在深圳的集中式充電站，越來越多電動汽車司機(jī)正在使用兼容多種功率的充電堆設(shè)備為車充電。除此之外，隨著動力鋰電池技術(shù)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?yán)m(xù)駛里程，另一方面也讓補(bǔ)給時(shí)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(shù)既能滿足當(dāng)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(fù)撤建

截至去年底，我國擁有各類充電樁45萬個(gè)，是2014年底的14倍，全國車樁比約為3.8∶1。但充電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)穩(wěn)步推進(jìn)的同時(shí)，也存在一定程度的結(jié)構(gòu)性供給不足，資源錯(cuò)配導(dǎo)致了“充電難”與公共充電樁被大量閑置現(xiàn)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(shù)為固定功率充電樁，充電樁設(shè)計(jì)多考慮滿足當(dāng)下的汽車電池標(biāo)準(zhǔn)。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(kuò)容。

多種功率的電動汽車并存，已經(jīng)是電動汽車存量市場的既成事實(shí)。因此，在集中式充電站，如何提高充電設(shè)備的功率兼容性是關(guān)鍵。“在充電電流相同的情況下，當(dāng)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(xiàn)有技術(shù)方法功率利用率僅不到原來的三分之一，設(shè)備利用率特別低。”深圳奧特迅電力設(shè)備股份有限公司董事長蕭霞說，“充電堆技術(shù)既能夠滿足當(dāng)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(fù)撤建”。

據(jù)悉，奧特迅研發(fā)的矩陣式柔性充電堆技術(shù)，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(shí)際要的充電功率對充電模塊進(jìn)行動態(tài)分配。也就是說，在應(yīng)用充電堆技術(shù)的充電站，同樣一個(gè)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(shè)、運(yùn)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(shè)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(shè)備就像固定帶寬的網(wǎng)絡(luò)，假如總帶寬是100兆，有10個(gè)用戶，每個(gè)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(jù)用戶數(shù)量、需求帶寬動態(tài)調(diào)節(jié)，假如只有一個(gè)用戶，那么他的寬帶最大就可以達(dá)到100兆”。

深圳前海奧特迅新能源服務(wù)有限公司副總經(jīng)理魏堅(jiān)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(shù)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)龐大的計(jì)算系統(tǒng)，建立了云平臺，對幾百款電動汽車的身份信息進(jìn)行大數(shù)據(jù)采集后，在平臺上進(jìn)行智能化管理。當(dāng)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(jiān)督管理局、深圳市發(fā)展改革委共同組織制定的深圳市標(biāo)準(zhǔn)化指導(dǎo)性技術(shù)文件——《電動汽車柔性充電堆技術(shù)要求》在深圳執(zhí)行，這是國內(nèi)首個(gè)有關(guān)電動汽車柔性充電堆的地方標(biāo)準(zhǔn)。作為電力自動化電源細(xì)分行業(yè)的龍頭公司，深圳奧特迅電力設(shè)備股份有限公司是該標(biāo)準(zhǔn)的牽頭起草單位。

“關(guān)于出租車、貨車等營運(yùn)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(yīng)用場景下，充電堆技術(shù)具有精準(zhǔn)、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(rèn)為，電動汽車“快充”是指電池從0%充電到80%的時(shí)間小于30分鐘的充電技術(shù)

在日前舉辦的電動汽車大功率充電試點(diǎn)專題研討會上，寧德時(shí)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(chǎn)品可進(jìn)行“5C”充電，演示過程僅用時(shí)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(shí)13分8秒。

儲能技術(shù)專家、Ecoflow創(chuàng)始人王雷博士說，“超大功率充電用的是高壓直流技術(shù)，形象地講，就是把電傾倒進(jìn)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(shí);“2C”即1/2小時(shí)，也就是30分鐘;5C則是耗時(shí)12分鐘。一般認(rèn)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(shí)間小于30分鐘的技術(shù)。

