換電已出局？快充才是車載動力電池發展的必然趨勢
[2017-04-17 11:23:03]
換電已出局？快充才是車載動力電池發展的必然趨勢
車載動力電池發展技術路線，從電能補充上基本分為換電、充電兩類，而充電充模式基本上分為慢充、快充兩種。經過實踐證明，在商業車（含大客車、城市配送車），其換電模式基本出局。但是不少機構堅持認為對出租車而言，換電模式有一定生命力，其實不然。認真研究后的結論是，快充才是車載動力電池發展的必然趨勢。
一、什么是快充、慢充？
快、慢是相對的。這里先解釋一下充電速度單位。充(放)電速度單位是充電倍率(符號為C)，充(放)電倍率的基本含義是指電池在規定的時間內充(放)其額定容量時所需要的電流值，它在數據值上等于電池額定容量的倍數。通俗地解釋如下：
用戶須知：
· 車電池的充滿要用60分鐘，則充電倍率為：1C，即1C=60分鐘；
· 車電池的充滿要用120分鐘，則充電倍率為：0.5C，即0.5C=120分鐘；
· 車電池的充滿要用300分鐘，則充電倍率為：0.2C，即0.2C=120分鐘。
如果用戶希望5分種能把自己車輛電池充滿，則要求的電池充電倍率為12C。2017年工信部對快充電池補貼的規定是充電倍率3C起步，最高15C。對用戶而言，3C=20分鐘，15C=4分。
從上面的表述中可以看出，對一輛車充滿電池，如果超過20分鐘，則這個電池就是慢充電池，少于20分鐘就是快充電池了。實際上大眾的心里需求是用4分能把電池充滿。
二、目前電動汽車與燃油汽車比較
汽車作為交通工具。大眾最看中的最關鍵是指標是二個：一是電動汽車一次充電續駛里程；其次要求電能補充方便性(含充電時間要短)。電動汽車要追趕燃油汽車必須要在這兩個指標上，要有一定先進性。否則電動汽車，在市場上與燃油汽車相比，沒有競爭力。
1)電動汽車一次充電續駛里程與傳統燃油車差距？
a)柴油大型公交客車加一車油，能跑500公里以上，天然氣公交車加一次能跑180公里；
b)電動大型公交客車加滿電，能跑200公里，而公交公司較低的要求是，加滿電能跑300公里。
2)電動汽車能量補充時間上與傳統燃油車差距？
對電動汽車，電池廠家一般要求按0.33C充電，即大約180分鐘(3個小時)。而傳統汽車加滿一箱油的作用時間，10分鐘內是基本上能完成的。
3)電動汽車與傳統燃油車在以上的兩個關鍵指標上的比較
鋰離子電池是(0.46~0.72MJ("兆焦")/kg)，汽油能量密度大約是12~17MJ("兆焦")/kg，按汽油機的效率通常在30%~70%，所以100kg的鋰電池充滿電的帶電量大約只相當于3公斤汽油的發電量。
即如果要求同樣的持續里程，汽油車配一箱汽油，電動汽車要求配33.3倍重量鋰電池。目前的材料體系動力電池，要追趕高于它33.3倍比能量的差距，其理論告訴大眾，是沒有可能的。
目前動力電池比能量與汽油相比，太低了。通俗講，目前鋰電池太重，所以說，新能源汽車要替代汽(柴)油將一個漫長的過程。發展新能源汽車(或者純電動汽車)必須要找到與傳統汽車能量密度的平衡點。
三、提升比能量是一個持續而漫長的過程，提升比功率更有助找到能量平衡點
比能量提升了，汽車一次持續里程就能提高。但是在目前的基礎上再提高到33,3倍以上，其目標將過于遙遠？
目前動力電池的放電倍率已經基本上能滿足新能源汽車的要求，在動力電池廠家和整車廠家共同努力下，一次充電的持續里程(200公里)在部分車型上，用戶也開始在慢慢接受了，但是充電要3個小時，離用戶太要求遙遠了。
