換電已出局？快充才是車載動(dòng)力電池發(fā)展的必然趨勢(shì)
[2017-04-17 11:23:03]
換電已出局？快充才是車載動(dòng)力電池發(fā)展的必然趨勢(shì)
車載動(dòng)力電池發(fā)展技術(shù)路線，從電能補(bǔ)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(jīng)過實(shí)踐證明，在商業(yè)車（含大客車、城市配送車），其換電模式基本出局。但是不少機(jī)構(gòu)堅(jiān)持認(rèn)為對(duì)出租車而言，換電模式有一定生命力，其實(shí)不然。認(rèn)真研究后的結(jié)論是，快充才是車載動(dòng)力電池發(fā)展的必然趨勢(shì)。
一、什么是快充、慢充？
快、慢是相對(duì)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(hào)為C)，充(放)電倍率的基本含義是指電池在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)充(放)其額定容量時(shí)所需要的電流值，它在數(shù)據(jù)值上等于電池額定容量的倍數(shù)。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(duì)快充電池補(bǔ)貼的規(guī)定是充電倍率3C起步，最高15C。對(duì)用戶而言，3C=20分鐘，15C=4分。
從上面的表述中可以看出，對(duì)一輛車充滿電池，如果超過20分鐘，則這個(gè)電池就是慢充電池，少于20分鐘就是快充電池了。實(shí)際上大眾的心里需求是用4分能把電池充滿。
二、目前電動(dòng)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(guān)鍵是指標(biāo)是二個(gè)：一是電動(dòng)汽車一次充電續(xù)駛里程；其次要求電能補(bǔ)充方便性(含充電時(shí)間要短)。電動(dòng)汽車要追趕燃油汽車必須要在這兩個(gè)指標(biāo)上，要有一定先進(jìn)性。否則電動(dòng)汽車，在市場(chǎng)上與燃油汽車相比，沒有競(jìng)爭(zhēng)力。
1)電動(dòng)汽車一次充電續(xù)駛里程與傳統(tǒng)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(dòng)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(dòng)汽車能量補(bǔ)充時(shí)間上與傳統(tǒng)燃油車差距？
對(duì)電動(dòng)汽車，電池廠家一般要求按0.33C充電，即大約180分鐘(3個(gè)小時(shí))。而傳統(tǒng)汽車加滿一箱油的作用時(shí)間，10分鐘內(nèi)是基本上能完成的。
3)電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)燃油車在以上的兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)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(jī)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(dāng)于3公斤汽油的發(fā)電量。
即如果要求同樣的持續(xù)里程，汽油車配一箱汽油，電動(dòng)汽車要求配33.3倍重量鋰電池。目前的材料體系動(dòng)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(dòng)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(gè)漫長(zhǎng)的過程。發(fā)展新能源汽車(或者純電動(dòng)汽車)必須要找到與傳統(tǒng)汽車能量密度的平衡點(diǎn)。
三、提升比能量是一個(gè)持續(xù)而漫長(zhǎng)的過程，提升比功率更有助找到能量平衡點(diǎn)
比能量提升了，汽車一次持續(xù)里程就能提高。但是在目前的基礎(chǔ)上再提高到33,3倍以上，其目標(biāo)將過于遙遠(yuǎn)？
目前動(dòng)力電池的放電倍率已經(jīng)基本上能滿足新能源汽車的要求，在動(dòng)力電池廠家和整車廠家共同努力下，一次充電的持續(xù)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(gè)小時(shí)，離用戶太要求遙遠(yuǎn)了。
如果在目前一次充電的持續(xù)里程(200公里)的基礎(chǔ)上，能提高充電倍率，如10C以上，就是要找到動(dòng)力電池與汽油能量密度的平衡點(diǎn)。
