯特写

这套用于储能的磷酸铁锂电池系统,能量密度约为1XXwh/Kg,体积能量密度则突破X35wh/Kg,并满足X000次循环后有效SOC值处于80%的技术需求。

上图为上图为中航锂电(中创新航)制造展品之应急电源(海军数码迷彩涂装)和XXX箱模组。应急电源的技术含量可以不高,但是以可靠性为优先考虑的设计需求,其次“保电”周期要长,可以对外释放220伏电压同时兼顾照明,作为UPS使用。

这套XXX箱模组采用标准化包装结构,从数据铭牌明细看,强调了电芯单体容量、总成装载电量,以及及其重要的最大放电倍率。

这套XXX箱模组电芯单体容量和总成装载电量,两项数据相对平淡无奇,反而是最大放电倍率超过了当下主流民用PHEV\EREV车辆所使用的密度性动力电池最大放电倍率XX倍!显然,通过串并联后的XXX箱模组,所应用装备方向或为攻击性模块,而非通勤用载具。

可以将载具端的性能、安全和成本与作战系统战术打击能力,近乎完美结合起来锂硫电池,如果作为增程式油电混合驱动潜艇的储能系统将是最佳选择。

从电解液状态看,锂硫电池可以算作半固态电池的初级表现形式。固态电池具备更优秀的安全性同时,对正负极板的材质与制造工艺要求更高。能量密度更大,就意味着锂离子在正负极板移动过程需要流动性更好的电解液承载。安全性更好,意味着电解液流动性较差阻碍了锂离子在正负极板流动效率。

而固态电池因为使用不具任何流动性的电解液,使得锂离子在流动过程产生的不被控制的能量不会向外传递。

固态电池和锂硫电池,在首先具备足够的安全性同时,电芯单体的能量谜底,成组后的体积密度都成倍的超过现有镍55系动力电池。但是,固态电池和锂硫电池受成本和良品率限制,绝对不会在2025年前批量应用在民用新能源车辆。

从技术层面看,中航锂电(中创新航)制造的最容易达成商业化量产能力的锂硫电池(电芯)电液元低于镍55系电池(电芯)的4.3伏,但是(电芯)能量密度则超过400wh/Kg!

那么问题来了!这么牛B带闪电的高能量密度且极其安全的锂硫电池,用于什么类型的装备更合适?能够具备怎样的战术能力?

再次将视野调回中航锂电(中创新航)在2021珠海航展搭建的展台。上图所示,位于新技术展板与LCD屏幕中间,“不经意”的夹杂着一列纵置年度重要事记(红色区域)。

其中,2017年(红色箭头所指)、2018年(黄色箭头所指)和2019年(蓝色箭头所指)连续三年,中航锂电(中创新航)研发和制造的储能系统应用于重要装备的记录!

2017年7月,海军某型XXXXXXX;

2018年12月,行业首次锂电池XXXXXXXXXXXXXX;

2019年10月,火箭军XXXXXXXXXXX参加国庆70周年阅兵;

3、我们的征途是星辰大海!

在2021珠海航展中航锂电(中创新航)所展示基于风冷散热的磷酸铁锂电池系统、基于冷却液主动散热/预热的磷酸铁锂电池系统、具备超大充放电倍率的模块化储能系统、单体能量密度超400wh/Kg的锂硫电池和电压范围覆盖2.XX-4.XX的固态电池实物。

根据中航锂电(中创新航)展台公布的琐碎信息研判,超大充放电倍率的模块化储能系统,或主打超级电容类高压能量释放电动化动力源,用于火力投射。单体能量密度超400wh/Kg的锂硫电池,用于陆海空天装备储能系统极其合适!

此前,新能源情报分析网就日本海军装备的“苍龙”级最新“应龙”号油电混合增程式潜艇技战术状态研读和判定。日海军在最近10年期间逐步投入现役的苍龙级潜艇不仅具备ATP舱段以提升水下潜航的航速和勤务周期,还将铅酸蓄电池被不同类型锂电池系统替代。而最新的日海军“应龙”号潜艇大概率装配了日本制造的锂硫电池系统,且水下航速与水下勤务周期大幅提升,对军方海运遂行突破第一岛链的战略规划构成严重威胁。

自2010年开始,日军、美军、德军以及英军法军,都在新能源技术军用化方面投入大量人力物力并获得了相当的实质性的收获。日海军“苍龙”级增程式油电混动潜艇、日陆军105mm口径增程式油电混动(6轮毂电机)轮式突击炮、74式油电混动履带式装甲技术验证车,美军JLTV增程式油电混动轮式装甲车、德剧GeFas系模块化增程式油电混动装甲车的服役或持续测试,为的就是通过电动化,提升装备技术状态,增加战术打击效能,降低人员伤害。

自2014年开始,中国将新能源核心技术、车型平台和全产业链发展作为重要政策。至2021年,中国民用新能源车辆市场渗透率或将达到12%。无疑,中国已经成为全球新能源车辆需求潜力最大的市场,更是全球范围新能源产业链最全最成熟的国家。

自2018年开始,新能源技术军用化伴随着新能源技术民用化爆发而急剧增速!基于63式装甲车改型的增程式油电混合驱动技术验证车、泰安HTF5700HEV型增程式油电混动12X12(10)重型载具先后亮相,都预示着轮履装备电动化和储能系统军事应用的成熟。

在新能源情报分析网推出的一系列珠海航展系列稿件中,特别提及到天津松正电机是此次航展唯一一家专注于“1槽X”线绕组技术的气发电一体/驱动电机和电机控制系统,研发、制造和量产应用的供应商。最大驱动/发电功率超过接近4XX千瓦、“1槽10线”扁线绕组电机,可以很好的解决轮履装备上装供电、多轮毂电机驱动用。

“科技强军-实业报国”的中航锂电(中创新航)制造的能量密度超400wh/Kg锂硫电池系统,如果作为海军(老旧型号或全新英豪)增程式油电混合驱动潜艇的储能系统,将极大提高己方隐蔽能力、延长水下勤务周期以及火力打击突击性。而采用软包形式的锂硫电池小模组,由于体积密度可以再次增加,应用于不同载荷的无人作战系统,则直接增加了作战半径与电子侦察系统的战备周期。

相对镍55电池系统,同等重量的锂硫电池系统装载更多的电量,可以增加作战半径(续航里程);装在同等电量后,可以大幅降低自重提高机动型(降低电耗)。无论增加作战半径还是增加机动性,对于军用装备而言都是战术打击能力提升的关键!

采用风冷被动与液冷主动散热的大模组(CTP)技术,以体积能量密度牵引发展为主策略的磷酸铁锂动力电池系统,即可以作为基站储能使用,还可以作为载具平台动力源。

而中航锂电(中创新航)研发的XXX箱模组系统(技术)的最大技术优势是,超过民用磷酸铁锂/三元锂电芯最大充放电倍率XX倍!或许这一超大倍率充放电储能技术及拓扑类控制策略,正是在美军频繁测试电磁火炮计划未能顺利展开的关键。

最重要的是,这两家政治可靠、技术过硬的中国企业,天津松正电机解决驱动(发电)技术的军用化,洛阳中航锂电(中创新航)解决储能技术军用化,可以完整的覆盖陆海空天部队电动化在驱动与储能方面的全部技术需求!

新能源情报分析网评测组出品

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