如果在目前一次充電的持續里程(200公里)的基礎上，能提高充電倍率，如10C以上，就是要找到動力電池與汽油能量密度的平衡點。
四、實際上能不能做到5分鐘把一車電池充滿？
上面提到用15C充電倍率，就能實現4分鐘把一車電池充滿。這里提出一個新的課題，如果一次持續里程低于50公里，就只能在公交車(這樣規定線路)。對其他類型的新能源車輛，要實現20分鐘充滿電，即用3C的充電倍率，但是持續一次里程高于180公里以上，與傳統燃油車就有一定的市場競爭力了。
根據國家973項目“微納生物醫學傳感器及超敏感探測相關基礎研究”首席科學家(信息微電子),國防973“磁電/半導體集成電子薄膜生長控制與調制機理研究項目”專家組專家、武漢中科動力能源研究院院長王太宏教授團隊公開的科研成果及產品資料顯示：其比能量已經有很大的提高，但是用這樣的電池來裝車，一次性持續里程還是與燃油車相比，依然是沒有市場競爭力；如果將上面電池的比能量和充電倍率進行組合，在與燃油車相比，就有市場競爭力了。比如說，用這樣的電池來裝大型公交車，與天然氣公交車相比，優勢就十分明顯了。
五、我國快充公交車的推進為中國新能源汽車的發展積累了成功經驗
電動公交車啟用快充電池以后，對與配套的零部件提出更高的要求。我國快充大型公交車已經形成規模效應。經驗表明，快充電動公交車的路線是一個比較正確的技術路線。正確在與找到了與傳統汽車上比能量的平衡點。許多專家認可，混合動力電池的技術路線，也是基于要在尋找與燃油汽車的能量密度的平衡點。
我國政府提出，要發展“純電動驅動”新能源汽車，提出增程式電動汽車，也是在找到與傳統汽車上比能量的平衡點。目前增程式新能源汽車，沒有廠家響應的基本原因是，增程器不能是內燃機的。如果依然要燒汽油，這樣的增程式的電動汽車就不倫不類了。接下來較為理想增程器是燃料電池做。
筆者觀點，純電動汽車與燃油汽車的能量密度的平衡點是，快充電池的電動汽車。
六、中國的純電動汽車，一定是快充類電動汽車
我國快充公交客車為發展快充電池提出客戶端的需求。但是快充技術路線，對供電公司而言，是一個不能接受的技術路線。理由是這樣多的汽車，都要快充，給供電公司提出不可能答應的要求。如果供電公司不同意，所謂快充電池，就沒有用武之地。下面予以分析：
a)加油站，為什么20分鐘的作業時間能給汽車加滿油？主要原因是，加油站有一個比有油箱體積大N多倍儲油罐；
b)充電為什么要3個小時，主要原因是沒有大電流來源；
c)研發快充電池與研發高比能量的電池，也要找到一個平衡點。
再進行細化分析：
a)供給端是電公司，他的基本訴求是，是把晚上低峰電用起來，于是提出來換電模式；
b)需求端是新能源汽車的用戶端，他的基本訴求是，彌補一次充電持續里程不夠，于是提出快充模式；
c)供給端的基本訴求與需求端基本訴求是矛盾的。
如何解決？其具體思路是：
a)像布局加油站一樣布局儲電站，用晚上低峰電用來給儲電站充電，即儲電站充電是晚上工作，是一個晚間的連續充電工廠，滿足了供給端的要求；
b)第2天，用儲電站的電給汽車予以快充電，滿足了新能源汽車用戶的要求；
c)目前慢充的電池產能快過剩了，用他來建加油站類儲電站，市場容量又擴大了，動能電池發展在目前比能量的基礎上，加大比功率再大的開發力度，滿足動力電池廠家的基本要求.
結論
把供給端與需求端的矛盾解決好了，同時又給中間電池企業帶來可觀的市場空間。于是中國的純電動汽車，一定就能快速發展起來。
