鉅大LARGE | 點擊量:621次 | 2019年04月25日
快充才是車載動力電池發(fā)展的必然趨勢嗎?
車載動力電池發(fā)展技術(shù)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(jīng)過實踐證明,在商業(yè)車(含大客車、城市配送車),其換電模式基本出局。但是不少機構(gòu)堅持認(rèn)為對出租車而言,換電模式有一定生命力,其實不然。認(rèn)真研究后的結(jié)論是,快充才是車載動力電池發(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(guī)定的時間內(nèi)充(放)其額定容量時所需要的電流值,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:
a)一輛車在出廠時,其車載電池容量固定好了,到了用戶手上是不改變的。不同規(guī)格車輛,其載電池容量是不同的,這車輛設(shè)計時已經(jīng)規(guī)定了的。
b)1C(1倍率)是一個相對概念,不同規(guī)格車輛,其載電池容量是不同的,但是都規(guī)定為1C;
c)1C(1倍率)的速度概念是,1個小時能把車載的電池電容量全部放完了(或者充滿)。對用戶而言,載電池容量是多少,不去管它了。用戶要的充電的時間是多少。用戶知道下面知識即可:
·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(guī)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(guān)鍵是指標(biāo)是二個:一是電動汽車一次充電續(xù)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(biāo)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(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(tǒng)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(tǒng)汽車加滿一箱油的作用時間,10分鐘內(nèi)是基本上能完成的。
3)電動汽車與傳統(tǒng)燃油車在以上的兩個關(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(fā)展新能源汽車(或者純電動汽車)必須要找到與傳統(tǒng)汽車能量密度的平衡點。
三、提升比能量是一個持續(xù)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(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?
目前動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個小時,離用戶太要求遙遠了。
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(xiàn)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(xù)里程低于50公里,就只能在公交車(這樣規(guī)定線路)。對其他類型的新能源車輛,要實現(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競爭力了。
下面是國家973項目“微納生物醫(yī)學(xué)傳感器及超敏感探測相關(guān)基礎(chǔ)研究”首席科學(xué)家(信息微電子),特種973“磁電/半導(dǎo)體集成電子薄膜生長控制與調(diào)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(chǎn)品資料。
從上資料可以看到,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(yōu)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(fā)展積累了成功經(jīng)驗
快充電池的代表型企業(yè)是微宏動力。微宏動力快充電池開始生產(chǎn)的是鈦酸鋰,部過鈦酸鋰比能量過低,后來有生產(chǎn)了錳酸鋰,其比能量提高了不少。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(jīng)形成規(guī)模效應(yīng)。經(jīng)驗表明,快充電動公交車的路線是一個比較正確的技術(shù)路線。正確在與找到了與傳統(tǒng)汽車上比能量的平衡點。許多專家認(rèn)可,混合動力電池的技術(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。
我國政府提出,要發(fā)展“純電動驅(qū)動”新能源汽車,提出增程式電動汽車,也是在找到與傳統(tǒng)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(yīng)的基本原因是,增程器不能是內(nèi)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(fā)展快充電池提出客戶端的需求。但是快充技術(shù)路線,對供電公司而言,是一個不能接受的技術(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(fā)快充電池與研發(fā)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(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(xù)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;
d)目前慢充的電池產(chǎn)能快過剩了,用他來建加油站類儲電站,市場容量又?jǐn)U大了,動能電池發(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,滿足動力電池廠家的基本要求;
結(jié)論是,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(yè)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(fā)展起來。
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