【蚌埠:高平台起跳 跑出创新加速度】
创新,是刻进蚌埠发展基因的密码;而创新平台建设,则是创新发展的关键动力。目前,我市共有(重点)实验室、工程实验室、工程技术研究中心等省级以上创新平台200家,其中国家级平台11家,省级以上创新平台总数居全省第3,皖北第1。
有合芜蚌国家自主创新示范区的大平台,在“政府主导、联盟共建、校企合作、企业自建”等不同形式的运行模式下,创新资源不断向平台集聚,平台的科研能力、管理水平不断提升。走进创新平台,源源涌动的创新活力扑面而来。在这里,感受科技的魅力,与未来对话。
做玻璃行业领头羊
“世界第一”诞生在蚌埠
玻璃,不仅薄如蝉翼,还能卷成一束,在室内光线下也能发电……不止晶莹剔透,更能变化万千。从石英砂到硅基新材料,科技彰显巨大力量,创新造就无限可能。走进中建材蚌埠玻璃工业设计研究院建设的浮法玻璃新技术国家重点实验室,犹如置身玻璃的博物馆。
浮法玻璃新技术国家重点实验室是我国玻璃行业批准建设的首个国家重点实验室,在中国工程院院士、中国建材集团总工程师彭寿带领下,研发团队围绕高品质浮法玻璃、节能减排技术、玻璃功能膜材料设计和镀制技术、玻璃新材料、特种玻璃技术5个方向开展前沿、共性、重大关键技术的研究。站在行业前沿,推动浮法玻璃工业的技术升级和产品更新换代。“去年一年,实验室共承担科研任务64项,其中国家省部级科研项目26项;解决了多项技术难题,特别在电子信息显示用超薄玻璃、药用玻璃、特种粉体材料等方面取得了系列创新成果。”实验室薄膜技术所副所长李刚颇为自豪地介绍,“十三五”期间实验室承担国家级课题5项,包括高世代电子玻璃基板和盖板核心技术开发及产业化示范,玻璃熔窑烟气多污染物协同深度减排技术及工程示范等。
坚持创新驱动,加强技术攻关,世界最薄0.12毫米触控玻璃、世界领先30微米柔性可折叠玻璃、具有自主知识产权的8.5代浮法液晶玻璃基板等一系列“中国首创、世界第一”的创新成果先后在蚌埠落地。“看到这几个小药瓶吗,别看小,技术含量可不低。”李刚告诉记者,这是中性硼硅药用玻璃,疫苗专用。而过去,这种玻璃只能依靠进口。依托不断完善的科研与产业融合机制,技术成熟后直接走出实验室形成产业化,在“碳达峰、碳中和”的语境下成为名副其实的市场宠儿。
有实验室做坚强后盾,不久前,由中建材蚌埠玻璃工业设计研究院牵头建设的国家玻璃新材料创新中心获批组建,成为“十四五”期间首批国家制造业创新中心,也是全国唯一的玻璃新材料领域国家制造业创新中心。
如何将平台作用发挥到最大?“共享”是答案之一。“实验室几十台仪器设备全部开放共享。”李刚介绍,创新中心以“公司+联盟”形式运营管理,汇聚80家企业、高校院所等创新主体和生产企业,开展关键共性技术攻关、测试验证、中试孵化等,完成了玻璃新材料的全产业链和创新链覆盖,以期形成跨领域、小核心、大协作、高强度的创新基地。
“争取通过5到10年时间,打造世界一流的玻璃新材料协同创新平台,成为国家级创新中心的标杆,助力我国玻璃新材料产业创新发展。”作为“掌门人”的彭寿掷地有声。
小身材有大能量
微电子领域有大作为
10月16日0时23分,搭载神舟十三号载人飞船的长征二号F遥十三运载火箭点火发射,随后成功对接于天和核心舱径向端口。
神舟飞天,万众瞩目。在绝大多数人注意不到的地方,兵器214所提供的3款关键核心器件——步进电机驱动电源电路、直流有刷电机驱动电路和舱内压力传感器正默默发挥着作用。“第一款电路负责调整飞船太阳能帆板的角度和充放电调节,是电力保障的关键;第二款电路类似于自动锁,在对接过程中自动捕捉、对准、锁紧闭合机构;第三款电路像人的神经末梢,精准测量和反映舱内压力,为航天员提供生命系统支持。”214所工艺二部主任臧子昂拿着比火柴盒还小的电路解释说,别看这么小的微电子器件,要经过千万次的试验检验,能抵抗太空环境的超强辐射、强压力、高真空,始终保持稳定的参数,才能以“万无一失”来回应“苍穹之问”。
这三款器件,都属于MEMS(微电子机械系统)传感器。作为多学科交叉技术,综合性、创新性强,一直以来是各个国家必争的科技高地,此前一直是被国外垄断的高新技术。
“这个像化妆镜一样的就是承载着芯片的‘硅晶圆’,里面含有几百个芯片,每个芯片都能成为一个系统的‘大脑’。”214所MEMS技术副总师张胜兵说起研究成果来,如数家珍。依托兵器214所建立的微电子机械系统(MEMS)国家地方联合工程实验室,奔着解决MEMS产业化过程中的技术瓶颈而去,意在打通MEMS核心芯片产业化最后一公里,打破国外的技术封锁,推动我国产业技术的不断向前发展。
