【冰雪盛宴,绽放山东“智造”之光】2月4日,农历正月初四,北京冬奥会正式开幕。一系列来自山东的科技元素融入场馆建设、运动训练、赛事保障、冰雪产业。这其中,有不少项自主创新的“首创”技术和应用,彰显着山东“智造”的智慧和力量,助力北京冬奥盛会凸显“科技范儿”。
科技“智造”——
多项“首创”技术亮相冬奥
  在北京冬奥会的冰雪竞技场上,中国设计、中国智造大显身手,其中“山东造”雪蜡车更是一颗闪亮的“星”。
  在冬奥会众多雪上项目中,运动员比赛和训练用的雪板需要打蜡保养,这对于加快雪板速度、提升运动成绩十分重要。冰雪运动发达的国家,基本都有自己的雪蜡车。而我国冰雪运动队在过去参赛时,大多是租用外国的车辆。
  山东制造的第一辆国产雪蜡车,填补了这一空白。这个延展面积达92.5平方米的“大块头”,集成了新一代信息技术、智能化装备和环保科技,是目前世界上单层厢体面积最大的雪蜡车,也是中国第一台自主研发、拥有完整知识产权的雪蜡车,申报包括21项发明专利在内的81项专利、24项技术突破。
  海尔空调为雪蜡车提供的健康空气解决方案,应用已有发明专利11项、申请专利6项,解决了低温热启动、安装环境狭窄、在低温环境下运动员随时上下车的过程中保持车内温度、湿度及新风的内循环等多个问题。
  在环保节能方面,“山东造”雪蜡车采用了氢燃料电池牵引头,全新定制开发了车载光伏发电系统。其中,作为氢燃料电池的核心部件之一,烟台东德实业有限公司研发的氢气循环泵,实现了全工况下高效率与大压升合理匹配。该循环泵首次开发了除水、破冰技术,还开发了双唇结构的油封、气封,避免了轴封泄漏。
  在冬奥会赛场,还有更多来自山东的“首创”技术。
  为了确保运动员的训练强度,国家体育总局在崇礼赛区建设了室内U槽场馆。深耕制冷技术的澳柯玛,首创国内全季候条件下即环温35℃以内实现造雪功能的技术和设备,为场馆提供造雪、制冷、除湿、新风等解决方案。
  不仅赛场需要低温,超低温冷疗也是一项让冬奥会运动员快速恢复的“黑科技”。澳柯玛成功研发并生产了移动冷疗设备、便携式深低温冷疗舱,让运动员在-80℃至-140℃的舱体内迅速恢复肌体功能,全方位为运动员保驾护航。
  冬奥会开赛之后,当更多的观众通过央视收看比赛盛况时,浪潮集团将以8K超高清核心技术产品助力重大赛事8K超高清节目的直播、时移、回看,同时,这也是海信自主研发的55英寸图像监视器大显身手的时刻。
  据了解,浪潮艰苦攻关,对软硬件参数进行上千次调优,最终突破8K超高清直播技术瓶颈,将向冬奥赛事提供8K超高清解码器和超高清视频服务系统,全程支持冬奥赛场大屏、公共场所及重要场馆的赛事直播工作,满足观众线上观赛的需求。
  海信是国家“科技冬奥”研发计划的重要参与者。冬奥会赛事项目多具有速度快、观赏度高的特点,对节目转播的硬件设备提出很高要求。海信监视器凭借极具竞争力的性能指标在央视冬奥会转播车项目中脱颖而出成功中标。
  为做好北京冬奥会备战工作,山东启动实施了重大科技创新工程科技冬奥项目,防切割滑冰服(即防切割短道速滑运动服)便是其中一项。作为全国手套生产的领军企业,山东建华中兴手套股份有限公司成立创新团队,专门研发了一种轻薄的防切割复合材料:超高分子聚乙烯和氨纶混纺材料,可以制造防切割滑冰服。
  “运用这种技术打造的防切割短道速滑服与国际一流冰雪运动装备丝毫不差,成本却降到了对方的一半以下。”山东建华中兴手套股份有限公司董事长陈建华说。