鋰離子電池快充的技術(shù)核心，就是在不影響電芯壽命和可靠性的前提下，通過化學(xué)體系和設(shè)計(jì)優(yōu)化，加速鋰離子在正負(fù)極移動的速度。寧德時(shí)代新能源股份有限公司快充項(xiàng)目負(fù)責(zé)人王升威博士表示，在負(fù)極石墨表面，寧德時(shí)代采用了“快離子環(huán)”技術(shù)，相當(dāng)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(nèi)部的散熱速率，也是影響倍率性能的一個(gè)重要因素。假如散熱速率慢，大倍率充放電時(shí)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(shí)代開發(fā)的快充產(chǎn)品，搭載自主研發(fā)的熱管理系統(tǒng)，能充分識別固定化學(xué)體系在不同環(huán)境下的“健康充電區(qū)間”，拓寬鋰離子電池的運(yùn)營溫度區(qū)間。

“大功率充電的需求非常明確，無論國內(nèi)外，商用車、出租車、網(wǎng)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(xiàn)強(qiáng)烈需求。”倪峰說，“但300kW以上的大功率快充產(chǎn)品在全球范圍內(nèi)都處于剛起步階段，電池發(fā)熱、設(shè)備體積、安全隔離等技術(shù)問題還有待優(yōu)化，從技術(shù)成熟到市場成熟又有較長的路要走;此外，還有充電站建設(shè)、電網(wǎng)供電等基礎(chǔ)設(shè)施配套問題尚待解決”。

管理與服務(wù)需更精細(xì)

專家表示，為促進(jìn)電動汽車健康發(fā)展，充電服務(wù)的智能精細(xì)化管理，是大勢所趨。

我國已經(jīng)持續(xù)3年位居全球新能源汽車產(chǎn)銷第一大國。截至去年底，我國新能源汽車?yán)塾?jì)銷量達(dá)到180萬輛，在全球累計(jì)銷量中超過50%。“根據(jù)市場趨勢，2020年以后，三四百千瓦以上的大功率電動汽車會越來越多。”倪峰認(rèn)為，“無論是充電堆還是電池本身，技術(shù)方面已經(jīng)不存在什么問題”。另外，雖然早期運(yùn)營商沒有考慮功率擴(kuò)容，但近年來，已經(jīng)有越來越多運(yùn)營商在集中式充電站預(yù)留了擴(kuò)容空間，“更大功率的充電需求出現(xiàn)后，站、樁、堆都能直接擴(kuò)容——新增相應(yīng)的模塊就可以了”。

我國電力公司聯(lián)合會標(biāo)準(zhǔn)化管理中心副主任劉永東表示，在充電的方式上，未來電動汽車的趨勢將是“私人交流充電樁日常慢充”與“公共快充補(bǔ)電”長期并存、互相結(jié)合。“關(guān)于使用電動汽車通勤的城市家庭而言，下班后在家使用私人充電樁充電，長時(shí)間的慢充已經(jīng)可以滿足大部分需求;在充電站使用快充，更多將是一種必要的補(bǔ)充”。

充電領(lǐng)域管理體制的優(yōu)化是多位專家所盼。倪峰舉了充電站電源模塊冷卻方法的例子。電源模塊冷卻主流方法有水冷、風(fēng)冷模式，前者使用壽命長、可靠性高，但價(jià)格昂貴;后者價(jià)格低廉，但對環(huán)境要求高，長時(shí)間使用容易發(fā)生灰塵堵塞等現(xiàn)象。“國內(nèi)的招投標(biāo)‘價(jià)低者得’的機(jī)制讓很多運(yùn)營商采用了風(fēng)冷模式，但使用不到兩年就要全部更換，算下來綜合使用成本反而比使用水冷更高。”倪峰說。

在劉永東看來，私人充電樁的安裝與管理仍有較大發(fā)展空間。“不少小區(qū)尤其是老舊小區(qū)，由于配電容量有限、物業(yè)不配合等原因無法普及安裝;而利用技術(shù)平臺推行并管理用電低谷時(shí)段充電的做法，也有待進(jìn)一步推進(jìn)”。充電服務(wù)的智能精細(xì)化管理，是大勢所趨。

“我們今天談?wù)摮潆娂夹g(shù)和管理、服務(wù)的提升，都是以電動汽車健康發(fā)展為大前提的。”倪峰說，“電動汽車最根本的動力仍然來自電動汽車本身，來自整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)的調(diào)整和變化。我們最關(guān)注的仍然是，取消相關(guān)補(bǔ)貼后，用戶自發(fā)消費(fèi)、使用電動汽車的欲望有多強(qiáng)烈，這是事關(guān)整個(gè)產(chǎn)業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展的關(guān)鍵”。