有214所6英寸体硅工艺技术平台做“试验场”,目前已开发了具有自主知识产权的6套完整的MEMS工艺体系,成功研制了包括惯性传感、光执行、环境感知在内的10余款MEMS产品,达到国际先进、国内领先。其中,高性能惯性MEMS传感器已达战术级,性能领先行业3-5年;光MEMS微镜解决了卡脖子技术难题。还有去年年初,仅用20天就成功研发了MEMS红外温度传感器,一年之内批量生产了5000万只,为“抗疫”特别是复工复产争取了宝贵时间。
如今,该实验室已经成为了全省乃至全国的MEMS核心芯片研发、制造中心和人才聚集、培养基地,为企业源源不断输送新产品、新技术、新工艺。“实验室成立以来争取国家级项目30余项,省部级项目10余项,项目经费超过5亿元。特别是谋划争取到8英寸微系统工艺平台建设项目,总投资超过2亿元,为实验室建设再上新台阶奠定了基础。”张胜兵告诉记者,围绕MEMS技术的纵深发展,工程实验室紧跟行业发展前沿,积极开展对外合作,每年完成横向合作项目30余项,与业内知名高校、研究所以及龙头企业开展紧密协作,共同开发孵化产品。目前已孵化的产品包含MEMS惯性、光、气体、温度、压力等传感器,服务机构30余家,在国内处于前列。
电子测试测量“国家队”
重大工程显身手
仪器仪表被称为科学研究的先行者,工业生产的倍增器。而电子测试测量和元器件技术水平则是一个国家创新能力和科技水平的重要标志。
作为电子测试测量的“国家队”,中电科40、41所是我国国防科技工业系统唯一的电子测试技术和机电元器件专业研究所,从事微波/毫米波、光电、通信、基础通用类电子测试技术和互连技术的研究和开发。迄今为止,完成了1600多项纵向科研任务,创造了130多项“中国第一”,在电子测试测量和元器件研发中跻身国内领先、国际先进行列,载人航天、探月、北斗、大飞机制造等国家重大工程中都扮演了重要角色。
“‘十三五’期间,40、41所共有30多项技术成果填补国内空白。”40、41所副所长王健形容,只有不断提高关键核心技术创新能力,把科技发展主动权牢牢掌握在自己手里,才能成为支撑国家科技自立自强和产业基础高级化的重要力量。
为此,40、41所构建了“1+5+N”的研发体系——形成“技术、产品、标准、知识产权、项目”5大体系;紧跟前沿技术制订N个专项计划,围绕国家重大需求着力攻关。数字是最直观的说明:“十三五”期间,该所共取得科技成果200余项;获各类科技奖100多项,包括国家科技奖3项、国防科技奖18项、省部级科技奖30余项。尤其是“新一代宽带无线移动通信网国家科技重大专项”的11项目技术成果得到转化,在5G通信基站、终端、物联网和核心网四大产业链核心环节得到广泛应用。
事实上,这些研究成果距离我们的生活并不遥远,它们仿佛“千里眼”、“顺风耳”,为生产和生活提供更多便利与保障——未来的智慧家庭,就可能用上40、41所研发的可燃气体报警、红外探测防盗、漏水报警等各种装置。该所孵化养殖设备、火灾报警系统、新能源电子、医疗电子等产品,早已在国内打响了知名度,部分产品还打入了国际市场。仅智慧养殖系统,就覆盖了全国70%的大型禽类养殖场。
“比如这套设备,在架桥铺路的时候可以同步安装。一旦地质结构发生变化,像山体滑坡、地震,系统就能发出预警,比‘千里眼’都灵光。”采访中,王健指着一套模型告诉记者,这叫地质工程分布式光纤监测关键技术,曾获得国家科技进步一等奖,也是所里的“代表作”。
加快科技成果转化应用,以科技创新引领经济结构调整和产业转型升级,是提升实体经济发展质量和核心竞争力、深化供给侧结构性改革的“关键一招”。有平台助力,蚌埠的科创力量高位起跳,在高质量发展的关键时刻凸显关键力量。
来源:蚌埠日报
创新,是刻进蚌埠发展基因的密码;而创新平台建设,则是创新发展的关键动力。目前,我市共有(重点)实验室、工程实验室、工程技术研究中心等省级以上创新平台200家,其中国家级平台11家,省级以上创新平台总数居全省第3,皖北第1。
有合芜蚌国家自主创新示范区的大平台,在“政府主导、联盟共建、校企合作、企业自建”等不同形式的运行模式下,创新资源不断向平台集聚,平台的科研能力、管理水平不断提升。走进创新平台,源源涌动的创新活力扑面而来。在这里,感受科技的魅力,与未来对话。
做玻璃行业领头羊
“世界第一”诞生在蚌埠
玻璃,不仅薄如蝉翼,还能卷成一束,在室内光线下也能发电……不止晶莹剔透,更能变化万千。从石英砂到硅基新材料,科技彰显巨大力量,创新造就无限可能。走进中建材蚌埠玻璃工业设计研究院建设的浮法玻璃新技术国家重点实验室,犹如置身玻璃的博物馆。
