電池技術(shù)不斷提升 電動(dòng)汽車(chē)將告別“充電焦慮”

　　在深圳的集中式充電站，越來(lái)越多電動(dòng)汽車(chē)司機正在使用兼容多種功率的充電堆設備為車(chē)充電。除此之外，隨著(zhù)動(dòng)力電池技術(shù)不斷突破，鋰電池能量密度與功率密度并行提升，這一方面提高了電動(dòng)汽車(chē)續駛里程，另一方面也讓補給時(shí)長(cháng)可與燃油車(chē)加油相媲美的“快充”有了可能。

　　“功率共享”的充電堆方案

　　矩陣式柔性充電堆技術(shù)既能滿(mǎn)足當下電池充電需求，也能滿(mǎn)足未來(lái)“電池升級”需求，避免了充電樁反復撤建

　　截至去年底，我國擁有各類(lèi)充電樁45萬(wàn)個(gè)，是2014年底的14倍，全國車(chē)樁比約為3.8∶1。但充電網(wǎng)絡(luò )建設穩步推進(jìn)的同時(shí)，也存在一定程度的結構性供給不足，資源錯配導致了“充電難”與公共充電樁被大量閑置現象并存。此外，長(cháng)期以來(lái)，市場(chǎng)上投放的電動(dòng)汽車(chē)公共充電樁多數為固定功率充電樁，充電樁設計多考慮滿(mǎn)足當下的汽車(chē)電池標準。40kW、60kW、80kW、110kW……隨著(zhù)新上市的車(chē)型功率越來(lái)越大，充電樁將面臨更換或擴容。

　　多種功率的電動(dòng)汽車(chē)并存，已經(jīng)是電動(dòng)汽車(chē)存量市場(chǎng)的既成事實(shí)。因此，在集中式充電站，如何提高充電設備的功率兼容性是關(guān)鍵?！霸诔潆婋娏飨嗤那闆r下，當電壓提升到1000V之后，如果仍然給電壓平臺為350V的車(chē)充電，用現有技術(shù)方案功率利用率僅不到原來(lái)的三分之一，設備利用率特別低?！鄙钲趭W特迅電力設備股份有限公司董事長(cháng)蕭霞說(shuō)，“充電堆技術(shù)既能夠滿(mǎn)足當下電池的充電需求，也能夠滿(mǎn)足未來(lái)‘電池升級’的充電需求，避免了充電樁的反復撤建”。

　　據悉，奧特迅研發(fā)的矩陣式柔性充電堆技術(shù)，將電動(dòng)汽車(chē)充電站全部或部分充電模塊集中在一起，通過(guò)功率分配單元，按照電動(dòng)汽車(chē)實(shí)際需要的充電功率對充電模塊進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配。也就是說(shuō)，在應用充電堆技術(shù)的充電站，同樣一個(gè)充電樁功率共享后，既可以滿(mǎn)足100kW的電池充電，也可以滿(mǎn)足300kW的電池充電，保證了每臺新能源汽車(chē)都能以最大功率充電。在深圳，奧特迅投資、建設、運營(yíng)的柔性充電堆集中式充電站目前已超過(guò)80座。

　　奧特迅電力設備總工程師李志剛說(shuō)，“共享功率”有些像“共享帶寬”，“在沒(méi)有充電堆以前，固定功率的充電設備就像固定帶寬的網(wǎng)絡(luò )，如果總帶寬是100兆，有10個(gè)用戶(hù)，每個(gè)用戶(hù)的帶寬固定是10兆，那么即使有很多用戶(hù)寬帶沒(méi)有使用，其他用戶(hù)的最高帶寬依然是10兆;而充電堆就像共享帶寬，可以根據用戶(hù)數量、需求帶寬動(dòng)態(tài)調節，如果只有一個(gè)用戶(hù)，那么他的寬帶最大就可以達到100兆”。

