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電池技術不斷提升 汽車“快充”時代即將到來

鉅大LARGE  |  點擊量:150次  |  2020年09月02日  

摘要
越來越多電動汽車司機在深圳的集中式充電站,正在使用兼容多種功率的充電堆設備為車充電。隨著動力電池技術不斷突破,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汽車續駛里程,另一方面也讓補給時

越來越多電動汽車司機在深圳的集中式充電站,正在使用兼容多種功率的充電堆設備為車充電。隨著動力鋰電池技術不斷突破,鋰離子電池能量密度與功率密度并行提升,這一方面提高了電動汽車續駛里程,另一方面也讓補給時長可與燃油車加油相媲美的快充有了可能。


功率共享的充電堆方法


矩陣式柔性充電堆技術既能滿足當下電池充電需求,也能滿足未來電池升級需求,防止了充電樁反復撤建


截至去年底,我國擁有各類充電樁45萬個,是2014年底的14倍,全國車樁比約為3.8∶1。但充電網絡建設穩步推進的同時,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,長期以來,市場上投放的電動汽車公共充電樁多數為固定功率充電樁,充電樁設計多考慮滿足當下的汽車電池標準。40kW、60kW、80kW、110kW隨著新上市的車型功率越來越大,充電樁將面對更換或擴容。


多種功率的電動汽車并存,已經是電動汽車存量市場的既成事實。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鍵。在充電電流相同的情況下,當電壓提升到1000V之后,假如仍然給電壓平臺為350V的車充電,用現有技術方法功率利用率僅不到原來的三分之一,設備利用率特別低。深圳奧特迅電力設備股份有限公司董事長蕭霞說,充電堆技術既能夠滿足當下電池的充電需求,也能夠滿足未來電池升級的充電需求,防止了充電樁的反復撤建。


據悉,奧特迅研發的矩陣式柔性充電堆技術,將電動汽車充電站全部或部分充電模塊集中在一起,通過功率分配單元,按照電動汽車實際要的充電功率對充電模塊進行動態分配。也就是說,在應用充電堆技術的充電站,同樣一個充電樁功率共享后,既可以滿足100kW的電池充電,也可以滿足300kW的電池充電,保證了每臺新能源汽車都能以最大功率充電。在深圳,奧特迅投資、建設、運營的柔性充電堆集中式充電站目前已超過80座。


奧特迅電力設備總工程師李志剛說,共享功率有些像共享帶寬,在沒有充電堆以前,固定功率的充電設備就像固定帶寬的網絡,假如總帶寬是100兆,有10個用戶,每個用戶的帶寬固定是10兆,那么即使有很多用戶寬帶沒有使用,其他用戶的最高帶寬依然是10兆;而充電堆就像共享帶寬,可以根據用戶數量、需求帶寬動態調節,假如只有一個用戶,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有限公司副總經理魏堅介紹,充電終端能分配到多少電力,由充電的電動汽車來決定。奧特迅的技術團隊設計了一個龐大的計算系統,建立了云平臺,對幾百款電動汽車的身份信息進行大數據采集后,在平臺上進行智能化管理。當充電槍插入充電口握手的瞬間,車輛信息就被全部讀取出來,并且智能分配,對車充電。


去年十二月起,由深圳市市場監督管理局、深圳市發展改革委共同組織制定的深圳市標準化指導性技術文件《電動汽車柔性充電堆技術要求》在深圳執行,這是國內首個有關電動汽車柔性充電堆的地方標準。作為電力自動化電源細分行業的龍頭公司,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。


關于出租車、貨車等營運車輛而言,集中式充電站的功率適配性直接決定了充電的便捷性。國電南瑞科技股份公司國際部副主任倪峰說,在集中式充電站的應用場景下,充電堆技術具有精準、高效匹配的特性,無疑將會大有用武之地。


挖潛大功率快充


一般認為,電動汽車快充是指電池從0%充電到80%的時間小于30分鐘的充電技術


在日前舉辦的電動汽車大功率充電試點專題研討會上,寧德時代向參會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離子電池的充電過程。該產品可進行5C充電,演示過程僅用時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13分8秒。


儲能技術專家、Ecoflow創始人王雷博士說,超大功率充電用的是高壓直流技術,形象地講,就是把電傾倒進入電池里。5C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。1C的電流,從滿電到放電完全是用1/1=1小時;2C即1/2小時,也就是30分鐘;5C則是耗時12分鐘。一般認為,電動汽車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%的時間小于30分鐘的技術。


鋰離子電池快充的技術核心,就是在不影響電芯壽命和可靠性的前提下,通過化學體系和設計優化,加速鋰離子在正負極移動的速度。寧德時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,寧德時代采用了快離子環技術,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重要因素。假如散熱速率慢,大倍率充放電時所積累的熱量無法傳遞出去,會影響鋰離子電池的可靠性和壽命。寧德時代開發的快充產品,搭載自主研發的熱管理系統,能充分識別固定化學體系在不同環境下的健康充電區間,拓寬鋰離子電池的運營溫度區間。


大功率充電的需求非常明確,無論國內外,商用車、出租車、網約車等車輛都有迫切需求。尤其在車位、充電樁資源緊缺的北上廣深等特大型城市,車主在很難找到車位充電的情況下,會對大功率充電出現強烈需求。倪峰說,但300kW以上的大功率快充產品在全球范圍內都處于剛起步階段,電池發熱、設備體積、安全隔離等技術問題還有待優化,從技術成熟到市場成熟又有較長的路要走;此外,還有充電站建設、電網供電等基礎設施配套問題尚待解決。


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