浮法玻璃新技术国家重点实验室是我国玻璃行业批准建设的首个国家重点实验室,在中国工程院院士、中国建材集团总工程师彭寿带领下,研发团队围绕高品质浮法玻璃、节能减排技术、玻璃功能膜材料设计和镀制技术、玻璃新材料、特种玻璃技术5个方向开展前沿、共性、重大关键技术的研究。站在行业前沿,推动浮法玻璃工业的技术升级和产品更新换代。“去年一年,实验室共承担科研任务64项,其中国家省部级科研项目26项;解决了多项技术难题,特别在电子信息显示用超薄玻璃、药用玻璃、特种粉体材料等方面取得了系列创新成果。”实验室薄膜技术所副所长李刚颇为自豪地介绍,“十三五”期间实验室承担国家级课题5项,包括高世代电子玻璃基板和盖板核心技术开发及产业化示范,玻璃熔窑烟气多污染物协同深度减排技术及工程示范等。
坚持创新驱动,加强技术攻关,世界最薄0.12毫米触控玻璃、世界领先30微米柔性可折叠玻璃、具有自主知识产权的8.5代浮法液晶玻璃基板等一系列“中国首创、世界第一”的创新成果先后在蚌埠落地。“看到这几个小药瓶吗,别看小,技术含量可不低。”李刚告诉记者,这是中性硼硅药用玻璃,疫苗专用。而过去,这种玻璃只能依靠进口。依托不断完善的科研与产业融合机制,技术成熟后直接走出实验室形成产业化,在“碳达峰、碳中和”的语境下成为名副其实的市场宠儿。
有实验室做坚强后盾,不久前,由中建材蚌埠玻璃工业设计研究院牵头建设的国家玻璃新材料创新中心获批组建,成为“十四五”期间首批国家制造业创新中心,也是全国唯一的玻璃新材料领域国家制造业创新中心。
如何将平台作用发挥到最大?“共享”是答案之一。“实验室几十台仪器设备全部开放共享。”李刚介绍,创新中心以“公司+联盟”形式运营管理,汇聚80家企业、高校院所等创新主体和生产企业,开展关键共性技术攻关、测试验证、中试孵化等,完成了玻璃新材料的全产业链和创新链覆盖,以期形成跨领域、小核心、大协作、高强度的创新基地。
“争取通过5到10年时间,打造世界一流的玻璃新材料协同创新平台,成为国家级创新中心的标杆,助力我国玻璃新材料产业创新发展。”作为“掌门人”的彭寿掷地有声。
小身材有大能量
微电子领域有大作为
10月16日0时23分,搭载神舟十三号载人飞船的长征二号F遥十三运载火箭点火发射,随后成功对接于天和核心舱径向端口。
神舟飞天,万众瞩目。在绝大多数人注意不到的地方,兵器214所提供的3款关键核心器件——步进电机驱动电源电路、直流有刷电机驱动电路和舱内压力传感器正默默发挥着作用。“第一款电路负责调整飞船太阳能帆板的角度和充放电调节,是电力保障的关键;第二款电路类似于自动锁,在对接过程中自动捕捉、对准、锁紧闭合机构;第三款电路像人的神经末梢,精准测量和反映舱内压力,为航天员提供生命系统支持。”214所工艺二部主任臧子昂拿着比火柴盒还小的电路解释说,别看这么小的微电子器件,要经过千万次的试验检验,能抵抗太空环境的超强辐射、强压力、高真空,始终保持稳定的参数,才能以“万无一失”来回应“苍穹之问”。
这三款器件,都属于MEMS(微电子机械系统)传感器。作为多学科交叉技术,综合性、创新性强,一直以来是各个国家必争的科技高地,此前一直是被国外垄断的高新技术。
“这个像化妆镜一样的就是承载着芯片的‘硅晶圆’,里面含有几百个芯片,每个芯片都能成为一个系统的‘大脑’。”214所MEMS技术副总师张胜兵说起研究成果来,如数家珍。依托兵器214所建立的微电子机械系统(MEMS)国家地方联合工程实验室,奔着解决MEMS产业化过程中的技术瓶颈而去,意在打通MEMS核心芯片产业化最后一公里,打破国外的技术封锁,推动我国产业技术的不断向前发展。
有214所6英寸体硅工艺技术平台做“试验场”,目前已开发了具有自主知识产权的6套完整的MEMS工艺体系,成功研制了包括惯性传感、光执行、环境感知在内的10余款MEMS产品,达到国际先进、国内领先。其中,高性能惯性MEMS传感器已达战术级,性能领先行业3-5年;光MEMS微镜解决了卡脖子技术难题。还有去年年初,仅用20天就成功研发了MEMS红外温度传感器,一年之内批量生产了5000万只,为“抗疫”特别是复工复产争取了宝贵时间。
如今,该实验室已经成为了全省乃至全国的MEMS核心芯片研发、制造中心和人才聚集、培养基地,为企业源源不断输送新产品、新技术、新工艺。“实验室成立以来争取国家级项目30余项,省部级项目10余项,项目经费超过5亿元。特别是谋划争取到8英寸微系统工艺平台建设项目,总投资超过2亿元,为实验室建设再上新台阶奠定了基础。”张胜兵告诉记者,围绕MEMS技术的纵深发展,工程实验室紧跟行业发展前沿,积极开展对外合作,每年完成横向合作项目30余项,与业内知名高校、研究所以及龙头企业开展紧密协作,共同开发孵化产品。目前已孵化的产品包含MEMS惯性、光、气体、温度、压力等传感器,服务机构30余家,在国内处于前列。