“智慧”设备——
数字化赋能让“压雪”更精准
  随着冬奥会开幕,各项比赛也已相继展开。其中,云顶滑雪公园将举办U型场地技巧、坡面障碍技巧、雪上技巧等项目比赛,来自世界各地的运动员将在这里的6条赛道上展开精彩角逐。
  在长达10多天的比赛里,如何确保竞技赛道统一标准,让每个运动员高水平稳定发挥?这是一个很艰巨的任务。青岛海克斯康测量系统研发的徕卡3D压雪车引导系统直面这一棘手的难题。
  “我们将比赛场地的原始地形数据及赛道的设计模型导入控制面板,完成压雪车机械尺寸校准后,借助于‘北斗’等卫星导航技术,通过三维空间信息数据收集,实现自动测量压雪车履带及推铲下的雪厚度,特别是在U型场地等滑雪公园和雪道的建设维护作业上更简单、更精确、更高效。”海克斯康测量系统HCMC部经理刘鹏说,该系统的“加持”,为压雪车的机械化工作进行了数字化的赋能,操作员只需根据显示器上的提示来调整铲刀,就能完成赛道的精确塑形。
  刘鹏说,徕卡3D压雪车引导系统已经为全球成百上千的滑雪场用户提供了服务,而此次助力北京冬奥会,是该系统在国内的“首秀”。
  北京冬奥会和冬残奥会比赛将在相距较远的三大赛区举行,如何保障交通服务?为此,京张高铁每日将开行40对冬奥列车,在开、闭幕式期间还增开冬奥专列。
  在冬奥会基础配套工程京张高铁施工中,总部位于济南的中铁十四局BIM、可视化、大数据、移动互联网等一批高科技和新技术得到普遍应用。而中车青岛四方车辆研究所有限公司为冬奥列车提供了旅客信息系统、车钩缓冲系统、撒砂装置和碳纤维司机台等多项核心系统装备。这些技术可以保障列车迎接天气挑战,甚至可以抵抗-40℃的低温。
  “坐在时速350公里的高铁上,抬头就能看到4K超高清电视直播,这是我们为京张高铁冬奥专列量身打造的。”中车青岛四方车辆研究所有限公司的工程师表示,世界首个高铁5G超高清奥运演播室的落地,正是得益于“山东造”智能化旅客信息系统的强力支撑。
  而在延庆赛区的国家高山滑雪中心,11条索道中有6条由来自泰安的泰建集团索道安装公司架设,它们承担起运送运动员和工作人员的重任。索道建在小海坨山深处,上下站垂直高差600米以上,最大坡度接近70度,无法全线修建施工道路。索道建设者克服山地运输困难,建设一系列专用货运索道,提前一年多完成任务,并一次性通过验收。
  “一场一策,一项一策”,北京冬奥会对于气象保障的要求在时间上精确到分钟级,在空间上精准到百米级。严苛要求的背后,是中国科技的自信。据青岛镭测创芯科技有限公司市场部经理王琪超介绍,公司将为赛场提供精准天气预报。
  同样,在北京冬奥会重点场馆国家高山滑雪中心、国家雪车雪橇中心、冰球馆以及冬奥会交通保障工程京张高铁各站点,随处可见北极星智能时钟的身影。这些时钟由烟台钟表研究所有限公司研发生产,不仅设计独特、美观大方,还蕴含着最尖端的时间科技,将为本届冬奥会提供重要的计时保障。
  与夏季奥运会不同,冬奥会对用血保障也有特殊要求。由于比赛场地普遍距离市中心血站较远,如何为冬奥会做好足量的用血保障,又不浪费现有血库的资源成为本次用血保障的重要课题。青岛海尔生物医疗股份有限公司将在青岛率先落地的城市血液网解决方案复制到冬奥会现场,用数字化支撑赛事用血保障,实现了血液分布式血库的建设,依托物联网制冷设备将分布式血库前移至赛场,备血全程在冷链环境下可追溯,最大限度保障用血安全。
“绿色”保障——