四、實(shí)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(shí)現(xiàn)4分鐘把一車電池充滿。這里提出一個(gè)新的課題，如果一次持續(xù)里程低于50公里，就只能在公交車(這樣規(guī)定線路)。對(duì)其他類型的新能源車輛，要實(shí)現(xiàn)20分鐘充滿電，即用3C的充電倍率，但是持續(xù)一次里程高于180公里以上，與傳統(tǒng)燃油車就有一定的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力了。
根據(jù)國(guó)家973項(xiàng)目“微納生物醫(yī)學(xué)傳感器及超敏感探測(cè)相關(guān)基礎(chǔ)研究”首席科學(xué)家(信息微電子),國(guó)防973“磁電/半導(dǎo)體集成電子薄膜生長(zhǎng)控制與調(diào)制機(jī)理研究項(xiàng)目”專家組專家、武漢中科動(dòng)力能源研究院院長(zhǎng)王太宏教授團(tuán)隊(duì)公開的科研成果及產(chǎn)品資料顯示：其比能量已經(jīng)有很大的提高，但是用這樣的電池來裝車，一次性持續(xù)里程還是與燃油車相比，依然是沒有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力；如果將上面電池的比能量和充電倍率進(jìn)行組合，在與燃油車相比，就有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(yōu)勢(shì)就十分明顯了。
五、我國(guó)快充公交車的推進(jìn)為中國(guó)新能源汽車的發(fā)展積累了成功經(jīng)驗(yàn)
電動(dòng)公交車啟用快充電池以后，對(duì)與配套的零部件提出更高的要求。我國(guó)快充大型公交車已經(jīng)形成規(guī)模效應(yīng)。經(jīng)驗(yàn)表明，快充電動(dòng)公交車的路線是一個(gè)比較正確的技術(shù)路線。正確在與找到了與傳統(tǒng)汽車上比能量的平衡點(diǎn)。許多專家認(rèn)可，混合動(dòng)力電池的技術(shù)路線，也是基于要在尋找與燃油汽車的能量密度的平衡點(diǎn)。
我國(guó)政府提出，要發(fā)展“純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)”新能源汽車，提出增程式電動(dòng)汽車，也是在找到與傳統(tǒng)汽車上比能量的平衡點(diǎn)。目前增程式新能源汽車，沒有廠家響應(yīng)的基本原因是，增程器不能是內(nèi)燃機(jī)的。如果依然要燒汽油，這樣的增程式的電動(dòng)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(diǎn)，純電動(dòng)汽車與燃油汽車的能量密度的平衡點(diǎn)是，快充電池的電動(dòng)汽車。
六、中國(guó)的純電動(dòng)汽車，一定是快充類電動(dòng)汽車
我國(guó)快充公交客車為發(fā)展快充電池提出客戶端的需求。但是快充技術(shù)路線，對(duì)供電公司而言，是一個(gè)不能接受的技術(shù)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(yīng)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(yè)時(shí)間能給汽車加滿油？主要原因是，加油站有一個(gè)比有油箱體積大N多倍儲(chǔ)油罐；
b)充電為什么要3個(gè)小時(shí)，主要原因是沒有大電流來源；
c)研發(fā)快充電池與研發(fā)高比能量的電池，也要找到一個(gè)平衡點(diǎn)。
再進(jìn)行細(xì)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?yè)Q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(bǔ)一次充電持續(xù)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(chǔ)電站，用晚上低峰電用來給儲(chǔ)電站充電，即儲(chǔ)電站充電是晚上工作，是一個(gè)晚間的連續(xù)充電工廠，滿足了供給端的要求；
b)第2天，用儲(chǔ)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(chǎn)能快過剩了，用他來建加油站類儲(chǔ)電站，市場(chǎng)容量又?jǐn)U大了，動(dòng)能電池發(fā)展在目前比能量的基礎(chǔ)上，加大比功率再大的開發(fā)力度，滿足動(dòng)力電池廠家的基本要求.
結(jié)論
把供給端與需求端的矛盾解決好了，同時(shí)又給中間電池企業(yè)帶來可觀的市場(chǎng)空間。于是中國(guó)的純電動(dòng)汽車，一定就能快速發(fā)展起來。