电子测试测量“国家队”
重大工程显身手
仪器仪表被称为科学研究的先行者,工业生产的倍增器。而电子测试测量和元器件技术水平则是一个国家创新能力和科技水平的重要标志。
作为电子测试测量的“国家队”,中电科40、41所是我国国防科技工业系统唯一的电子测试技术和机电元器件专业研究所,从事微波/毫米波、光电、通信、基础通用类电子测试技术和互连技术的研究和开发。迄今为止,完成了1600多项纵向科研任务,创造了130多项“中国第一”,在电子测试测量和元器件研发中跻身国内领先、国际先进行列,载人航天、探月、北斗、大飞机制造等国家重大工程中都扮演了重要角色。
“‘十三五’期间,40、41所共有30多项技术成果填补国内空白。”40、41所副所长王健形容,只有不断提高关键核心技术创新能力,把科技发展主动权牢牢掌握在自己手里,才能成为支撑国家科技自立自强和产业基础高级化的重要力量。
为此,40、41所构建了“1+5+N”的研发体系——形成“技术、产品、标准、知识产权、项目”5大体系;紧跟前沿技术制订N个专项计划,围绕国家重大需求着力攻关。数字是最直观的说明:“十三五”期间,该所共取得科技成果200余项;获各类科技奖100多项,包括国家科技奖3项、国防科技奖18项、省部级科技奖30余项。尤其是“新一代宽带无线移动通信网国家科技重大专项”的11项目技术成果得到转化,在5G通信基站、终端、物联网和核心网四大产业链核心环节得到广泛应用。
事实上,这些研究成果距离我们的生活并不遥远,它们仿佛“千里眼”、“顺风耳”,为生产和生活提供更多便利与保障——未来的智慧家庭,就可能用上40、41所研发的可燃气体报警、红外探测防盗、漏水报警等各种装置。该所孵化养殖设备、火灾报警系统、新能源电子、医疗电子等产品,早已在国内打响了知名度,部分产品还打入了国际市场。仅智慧养殖系统,就覆盖了全国70%的大型禽类养殖场。
“比如这套设备,在架桥铺路的时候可以同步安装。一旦地质结构发生变化,像山体滑坡、地震,系统就能发出预警,比‘千里眼’都灵光。”采访中,王健指着一套模型告诉记者,这叫地质工程分布式光纤监测关键技术,曾获得国家科技进步一等奖,也是所里的“代表作”。
加快科技成果转化应用,以科技创新引领经济结构调整和产业转型升级,是提升实体经济发展质量和核心竞争力、深化供给侧结构性改革的“关键一招”。有平台助力,蚌埠的科创力量高位起跳,在高质量发展的关键时刻凸显关键力量。
来源:蚌埠日报
这3大星座力求完美,和处女座一样无比苛刻!
天蝎座
天蝎座的人有多理性,相信大家心里都非常的清楚,做任何事情都会事无巨细的做好详细的规划,这是天蝎座自己的强迫症,不过是做什么都希望能在自己的掌控之中,超出预料的事情,会让天蝎无所适从,凭感觉做事是天蝎座最大的忌讳,毫无安全感可言。尤其是天蝎座的人要维护自己的在外人眼中的形象,掩藏自己的弱点,所以蝎子不允许自己出现失误,会极尽所能的把每件事情做到自认为完美的地步!
摩羯座
事情做得完美才能彰显自己的才能,再加上超强的责任感让摩羯座的人也会不断的超越自己,摩羯在日常工作中非常的努力,每做一件事都会思虑再三,不容许出现任何的失误,确保做到万无一失。而且摩羯座的人做事很讲究方式和方法,一个将事业看做是自己全部的人,又怎么会接受瑕疵和不完美的存在?所以在工作时候的摩羯是可怕的,严苛的让人觉得恐怖!
狮子座
狮子座的人其实是挺随意的,这样的一个星座为什么做事要力求完美呢?还是狮子座那要命的面子问题在作祟,面子就是自己的精神食粮,就是自己的一切,可以说狮子座的人要是在人前被落了面子,比什么都要可怕。狮子座的自尊心更是不会让自己比别人差,所以就造成了狮子座会非常努力的做好每一件事,尽其所能的展现自己优秀的一面,让自己在别人面前变得闪耀起来!
#塔罗牌占卜#
天蝎座
天蝎座的人有多理性,相信大家心里都非常的清楚,做任何事情都会事无巨细的做好详细的规划,这是天蝎座自己的强迫症,不过是做什么都希望能在自己的掌控之中,超出预料的事情,会让天蝎无所适从,凭感觉做事是天蝎座最大的忌讳,毫无安全感可言。尤其是天蝎座的人要维护自己的在外人眼中的形象,掩藏自己的弱点,所以蝎子不允许自己出现失误,会极尽所能的把每件事情做到自认为完美的地步!