二氧化碳制冰使碳排放趋近于零
  1月22日上午10时许,满载消毒物资的运输车,从位于德州运河经济开发区的山东消博士消毒科技股份有限公司厂区内驶出,4个小时后抵达北京。
  消博士公司成立于2011年,专注高端消毒产品制造,是集研发、生产、销售、消毒服务于一体的专业化高新技术企业。“公司目前已研发高端消毒制品百余种,拥有自主知识产权67件。”公司副总经理蒋媛媛说,公司从众多同类竞标企业中脱颖而出,成功入选北京冬奥会卫生防疫物资供应商,主要供应手卫生消毒、物体表面消毒、低温消毒系列等3类消毒产品,每款产品都对标最高行业标准,满足冬奥场馆高寒特点和绿色环保要求,用高标准的消毒灭菌功效,为冬奥会助力。
  蒋媛媛说,针对冬奥会这种特殊的环境,此次供应的低温消毒剂,其最大特点是在-23℃到-40℃的环境下不结冰,并且能最大程度保证消毒效果。
  与此同时,齐河县齐鲁高新技术开发区山东威阳医疗器械科技有限公司厂区内,装载着防护眼镜、防护面屏的平板运输车正陆续驶出大门,专线运输至北京。
  威阳医疗器械成立于2007年,主要生产国家一类、二类医疗器械。2020年新冠疫情发生初期,企业负责人看到“抗疫”一线护士脸上的勒痕和红肿双眼后,对材料进行多次试验改良,最终研究出一种更适用于长时间佩戴的医用防护眼镜。近两年又不断进行改良,这小小的防护镜和面屏上已有5项国家实用新型专利。
  同样助力北京冬奥会防疫的还有来自淄博的新华医疗集团。凭借出众的产品质量,公司最终中标了冬奥会比赛场馆疫情物资免洗手消毒液6万余瓶和配套自动出液装置。“我们手消产品里的酒精达到了特级食用级别。”山东新华莎罗雅生物技术有限公司常务副总经理李鹏章介绍说。
  北京冬奥会和冬残奥会新建、改建了7座冰上场馆、共9块冰面。其中,5块冰面使用了二氧化碳(R744)跨临界直接制冷系统,这在冬奥会历史上尚属首次。其中,北京冬奥会主场馆国家速滑馆“冰丝带”的二氧化碳直冷制冰项目就是由青岛海尔开利冷冻设备有限公司负责提供解决方案的。采用二氧化碳跨临界直冷制冰技术,首要的优点就是环保。有关专家介绍,过去冬奥会制冰都是用氟利昂或氨等制冷剂,但氟利昂容易造成臭氧层破坏、地球暖化,氨具有易燃易爆的特性。而使用二氧化碳制冰,不仅使场馆碳排放趋近于零,还可以将场地冰面温差控制在0.5℃以内。
  助力绿色冬奥,冬奥会后勤保障客车,也有山东元素。2021年9月,服务冬奥会的中通氢燃料客车,通过了包括高压附件低温试验、底盘附件低温检查试验、低温冷启动试验、车辆加热性能试验在内的各项测试,可实现-35℃正常启动、运行,车内温度可保持在15℃。
  “我们分批出发,21名技术保障人员1月10日前全部到位。”首批出发的队员赵振杰介绍,此次参与冬奥会后勤保障的40辆中通12米新N系氢燃料电池客车,行驶路线主要是奥运村到崇礼南。“中通客车在低温冷启动、暖风效果等可靠性、舒适性方面都赢得了奥组委青睐。”
  作为北京冬奥会官方赞助商,青岛啤酒为冬奥会量身定制的“冬奥冰雪罐”,成为向大众普及冬奥项目的创新手段。“我们量身定制了二维码,能够快速追溯每一罐啤酒从麦芽到成品的全过程数据,从而确保了冬奥冰雪罐的金牌品质。还可以通过诊断系统,实时获取生产线的运行状态,工厂的能源消耗也在持续下降,耗电量下降了19%,耗水量下降了5%,把绿色环保的可持续发展理念融入到‘冬奥冰雪罐’的制造全过程中。”青岛啤酒厂包装部部长黄幸说。(大众日报)

