換電已出局？快充才是車(chē)載動(dòng)力電池發(fā)展的必然趨勢
[2017-04-17 11:23:03]
換電已出局？快充才是車(chē)載動(dòng)力電池發(fā)展的必然趨勢
車(chē)載動(dòng)力電池發(fā)展技術(shù)路線(xiàn)，從電能補充上基本分為換電、充電兩類(lèi)，而充電充模式基本上分為慢充、快充兩種。經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，在商業(yè)車(chē)（含大客車(chē)、城市配送車(chē)），其換電模式基本出局。但是不少機構堅持認為對出租車(chē)而言，換電模式有一定生命力，其實(shí)不然。認真研究后的結論是，快充才是車(chē)載動(dòng)力電池發(fā)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(shí)間內充(放)其額定容量時(shí)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(hù)須知：
· 車(chē)電池的充滿(mǎn)要用60分鐘，則充電倍率為：1C，即1C=60分鐘；
· 車(chē)電池的充滿(mǎn)要用120分鐘，則充電倍率為：0.5C，即0.5C=120分鐘；
· 車(chē)電池的充滿(mǎn)要用300分鐘，則充電倍率為：0.2C，即0.2C=120分鐘。
如果用戶(hù)希望5分種能把自己車(chē)輛電池充滿(mǎn)，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(hù)而言，3C=20分鐘，15C=4分。
從上面的表述中可以看出，對一輛車(chē)充滿(mǎn)電池，如果超過(guò)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(mǎn)。
二、目前電動(dòng)汽車(chē)與燃油汽車(chē)比較
汽車(chē)作為交通工具。大眾最看中的最關(guān)鍵是指標是二個(gè)：一是電動(dòng)汽車(chē)一次充電續駛里程；其次要求電能補充方便性(含充電時(shí)間要短)。電動(dòng)汽車(chē)要追趕燃油汽車(chē)必須要在這兩個(gè)指標上，要有一定先進(jìn)性。否則電動(dòng)汽車(chē)，在市場(chǎng)上與燃油汽車(chē)相比，沒(méi)有競爭力。
1)電動(dòng)汽車(chē)一次充電續駛里程與傳統燃油車(chē)差距？
a)柴油大型公交客車(chē)加一車(chē)油，能跑500公里以上，天然氣公交車(chē)加一次能跑180公里；
b)電動(dòng)大型公交客車(chē)加滿(mǎn)電，能跑200公里，而公交公司較低的要求是，加滿(mǎn)電能跑300公里。
2)電動(dòng)汽車(chē)能量補充時(shí)間上與傳統燃油車(chē)差距？
對電動(dòng)汽車(chē)，電池廠(chǎng)家一般要求按0.33C充電，即大約180分鐘(3個(gè)小時(shí))。而傳統汽車(chē)加滿(mǎn)一箱油的作用時(shí)間，10分鐘內是基本上能完成的。
3)電動(dòng)汽車(chē)與傳統燃油車(chē)在以上的兩個(gè)關(guān)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(mǎn)電的帶電量大約只相當于3公斤汽油的發(fā)電量。
即如果要求同樣的持續里程，汽油車(chē)配一箱汽油，電動(dòng)汽車(chē)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(méi)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(shuō)，新能源汽車(chē)要替代汽(柴)油將一個(gè)漫長(cháng)的過(guò)程。發(fā)展新能源汽車(chē)(或者純電動(dòng)汽車(chē))必須要找到與傳統汽車(chē)能量密度的平衡點(diǎn)。
三、提升比能量是一個(gè)持續而漫長(cháng)的過(guò)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(chē)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(guò)于遙遠？
目前動(dòng)力電池的放電倍率已經(jīng)基本上能滿(mǎn)足新能源汽車(chē)的要求，在動(dòng)力電池廠(chǎng)家和整車(chē)廠(chǎng)家共同努力下，一次充電的持續里程(200公里)在部分車(chē)型上，用戶(hù)也開(kāi)始在慢慢接受了，但是充電要3個(gè)小時(shí)，離用戶(hù)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(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(chē)電池充滿(mǎn)？