摩羯座
事情做得完美才能彰显自己的才能,再加上超强的责任感让摩羯座的人也会不断的超越自己,摩羯在日常工作中非常的努力,每做一件事都会思虑再三,不容许出现任何的失误,确保做到万无一失。而且摩羯座的人做事很讲究方式和方法,一个将事业看做是自己全部的人,又怎么会接受瑕疵和不完美的存在?所以在工作时候的摩羯是可怕的,严苛的让人觉得恐怖!
狮子座
狮子座的人其实是挺随意的,这样的一个星座为什么做事要力求完美呢?还是狮子座那要命的面子问题在作祟,面子就是自己的精神食粮,就是自己的一切,可以说狮子座的人要是在人前被落了面子,比什么都要可怕。狮子座的自尊心更是不会让自己比别人差,所以就造成了狮子座会非常努力的做好每一件事,尽其所能的展现自己优秀的一面,让自己在别人面前变得闪耀起来!
#塔罗牌占卜#
800V高压系统对电池的影响
电芯层面
高压快充对电池的倍率性能提出要求
高压快充,其本质就是要提高充电速度,解决用户的充电焦虑。如今普遍使用的400 V电压系统(250 A电流)可以达到100 kW的充电功率,电池由30%SOC充至80%SOC需要约30min,距燃油车的加油速度还存在很大差距,即使在未来将电流增加到500 A,也需要15min左右,而800V高压未来能达到300-500 kW的充电功率,只需几分钟就能迅速补能,可以媲美燃油车的补能速度。
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充电时间的减少在给消费者带来更好体验的同时也给电池带来了考验,电池的充电速度主要取决于锂离子的脱嵌和迁移速率,当采用800V电压平台后,充电倍率最大可达6C(目前普遍为1C),在高充电倍率下,锂离子脱嵌和迁移的速率加快,部分锂离子来不及进入正负极,只能形成一些副产物,导致活性物质损失,加速电池寿命衰减。且动力电池在快充条件下,析锂现象加剧,一方面将造成活性物质的损失,影响电池容量和寿命;另一方面,锂枝晶一旦刺穿隔膜,将导致电池内部短路,造成起火等安全风险。
为解决上述问题,业界针对电池各组分做出了大量努力:
正极材料方面,最新的亮点技术有蜂巢能源的前驱体定向生长精准控制技术,通过控制前驱体合成参数,一次粒径放射状生长,打造离子迁移“高速公路”,提高离子传导,以及广汽埃安的石墨烯电池,石墨烯电池是将石墨烯与镍钴锰酸锂三元正极材料混合制成,石墨烯形成一个近似球面的三维结构,它能很好地与三元正极分子结合,增大相互之间传递电荷的面积,从而提升电荷传递效率,将充电速度加快至8分钟充满80%,这款电池将搭载在AionV上。
负极材料是充电倍率突破的重要方向,宁德时代在2019年曾对外宣称正在研发一种新的磷酸铁锂电池技术,在负极石墨的表面利用“快离子环”技术让石墨结构兼具超级快充和高能量密度的特性,石墨层增加锂离子嵌入速度后可以达到4C-5C的超级快充能力,相当于15分钟完成主要的充电过程;蜂巢能源在今年的上海车展上推出负极表面改性技术,采用液相包覆技术在石墨表面包覆无定形碳,降低阻抗,提升锂离子的通道。
电解液也需要较高导电率,并且不与正负极反应,能抗高温、阻燃、防过充。宁德时代引入了拥有超强运输能力的超导电解液,提升锂离子在液相和界面的传输速度,通过调控极片多孔结构的梯度分布,实现上层高孔隙率结构,下层高压实密度结构等。蜂巢能源采用含硫添加剂/锂盐添加剂等低阻抗添加剂体系电解液,降低正负极界面成膜阻抗,较高的锂盐浓度可以保证电解液较高的电导率。
在材料之外,还可以改善生产工艺来提高电池倍率性能,比如制备更均匀的浆料,提高涂布一致性可以使电极形成更均匀的导电网络,为离子传输提供快速通道。另外,将电极做薄也有助于提高脱嵌锂的速率,但矛盾的是,厚电极更有利于提高能量密度。因此,在目前的技术基础上,为实现快速充电,势必牺牲一定的能量密度,Taycan的电池系统能量密度约为148Wh/kg,作为对比,根据工信部的《新能源汽车推广应用推荐车型目录》,我国2019年申报数量最多的车型能量密度集中在160Wh/kg,2020年申报数量最多的车型能量密度集中在160-170Wh/kg之间,从某个角度来说,由于能量密度下降,Taycan车重增加了40多千克。
另外,说一句题外话,电池系统能量密度降低后,对于整车来说,更高的电压意味着更小的电流和更轻的线缆重量(Taycan的铜线减重4kg),在这个层面上来说,800V有助于整车减重。
模组/pack层面
我们知道单个锂离子电池的电压只有3-4V,电池串联后增大电压,并联后增大电流,因此为实现几百伏的系统电压,需要将电池进行串联,400V电压需要约一百个电芯串联,例如特斯拉Model 3短续航版的电芯总数为4416个,串联数为96;而800V则需要约200个电芯串联,保时捷Taycan的电池包总共包含396个电芯,串联数为198。
保时捷Taycan的串并联方式
保时捷Taycan是全球第一款量产的电压平台为800V的车型,其最高充电功率为350kW,电池包总重630kg,采用三元体系,总电量为93.4kWh,额定电压为723V,包含396个三元软包电芯,每个电芯的标称电压为3.65V,容量为66Ah;每12个电芯以6s2p的形式组成一个模组,模组电压为22V,容量为132Ah,396个电芯共组成33个模组。