　　深圳前海奧特迅新能源服務(wù)有限公司副總經(jīng)理魏堅介紹，充電終端能分配到多少電力，由充電的電動(dòng)車(chē)來(lái)決定。奧特迅的技術(shù)團隊設計了一個(gè)龐大的計算系統，建立了云平臺，對幾百款電動(dòng)汽車(chē)的身份信息進(jìn)行大數據采集后，在平臺上進(jìn)行智能化管理。當充電槍插入充電口“握手”的瞬間，車(chē)輛信息就被全部讀取出來(lái)，并且智能分配，對車(chē)充電。

　　去年12月起，由深圳市市場(chǎng)監督管理局、深圳市發(fā)展改革委共同組織制定的深圳市標準化指導性技術(shù)文件——《電動(dòng)汽車(chē)柔性充電堆技術(shù)要求》在深圳實(shí)施，這是國內首個(gè)關(guān)于電動(dòng)汽車(chē)柔性充電堆的地方標準。作為電力自動(dòng)化電源細分行業(yè)的龍頭企業(yè)，深圳奧特迅電力設備股份有限公司是該標準的牽頭起草單位。

　　“對于出租車(chē)、貨車(chē)等營(yíng)運車(chē)輛而言，集中式充電站的功率適配性直接決定了充電的便捷性?！眹娔先鹂萍脊煞莨緡H部副主任倪峰說(shuō)，“在集中式充電站的應用場(chǎng)景下，充電堆技術(shù)具有精準、高效匹配的特性，無(wú)疑將會(huì )大有用武之地”。

　　挖潛大功率快充

　　一般認為，電動(dòng)汽車(chē)“快充”是指電池從0%充電到80%的時(shí)間小于30分鐘的充電技術(shù)

　　在日前舉辦的電動(dòng)汽車(chē)大功率充電試點(diǎn)專(zhuān)題研討會(huì )上，寧德時(shí)代向參會(huì )代表展示了采用“超級鐵鋰+高能量密度快充石墨”體系的超級鐵鋰電池的充電過(guò)程。該產(chǎn)品可進(jìn)行“5C”充電，演示過(guò)程僅用時(shí)7分12秒就完成了20%至80%的充電，而20%到100%的充電，也僅耗時(shí)13分8秒。

　　儲能技術(shù)專(zhuān)家、Ecoflow創(chuàng )始人王雷博士說(shuō)，“超大功率充電用的是高壓直流技術(shù)，形象地講，就是把電傾倒進(jìn)入電池里”?！?C”中的單位“C”，指的是充電倍率，可以理解為充放電速率。鋰離子電池的充放電倍率，決定了能以多快速度將電能存儲到電池里面，或者以多快速度將電池里的能量釋放出來(lái)?！?C”的電流，從滿(mǎn)電到放電完全是用1/1=1小時(shí);“2C”即1/2小時(shí)，也就是30分鐘;5C則是耗時(shí)12分鐘。一般認為，電動(dòng)汽車(chē)“快充”是指充電電流大于1.6C的充電方式，也就是從0%充電到80%的時(shí)間小于30分鐘的技術(shù)。

　　鋰電池快充的技術(shù)核心，就是在不影響電芯壽命和可靠性的前提下，通過(guò)化學(xué)體系和設計優(yōu)化，加速鋰離子在正負極移動(dòng)的速度。寧德時(shí)代新能源股份有限公司快充項目負責人王升威博士表示，在負極石墨表面，寧德時(shí)代采用了“快離子環(huán)”技術(shù)，相當于在石墨表面打造一圈高速跑道，極大加快鋰離子在石墨層的嵌入，修飾后的石墨兼顧超級快充和高能量密度的特性。另外，電池內部的散熱速率，也是影響倍率性能的一個(gè)重要因素。如果散熱速率慢，大倍率充放電時(shí)所積累的熱量無(wú)法傳遞出去，會(huì )影響鋰離子電池的可靠性和壽命。寧德時(shí)代開(kāi)發(fā)的快充產(chǎn)品，搭載自主研發(fā)的熱管理系統，能充分識別固定化學(xué)體系在不同環(huán)境下的“健康充電區間”，拓寬鋰電池的運營(yíng)溫度區間。