上面提到用15C充電倍率，就能實(shí)現4分鐘把一車(chē)電池充滿(mǎn)。這里提出一個(gè)新的課題，如果一次持續里程低于50公里，就只能在公交車(chē)(這樣規定線(xiàn)路)。對其他類(lèi)型的新能源車(chē)輛，要實(shí)現20分鐘充滿(mǎn)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(chē)就有一定的市場(chǎng)競爭力了。
根據國家973項目“微納生物醫學(xué)傳感器及超敏感探測相關(guān)基礎研究”首席科學(xué)家(信息微電子),國防973“磁電/半導體集成電子薄膜生長(cháng)控制與調制機理研究項目”專(zhuān)家組專(zhuān)家、武漢中科動(dòng)力能源研究院院長(cháng)王太宏教授團隊公開(kāi)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(lái)裝車(chē)，一次性持續里程還是與燃油車(chē)相比，依然是沒(méi)有市場(chǎng)競爭力；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(chē)相比，就有市場(chǎng)競爭力了。比如說(shuō)，用這樣的電池來(lái)裝大型公交車(chē)，與天然氣公交車(chē)相比，優(yōu)勢就十分明顯了。
五、我國快充公交車(chē)的推進(jìn)為中國新能源汽車(chē)的發(fā)展積累了成功經(jīng)驗
電動(dòng)公交車(chē)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(chē)已經(jīng)形成規模效應。經(jīng)驗表明，快充電動(dòng)公交車(chē)的路線(xiàn)是一個(gè)比較正確的技術(shù)路線(xiàn)。正確在與找到了與傳統汽車(chē)上比能量的平衡點(diǎn)。許多專(zhuān)家認可，混合動(dòng)力電池的技術(shù)路線(xiàn)，也是基于要在尋找與燃油汽車(chē)的能量密度的平衡點(diǎn)。
我國政府提出，要發(fā)展“純電動(dòng)驅動(dòng)”新能源汽車(chē)，提出增程式電動(dòng)汽車(chē)，也是在找到與傳統汽車(chē)上比能量的平衡點(diǎn)。目前增程式新能源汽車(chē)，沒(méi)有廠(chǎng)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(dòng)汽車(chē)就不倫不類(lèi)了。接下來(lái)較為理想增程器是燃料電池做。
筆者觀(guān)點(diǎn)，純電動(dòng)汽車(chē)與燃油汽車(chē)的能量密度的平衡點(diǎn)是，快充電池的電動(dòng)汽車(chē)。
六、中國的純電動(dòng)汽車(chē)，一定是快充類(lèi)電動(dòng)汽車(chē)
我國快充公交客車(chē)為發(fā)展快充電池提出客戶(hù)端的需求。但是快充技術(shù)路線(xiàn)，對供電公司而言，是一個(gè)不能接受的技術(shù)路線(xiàn)。理由是這樣多的汽車(chē)，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(méi)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(chē)加滿(mǎn)油？主要原因是，加油站有一個(gè)比有油箱體積大N多倍儲油罐；
b)充電為什么要3個(gè)小時(shí)，主要原因是沒(méi)有大電流來(lái)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(lái)，于是提出來(lái)?yè)Q電模式；
b)需求端是新能源汽車(chē)的用戶(hù)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(lái)給儲電站充電，即儲電站充電是晚上工作，是一個(gè)晚間的連續充電工廠(chǎng)，滿(mǎn)足了供給端的要求；
b)第2天，用儲電站的電給汽車(chē)予以快充電，滿(mǎn)足了新能源汽車(chē)用戶(hù)的要求；
c)目前慢充的電池產(chǎn)能快過(guò)剩了，用他來(lái)建加油站類(lèi)儲電站，市場(chǎng)容量又擴大了，動(dòng)能電池發(fā)展在目前比能量的基礎上，加大比功率再大的開(kāi)發(fā)力度，滿(mǎn)足動(dòng)力電池廠(chǎng)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(shí)又給中間電池企業(yè)帶來(lái)可觀(guān)的市場(chǎng)空間。于是中國的純電動(dòng)汽車(chē)，一定就能快速發(fā)展起來(lái)。