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单个模组串并联方式
上述33个模组串联,被分成两层放置,下层包含30个,上层包含另外3个,800A保险丝串联在18号模组和19号模组之间。在发生短路电流的情况下,将会中断高压蓄电池的供电,以保证电池安全。
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Taycan的电池箱体结构
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下层模组的连接方式
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上层模组的连接方式
串数增加,对电芯一致性要求提高
一致性,指的是用于成组的单体电芯的初期性能指标的一致,包括容量、阻抗、电极的电气特性、电气连接、温度特性、衰变速度等,如果电芯之间一致性存在差异,将影响整个电池组的性能。
从上面的分析可以看出,800V高压架构的Taycan的电池采用的是198s2p的连接方式,串联数为198个,较400V系统增加了一倍。对于串联回路,在充放电时流过的电流是一样的,因为电芯内阻的差异,单体电芯表现的电压不同。内阻比较大的电池在充电时会提前充满或优先到达上限电压,放电时则会提前到达下限电压,为了避免过充过放,电池管理系统就会截止充放电,而此刻其他电芯还未充满或充分发挥容量,从而导致电池容量的浪费。内阻高的电芯完全充放电的频率更高,使其衰减更快,久而久之,这颗电芯就更可能发生失效或安全故障。串数越多,电芯产生问题的概率就越高,对于电芯一致性的要求也相应提高。
目前,改进电池一致性的方法主要有:(1)极限制造:在生产过程中控制原材料的一致性、改良工艺过程及参数等,例如宁德时代就将极限制造创新列为自己的四大创新体系之一,将产品缺陷率由ppm级做到ppb级;(2)电池下线后即对电池进行筛选,选择同一批次性能相近的电池成组;(3)电池管理方面:在使用过程实时监控,优化电池的充放电、热管理等等,这个我们后面会讲。
电池热管理
为进行对比,我们假设存在电压为400V的电芯,将其分别组成电量相同,电压分别为400V和800V的电池包,则其串并联方式如下图:
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目前国内充电桩支持的最大电流为250A,未来可达500A,若电流过大,将导致充电电缆过粗过重,给使用带来不便。因此,在外部输入电流一样的情况下,由于并联分流,流过800V系统单个电芯的电流将大于400V系统,相应的800V系统产生的热量也更大,对于热管理的要求越高。
我们来看一下Taycan的热管理,水冷板分别在电池箱体下侧,可有效隔绝冷却液与模组,提高电池安全性。由于模组分布在两层,其水冷系统也分为上下两层,共13个冷却支路,每个冷却支路有两根水冷管并联,水冷管采用口琴管的方案,每根水冷管有10个并联通道。
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Taycan水冷管截面
电池的液冷系统与整车的冷却系统是交互的,动力电池将热量传递给水冷板中的冷却液,冷却液再将热量通过热交换器传递给整车的冷却系统,最后将热量排放到空气中。
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Taycan的热管理系统
热安全方面,由于快充过程中产热量大,热失控的风险增加,因此需要进行有效的监控与预警,电池包的结构选材方面也要优化改进。
此外,800V高压快充技术对热管理的要求还体现在电池散热与升温之间的平衡:
一方面,由于通过单个电芯的电流更大,导致电芯产热更多——温度升高——加剧电芯老化/产生安全隐患——波及其他电芯甚至整车。另一方面,低温环境并不利于快充,热管理系统需要将即将进行快充的电池的温度适当提高,例如,Taycan电芯进行快充的最适宜温度为30℃,所以,车主如需要进行大功率快充,那么整车会事先将电芯温度调整到30℃,如果在充电时还没有达到这个温度或是车主没有事先设置进行加热,Taycan会首先将电芯加热到30℃,然后才允许大功率充电。
BMS
BMS对电池进行监控和管理,是动力电池系统的大脑。一般来说,BMS由一个主控单元和多个从控单元组成,从控单元直接连接动力电池,主控单元通过CAN总线或菊花链通信等方式管理多个从控单元。
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BMS架构
上文我们提到,一个电池包中的电芯要尽量保持在一致的状态,BMS具有均衡管理的功能,即根据电芯信息,采取主动或被动的方式,尽可能均衡各电芯的荷电状态。BMS有两种均衡方式:主动均衡和被动均衡,主动均衡是将电量由SOC高的电池转移到低的电池中,结构较为复杂且成本高;被动均衡是将SOC高的电池的电量通过并联电阻消耗掉,这种方式结构简单且成本低,但是会造成能量浪费,目前采用较多的是被动均衡。BMS需要考虑电池自放电、均衡时间、散热等因素,来管理电池状态,使其保持一致,上文提到,串数增多,电池一致性要求也提高,同样的,对BMS的均衡能力要求也要提高。