　　“大功率充電的需求非常明確，無(wú)論國內外，商用車(chē)、出租車(chē)、網(wǎng)約車(chē)等車(chē)輛都有迫切需求。尤其在車(chē)位、充電樁資源緊缺的北上廣深等特大型城市，車(chē)主在很難找到車(chē)位充電的情況下，會(huì )對大功率充電產(chǎn)生強烈需求?！蹦叻逭f(shuō)，“但300kW以上的大功率快充產(chǎn)品在全球范圍內都處于剛起步階段，電池發(fā)熱、設備體積、安全隔離等技術(shù)問(wèn)題還有待優(yōu)化，從技術(shù)成熟到市場(chǎng)成熟又有較長(cháng)的路要走;此外，還有充電站建設、電網(wǎng)供電等基礎設施配套問(wèn)題尚待解決”。

　　管理與服務(wù)需更精細

　　專(zhuān)家表示，為促進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)健康發(fā)展，充電服務(wù)的智能精細化管理，是大勢所趨。

　　我國已經(jīng)連續3年位居全球新能源汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)第一大國。截至去年底，我國新能源汽車(chē)累計銷(xiāo)量達到180萬(wàn)輛，在全球累計銷(xiāo)量中超過(guò)50%?！案鶕袌?chǎng)趨勢，2020年以后，三四百千瓦以上的大功率電動(dòng)汽車(chē)會(huì )越來(lái)越多?！蹦叻逭J為，“無(wú)論是充電堆還是電池本身，技術(shù)方面已經(jīng)不存在什么問(wèn)題”。另外，雖然早期運營(yíng)商沒(méi)有考慮功率擴容，但近年來(lái)，已經(jīng)有越來(lái)越多運營(yíng)商在集中式充電站預留了擴容空間，“更大功率的充電需求出現后，站、樁、堆都能直接擴容——增加相應的模塊就可以了”。

　　中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì )標準化管理中心副主任劉永東表示，在充電的方式上，未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)的趨勢將是“私人交流充電樁日常慢充”與“公共快充補電”長(cháng)期并存、互相結合?！皩τ谑褂秒妱?dòng)汽車(chē)通勤的城市家庭而言，下班后在家使用私人充電樁充電，長(cháng)時(shí)間的慢充已經(jīng)可以滿(mǎn)足大部分需求;在充電站使用快充，更多將是一種必要的補充”。

　　充電領(lǐng)域管理體制的優(yōu)化是多位專(zhuān)家所盼。倪峰舉了充電站電源模塊冷卻方案的例子。電源模塊冷卻主流方案有水冷、風(fēng)冷模式，前者使用壽命長(cháng)、可靠性高，但價(jià)格昂貴;后者價(jià)格低廉，但對環(huán)境要求高，長(cháng)時(shí)間使用容易發(fā)生灰塵堵塞等現象?！皣鴥鹊恼型稑恕畠r(jià)低者得’的機制讓很多運營(yíng)商采用了風(fēng)冷模式，但使用不到兩年就需要全部更換，算下來(lái)綜合使用成本反而比使用水冷更高?！蹦叻逭f(shuō)。

　　在劉永東看來(lái)，私人充電樁的安裝與管理仍有較大發(fā)展空間?！安簧傩^尤其是老舊小區，由于配電容量有限、物業(yè)不配合等原因無(wú)法普及安裝;而利用技術(shù)平臺推行并管理用電低谷時(shí)段充電的做法，也有待進(jìn)一步推進(jìn)”。充電服務(wù)的智能精細化管理，是大勢所趨。

　　“我們今天談?wù)摮潆娂夹g(shù)和管理、服務(wù)的提升，都是以電動(dòng)汽車(chē)健康發(fā)展為大前提的?！蹦叻逭f(shuō)，“電動(dòng)汽車(chē)最根本的動(dòng)力仍然來(lái)自電動(dòng)汽車(chē)本身，來(lái)自整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)的調整和變化。我們最關(guān)注的仍然是，取消相關(guān)補貼后，用戶(hù)自發(fā)消費、使用電動(dòng)汽車(chē)的欲望有多強烈，這是事關(guān)整個(gè)產(chǎn)業(yè)長(cháng)遠發(fā)展的關(guān)鍵”。