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电池技术不断提升 汽车“快充”时代即将到来
电池技术不断提升 汽车“快充”时代即将到来
  • 发布时间:2020-09-14 16:14

电池技术不断提升 汽车“快充”时代即将到来

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越来越多电动汽车司机在深圳的集中式充电站,正在使用兼容多种功率的充电堆设备为车充电。随着动力锂电池技术不断突破,锂离子电池能量密度与功率密度并行提升,这一方面提高了电动汽车续驶里程,另一方面也让补给时长可与燃油车加油相媲美的快充有了可能。


功率共享的充电堆方法


矩阵式柔性充电堆技术既能满足当下电池充电需求,也能满足未来电池升级需求,防止了充电桩反复撤建


截至去年底,我国拥有各类充电桩45万个,是2014年底的14倍,全国车桩比约为3.8∶1。但充电网络建设稳步推进的同时,也存在一定程度的结构性供给不足,资源错配导致了充电难与公共充电桩被大量闲置现象并存。此外,长期以来,市场上投放的电动汽车公共充电桩多数为固定功率充电桩,充电桩设计多考虑满足当下的汽车电池标准。40kW、60kW、80kW、110kW随着新上市的车型功率越来越大,充电桩将面对更换或扩容。


多种功率的电动汽车并存,已经是电动汽车存量市场的既成事实。因此,在集中式充电站,如何提高充电设备的功率兼容性是关键。在充电电流相同的情况下,当电压提升到1000V之后,假如仍然给电压平台为350V的车充电,用现有技术方法功率利用率仅不到原来的三分之一,设备利用率特别低。深圳奥特迅电力设备股份有限公司董事长萧霞说,充电堆技术既能够满足当下电池的充电需求,也能够满足未来电池升级的充电需求,防止了充电桩的反复撤建。


据悉,奥特迅研发的矩阵式柔性充电堆技术,将电动汽车充电站全部或部分充电模块集中在一起,通过功率分配单元,按照电动汽车实际要的充电功率对充电模块进行动态分配。也就是说,在应用充电堆技术的充电站,同样一个充电桩功率共享后,既可以满足100kW的电池充电,也可以满足300kW的电池充电,保证了每台新能源汽车都能以最大功率充电。在深圳,奥特迅投资、建设、运营的柔性充电堆集中式充电站目前已超过80座。


奥特迅电力设备总工程师李志刚说,共享功率有些像共享带宽,在没有充电堆以前,固定功率的充电设备就像固定带宽的网络,假如总带宽是100兆,有10个用户,每个用户的带宽固定是10兆,那么即使有很多用户宽带没有使用,其他用户的最高带宽依然是10兆;而充电堆就像共享带宽,可以根据用户数量、需求带宽动态调节,假如只有一个用户,那么他的宽带最大就可以达到100兆。


深圳前海奥特迅新能源服务有限公司副总经理魏坚介绍,充电终端能分配到多少电力,由充电的电动汽车来决定。奥特迅的技术团队设计了一个庞大的计算系统,建立了云平台,对几百款电动汽车的身份信息进行大数据采集后,在平台上进行智能化管理。当充电枪插入充电口握手的瞬间,车辆信息就被全部读取出来,并且智能分配,对车充电。


去年十二月起,由深圳市市场监督管理局、深圳市发展改革委共同组织制定的深圳市标准化指导性技术文件《电动汽车柔性充电堆技术要求》在深圳执行,这是国内首个有关电动汽车柔性充电堆的地方标准。作为电力自动化电源细分行业的龙头公司,深圳奥特迅电力设备股份有限公司是该标准的牵头起草单位。


关于出租车、货车等营运车辆而言,集中式充电站的功率适配性直接决定了充电的便捷性。国电南瑞科技股份公司国际部副主任倪峰说,在集中式充电站的应用场景下,充电堆技术具有精准、高效匹配的特性,无疑将会大有用武之地。


挖潜大功率快充


一般认为,电动汽车快充是指电池从0%充电到80%的时间小于30分钟的充电技术


在日前举办的电动汽车大功率充电试点专题研讨会上,宁德时代向参会代表展示了采用超级铁锂+高能量密度快充石墨体系的超级铁锂离子电池的充电过程。该产品可进行5C充电,演示过程仅用时7分12秒就完成了20%至80%的充电,而20%到100%的充电,也仅耗时13分8秒。


储能技术专家、Ecoflow创始人王雷博士说,超大功率充电用的是高压直流技术,形象地讲,就是把电倾倒进入电池里。5C中的单位C,指的是充电倍率,可以理解为充放电速率。锂离子电池的充放电倍率,决定了能以多快速度将电能存储到电池里面,或者以多快速度将电池里的能量释放出来。1C的电流,从满电到放电完全是用1/1=1小时;2C即1/2小时,也就是30分钟;5C则是耗时12分钟。一般认为,电动汽车快充是指充电电流大于1.6C的充电方式,也就是从0%充电到80%的时间小于30分钟的技术。


锂离子电池快充的技术核心,就是在不影响电芯寿命和可靠性的前提下,通过化学体系和设计优化,加速锂离子在正负极移动的速度。宁德时代新能源股份有限公司快充项目负责人王升威博士表示,在负极石墨表面,宁德时代采用了快离子环技术,相当于在石墨表面打造一圈高速跑道,极大加快锂离子在石墨层的嵌入,修饰后的石墨兼顾超级快充和高能量密度的特性。另外,电池内部的散热速率,也是影响倍率性能的一个重要因素。假如散热速率慢,大倍率充放电时所积累的热量无法传递出去,会影响锂离子电池的可靠性和寿命。宁德时代开发的快充产品,搭载自主研发的热管理系统,能充分识别固定化学体系在不同环境下的健康充电区间,拓宽锂离子电池的运营温度区间。


大功率充电的需求非常明确,无论国内外,商用车、出租车、网约车等车辆都有迫切需求。尤其在车位、充电桩资源紧缺的北上广深等特大型城市,车主在很难找到车位充电的情况下,会对大功率充电出现强烈需求。倪峰说,但300kW以上的大功率快充产品在全球范围内都处于刚起步阶段,电池发热、设备体积、安全隔离等技术问题还有待优化,从技术成熟到市场成熟又有较长的路要走;此外,还有充电站建设、电网供电等基础设施配套问题尚待解决。


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