再有就是, BMS中存在高压电路和低压电路,高低压电路之间的通信需要使用通信隔离芯片,电池包电池达800V后,这种耐高压的隔离芯片要重新选型,选择汽车级加强隔离的芯片。
除上述内容外,由于电压电流的变化,电池包内相关元器件、连接件等也需要重新选型,在此不再赘述。
电芯层面
高压快充对电池的倍率性能提出要求
高压快充,其本质就是要提高充电速度,解决用户的充电焦虑。如今普遍使用的400 V电压系统(250 A电流)可以达到100 kW的充电功率,电池由30%SOC充至80%SOC需要约30min,距燃油车的加油速度还存在很大差距,即使在未来将电流增加到500 A,也需要15min左右,而800V高压未来能达到300-500 kW的充电功率,只需几分钟就能迅速补能,可以媲美燃油车的补能速度。
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充电时间的减少在给消费者带来更好体验的同时也给电池带来了考验,电池的充电速度主要取决于锂离子的脱嵌和迁移速率,当采用800V电压平台后,充电倍率最大可达6C(目前普遍为1C),在高充电倍率下,锂离子脱嵌和迁移的速率加快,部分锂离子来不及进入正负极,只能形成一些副产物,导致活性物质损失,加速电池寿命衰减。且动力电池在快充条件下,析锂现象加剧,一方面将造成活性物质的损失,影响电池容量和寿命;另一方面,锂枝晶一旦刺穿隔膜,将导致电池内部短路,造成起火等安全风险。
为解决上述问题,业界针对电池各组分做出了大量努力:
正极材料方面,最新的亮点技术有蜂巢能源的前驱体定向生长精准控制技术,通过控制前驱体合成参数,一次粒径放射状生长,打造离子迁移“高速公路”,提高离子传导,以及广汽埃安的石墨烯电池,石墨烯电池是将石墨烯与镍钴锰酸锂三元正极材料混合制成,石墨烯形成一个近似球面的三维结构,它能很好地与三元正极分子结合,增大相互之间传递电荷的面积,从而提升电荷传递效率,将充电速度加快至8分钟充满80%,这款电池将搭载在AionV上。
负极材料是充电倍率突破的重要方向,宁德时代在2019年曾对外宣称正在研发一种新的磷酸铁锂电池技术,在负极石墨的表面利用“快离子环”技术让石墨结构兼具超级快充和高能量密度的特性,石墨层增加锂离子嵌入速度后可以达到4C-5C的超级快充能力,相当于15分钟完成主要的充电过程;蜂巢能源在今年的上海车展上推出负极表面改性技术,采用液相包覆技术在石墨表面包覆无定形碳,降低阻抗,提升锂离子的通道。
电解液也需要较高导电率,并且不与正负极反应,能抗高温、阻燃、防过充。宁德时代引入了拥有超强运输能力的超导电解液,提升锂离子在液相和界面的传输速度,通过调控极片多孔结构的梯度分布,实现上层高孔隙率结构,下层高压实密度结构等。蜂巢能源采用含硫添加剂/锂盐添加剂等低阻抗添加剂体系电解液,降低正负极界面成膜阻抗,较高的锂盐浓度可以保证电解液较高的电导率。
在材料之外,还可以改善生产工艺来提高电池倍率性能,比如制备更均匀的浆料,提高涂布一致性可以使电极形成更均匀的导电网络,为离子传输提供快速通道。另外,将电极做薄也有助于提高脱嵌锂的速率,但矛盾的是,厚电极更有利于提高能量密度。因此,在目前的技术基础上,为实现快速充电,势必牺牲一定的能量密度,Taycan的电池系统能量密度约为148Wh/kg,作为对比,根据工信部的《新能源汽车推广应用推荐车型目录》,我国2019年申报数量最多的车型能量密度集中在160Wh/kg,2020年申报数量最多的车型能量密度集中在160-170Wh/kg之间,从某个角度来说,由于能量密度下降,Taycan车重增加了40多千克。
另外,说一句题外话,电池系统能量密度降低后,对于整车来说,更高的电压意味着更小的电流和更轻的线缆重量(Taycan的铜线减重4kg),在这个层面上来说,800V有助于整车减重。
模组/pack层面
我们知道单个锂离子电池的电压只有3-4V,电池串联后增大电压,并联后增大电流,因此为实现几百伏的系统电压,需要将电池进行串联,400V电压需要约一百个电芯串联,例如特斯拉Model 3短续航版的电芯总数为4416个,串联数为96;而800V则需要约200个电芯串联,保时捷Taycan的电池包总共包含396个电芯,串联数为198。
保时捷Taycan的串并联方式
保时捷Taycan是全球第一款量产的电压平台为800V的车型,其最高充电功率为350kW,电池包总重630kg,采用三元体系,总电量为93.4kWh,额定电压为723V,包含396个三元软包电芯,每个电芯的标称电压为3.65V,容量为66Ah;每12个电芯以6s2p的形式组成一个模组,模组电压为22V,容量为132Ah,396个电芯共组成33个模组。
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单个模组串并联方式
上述33个模组串联,被分成两层放置,下层包含30个,上层包含另外3个,800A保险丝串联在18号模组和19号模组之间。在发生短路电流的情况下,将会中断高压蓄电池的供电,以保证电池安全。
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Taycan的电池箱体结构