【财经新闻早知道】1天内15家公募自购合计11亿,彰显对后市信心

宏观经济

◆国务院:印发《“十四五”市场监管现代化规划》,完善平台经济相关市场界定、市场支配地位认定等分析框架。落实平台企业并购行为依法申报义务,防止“掐尖式并购”。加强反垄断和反不正当竞争协同,统筹运用电子商务法、广告法、价格法等,完善敏捷治理等新型监管模式。完善网约车、共享单车、汽车分时租赁、网络货运等交通运输新业态监管规则和标准。

◆统计局:2021年,全国规模以上工业企业实现利润总额87092.1亿元,同比增长34.3%。去年12月,规模以上工业企业实现利润总额7342亿元,同比增长4.2%。2021年末,规模以上工业企业资产总计141.29万亿元,同比增长9.9%;负债合计79.23万亿元,增长9.6%。

◆市场监管总局:将指导各地市场监管部门完善系统建设,切实提高企业退出市场的效率,促进企业“新陈代谢”、结构优化。将加快完善反不正当竞争法律规则,不断健全多层次的竞争监管规则体系,明确规则底线,为市场主体提供一个明确的预期。

◆工信部、发改委:联合印发《关于促进云网融合 加快中小城市信息基础设施建设的通知》,主要面向城区常住人口100万以下的中小城市。到2025年,东部地区和中西部及东北大部分地区基本建成覆盖中小城市的云网基础设施,千兆接入能力和云资源池覆盖超过1000个中小城市,实现“千城千兆”和“千城千池”。

◆交通运输部:2021年,交通固定资产投资规模高位运行,预计全年完成交通固定资产投资超过3.5万亿元,同比增长3.1%,两年平均增长5.1%,其中四季度两年平均增长3.2%,与2019年全年投资增速3.1%大体相当,继续运行在合理区间。

◆商务部:2021年,我国网络零售市场保持稳步增长,家居智能设备销售额同比增长90.5%,有机蔬菜销售额同比增长127.6%;服务业电商创新发展势头强劲;农村电商有效助力乡村振兴,2021年全国农村网络零售额2.05万亿元,同比增长11.3%,全国农产品网络零售额4221亿元,同比增长2.8%。

◆中国民办教育协会等3部门:联合发布倡议书。倡议所有非学科类校外培训机构积极发挥育人重要功能,成为学校教育有益补充。公开收费范围项目标准,保障资金安全按约退费。坚决抵制应试应考培训,切实促进学生健康成长。

◆发改委:2021年6月21日,首批基础设施REITs试点项目上市,我国公募REITs市场正式建立。截至2021年底,共11个项目发行上市,涵盖产业园区、高速公路等重点领域,共发售基金364亿元,其中用于新增投资的净回收资金约160亿元,可带动新项目总投资超过1900亿元。正扎实推进基础设施REITs试点。

◆世贸组织就中国诉美国反补贴措施案发布裁决,认定由于美方未履行世贸组织生效裁决,中方在货物贸易领域每年可对美实施6.45亿美元贸易报复。

行业动向

◆广电总局:发布《电视剧母版制作规范》,自2022年4月1日起施行。常规剧集正片时长不少于41分钟,片头时长不超过90秒、片尾时长不超过180秒;“前情回顾”“下集预告”的时长原则上均不超过30秒。

◆北京银保监局:在2022年工作会议上指出,要妥善应对不良资产反弹,有序推进高风险金融机构处置,严防风险外溢。要坚持“房住不炒”定位,持续完善“稳地价、稳房价、稳预期”房地产长效机制,稳步化解房地产“灰犀牛”风险。要坚决防止资本在金融领域无序扩张,强化金融反垄断和反不正当竞争。

◆两市融资余额:截至1月26日,上交所融资余额报8726.93亿元,较前一交易日减少30.69亿元;深交所融资余额报7848.65亿元,较前一交易日减少42.28亿元;两市合计16575.58亿元,较前一交易日减少72.97亿元。

◆证券时报:截至1月27日收盘,A股年初至今有4194家公司下跌,中位数跌幅为11%,590家跌幅大于20%,64家跌幅大于30%,7家跌幅大于40%。

◆中证报:在春节假期进入倒计时的背景下,私募机构对于假期“持股”还是“持币”的问题,普遍给出了偏向乐观的选择。超过七成的受访私募机构表示将“持股”过节。市场调整或已进入尾声,当前优质品种的估值性价比明显提升,可重点关注“结构性机会”。

◆中国黄金协会:受国内黄金生产大省阶段性停产影响,2021年全国黄金产量同比下降,同期国内黄金消费量总体保持恢复态势。2021年,国内原料黄金产量为328.98吨,同比下降9.95%;全国黄金实际消费量1120.90吨,同比增长36.53%,较疫情前2019年同期增长11.78%。