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下层模组的连接方式
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上层模组的连接方式
串数增加,对电芯一致性要求提高
一致性,指的是用于成组的单体电芯的初期性能指标的一致,包括容量、阻抗、电极的电气特性、电气连接、温度特性、衰变速度等,如果电芯之间一致性存在差异,将影响整个电池组的性能。
从上面的分析可以看出,800V高压架构的Taycan的电池采用的是198s2p的连接方式,串联数为198个,较400V系统增加了一倍。对于串联回路,在充放电时流过的电流是一样的,因为电芯内阻的差异,单体电芯表现的电压不同。内阻比较大的电池在充电时会提前充满或优先到达上限电压,放电时则会提前到达下限电压,为了避免过充过放,电池管理系统就会截止充放电,而此刻其他电芯还未充满或充分发挥容量,从而导致电池容量的浪费。内阻高的电芯完全充放电的频率更高,使其衰减更快,久而久之,这颗电芯就更可能发生失效或安全故障。串数越多,电芯产生问题的概率就越高,对于电芯一致性的要求也相应提高。
目前,改进电池一致性的方法主要有:(1)极限制造:在生产过程中控制原材料的一致性、改良工艺过程及参数等,例如宁德时代就将极限制造创新列为自己的四大创新体系之一,将产品缺陷率由ppm级做到ppb级;(2)电池下线后即对电池进行筛选,选择同一批次性能相近的电池成组;(3)电池管理方面:在使用过程实时监控,优化电池的充放电、热管理等等,这个我们后面会讲。
电池热管理
为进行对比,我们假设存在电压为400V的电芯,将其分别组成电量相同,电压分别为400V和800V的电池包,则其串并联方式如下图:
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目前国内充电桩支持的最大电流为250A,未来可达500A,若电流过大,将导致充电电缆过粗过重,给使用带来不便。因此,在外部输入电流一样的情况下,由于并联分流,流过800V系统单个电芯的电流将大于400V系统,相应的800V系统产生的热量也更大,对于热管理的要求越高。
我们来看一下Taycan的热管理,水冷板分别在电池箱体下侧,可有效隔绝冷却液与模组,提高电池安全性。由于模组分布在两层,其水冷系统也分为上下两层,共13个冷却支路,每个冷却支路有两根水冷管并联,水冷管采用口琴管的方案,每根水冷管有10个并联通道。
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Taycan水冷管截面
电池的液冷系统与整车的冷却系统是交互的,动力电池将热量传递给水冷板中的冷却液,冷却液再将热量通过热交换器传递给整车的冷却系统,最后将热量排放到空气中。
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Taycan的热管理系统
热安全方面,由于快充过程中产热量大,热失控的风险增加,因此需要进行有效的监控与预警,电池包的结构选材方面也要优化改进。
此外,800V高压快充技术对热管理的要求还体现在电池散热与升温之间的平衡:
一方面,由于通过单个电芯的电流更大,导致电芯产热更多——温度升高——加剧电芯老化/产生安全隐患——波及其他电芯甚至整车。另一方面,低温环境并不利于快充,热管理系统需要将即将进行快充的电池的温度适当提高,例如,Taycan电芯进行快充的最适宜温度为30℃,所以,车主如需要进行大功率快充,那么整车会事先将电芯温度调整到30℃,如果在充电时还没有达到这个温度或是车主没有事先设置进行加热,Taycan会首先将电芯加热到30℃,然后才允许大功率充电。
BMS
BMS对电池进行监控和管理,是动力电池系统的大脑。一般来说,BMS由一个主控单元和多个从控单元组成,从控单元直接连接动力电池,主控单元通过CAN总线或菊花链通信等方式管理多个从控单元。
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BMS架构
上文我们提到,一个电池包中的电芯要尽量保持在一致的状态,BMS具有均衡管理的功能,即根据电芯信息,采取主动或被动的方式,尽可能均衡各电芯的荷电状态。BMS有两种均衡方式:主动均衡和被动均衡,主动均衡是将电量由SOC高的电池转移到低的电池中,结构较为复杂且成本高;被动均衡是将SOC高的电池的电量通过并联电阻消耗掉,这种方式结构简单且成本低,但是会造成能量浪费,目前采用较多的是被动均衡。BMS需要考虑电池自放电、均衡时间、散热等因素,来管理电池状态,使其保持一致,上文提到,串数增多,电池一致性要求也提高,同样的,对BMS的均衡能力要求也要提高。
再有就是, BMS中存在高压电路和低压电路,高低压电路之间的通信需要使用通信隔离芯片,电池包电池达800V后,这种耐高压的隔离芯片要重新选型,选择汽车级加强隔离的芯片。
除上述内容外,由于电压电流的变化,电池包内相关元器件、连接件等也需要重新选型,在此不再赘述。
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