◆证券日报:日前发文呼吁证券、基金公司等机构投资者,挺起A股的脊梁。其他证券报均隔日回应,当前市场并不悲观。在节前市场快速回落后,春节后市场行情或许会表现得更好(证券时报);A股政策面、资金面都有比较坚实的支撑,不宜对市场下跌反应过度(上证报);这波下跌是情绪面因素扰动的,A股市场有望逐步修复(中证报);分析人士称,市场整体向好的趋势是没有发生变化的,调整反而是比较好的建仓和加仓的时机,春季行情值得期待。

◆截至2021年底,全国登记在册的市场主体达到1.54亿户,同比增长11.1%,个体工商户1.03亿户,占市场主体总量的三分之二。

◆1天内15家公募自购11亿,公募自购潮彰显对后市信心,包括易方达基金、富国基金、广发基金、公嘉实基金、南方基金、汇添富基金、华夏基金、睿远基金、国泰基金、招商基金、大成基金、兴证全球、景顺长城、工银瑞信、朱雀基金等,计划自购金额合计高达11亿元。

◆证监会公告称,鹿山新材、里得电科、康冠科技首发获通过。创业板上市委公告称,比亚迪半导体、中科环宇、工大科雅首发过会。芯龙技术科创板首发过会。

中国市场监管总局附加限制性条件批准超威半导体收购赛灵思。

公司动态

◆中青网:雷诺、日产和三菱在未来五年内将额外投资230亿欧元用于电气化,2030年前生产35款电动汽车。三家公司的目标是在2026年将其90个车型中的通用平台使用率从现在的60%提高到80%。雷诺将领导开发通用的集中式电气和电子架构,并在2025年前推出首款全软件定义汽车。

◆证券时报:字节跳动日前正在密集布局多个新业务,将推出元宇宙社交App“派对岛”,将上线新搜索产品“悟空搜索”,打造游戏社区产品“灵选”,此外还正在测试短距离配送机器人。

◆知情人士透露,苹果正在计划推出一项新的服务,将允许小商户直接在iPhone接受付款,而无需任何额外的硬件。

◆据市场监管总局,奔驰、大众、五菱宏光、奇瑞、丰田等多家车企同时发布召回消息,涉事车辆超150万辆,涉及发动机、变速器、冷却箱等多重问题。

重要公告

◆宁德时代:预计2021年净利润140亿元-165亿元,同比增长150.75%-195.52%。业绩上升主要原因为2021年新能源汽车及储能市场渗透率提升,带动电池销售增长;市场开拓取得进展,新建产能释放,产销量相应提升。

◆开开实业:发布2021年年报,拉开沪市年报披露序幕,2021年实现营业收入为6.7亿元,同比下滑12.08%;归母净利润2171.72万元,同比增长58.81%;拟每10股派发现金红利0.27元。

◆中国神华:预计2021年归属于上市公司股东的净利润约503亿元,同比增长约28%。归属于上市公司股东的净利润391.70亿元,2021年增利因素包括,煤炭销售量和平均销售价格同比增长,航运货运量和运价同比增长,以及聚烯烃产品价格同比上涨。

◆中国电信:控股股东中国电信集团计划自2022年1月28日起12个月内增持不少于5亿元,本次增持不设置价格区间,增持资金来源为自有资金。2021年9月22日披露的40亿元增持计划仍处于实施期限之内,与本次稳定股价增持计划分别实施。

◆*ST康美:预计2021年年度实现归属于上市公司股东的净利润与上年同期相比,将实现扭亏为盈,净利润56.25亿元到84.38亿元。实现相关重整收益净额约175亿元,导致业绩同比实现大额增长。业绩预计亏损57.6亿元到86.4亿元。

◆华宝股份:收到衡阳县监察委员会立案通知书,其决定对董事林嘉宇的违法问题立案调查。随后,从林嘉宇家属处获悉,其目前被长沙县公安局执行指定居所监视居住。

◆中国华融:与国新资本签署《国有产权交易合同》,作价109.33亿元向其转让华融证券71.99%股权。

◆江苏国泰:拟15.1亿元投建年产30万吨锂离子电池电解液项目。

◆诚达药业:公司受辉瑞原料药工厂委托,为其定制研发医药中间体。

◆中国石化:2021年净利同比预增103%~122%。

◆中环股份:2021年净利同比预增248.95%~285.68%。

◆东阿阿胶:2021年净利同比预增888%~997%。

◆中国铝业:2021年净利同比预增561%~615%。

◆TCL科技:2021年公司预盈100亿元~103亿元,同比增长128%~135%。

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。


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