構(gòu)建電動(dòng)化城市將依賴 快充技術(shù)

阮曉東

快充電、長壽命電動(dòng)汽車是新能源汽車的發(fā)展方向，快速充電是電動(dòng)汽車推廣最為可行的商業(yè)化模式

在治理大氣污染越發(fā)緊迫的背景下，新能源汽車成為中國近年來的發(fā)展重點(diǎn)。中國和西方國家都想依賴電動(dòng)汽車快充技術(shù)構(gòu)建電動(dòng)化城市，以此來解決城市“霧霾之困”和“堵車之苦”。 中國目前正在推進(jìn)的高速公路快充網(wǎng)絡(luò)目的是讓充電設(shè)施建設(shè)網(wǎng)絡(luò)化、規(guī)模化，與此同時(shí)，英國、美國也在建設(shè)快充網(wǎng)絡(luò)。但目前的充電速度依然不能滿足電動(dòng)汽車的發(fā)展和電動(dòng)化城市的建設(shè)的需要。如果快充技術(shù)得到了突破，那么將帶來電動(dòng)汽車的真正普及。

快速充電是最為可行的商業(yè)化模式

為解決空氣環(huán)境污染問題，很多國家將發(fā)展新能源汽車作為節(jié)能減排的一個(gè)重要舉措。隨著國內(nèi)電動(dòng)汽車整車技術(shù)和儲(chǔ)能器件材料的技術(shù)進(jìn)步，采用純電動(dòng)汽車已經(jīng)成為我國新能源汽車的重要發(fā)展方向。

近年來我國純電動(dòng)汽車發(fā)展較快，出現(xiàn)多種不同的充電技術(shù)路線，其中國內(nèi)具有典型技術(shù)特點(diǎn)的充電方式主要有以下模式：

第一種是慢充式。一般新能源汽車的續(xù)駛里程為100-300km之間，所以用戶一般以夜間慢充為主，這種方式可以利用晚間用電低谷時(shí)段充電，既減輕電網(wǎng)在壓力，又降低了電動(dòng)汽車車主的運(yùn)營成本，電動(dòng)汽車的性能價(jià)格比優(yōu)勢更加凸顯。

第二種是換電式。以純電動(dòng)公交車或者出租車為主。換電式純電動(dòng)公交車的續(xù)駛里程一般在100km左右，充電方式主要是依靠地面建立換電站，在站內(nèi)給備用電池充電，運(yùn)營過程中車輛駛?cè)霌Q電站實(shí)現(xiàn)電池的快速更換。比如2016年3月，天津?yàn)I海新區(qū)首批20部換電式純電動(dòng)公交車投入北塘公交站至新港客運(yùn)碼頭的519路運(yùn)營。換電式純電動(dòng)公交車具有運(yùn)行噪音低、尾氣零排放、運(yùn)行平穩(wěn)等優(yōu)勢，此次投運(yùn)的換電式純電動(dòng)公交車?yán)m(xù)駛里程約200公里，與插電式純電動(dòng)公交車約2至3小時(shí)的充電時(shí)間相比，換電式純電動(dòng)公交車全車換電僅需12至15分鐘，大大提高了公交車輛的運(yùn)營效率。

第三種是快充式。快充式汽車采用高比功率的電池，電池主要采用多元復(fù)合鋰電池、鈦酸鋰電池和三元鋰電池，一般電池的單體能達(dá)到4～5C的充放電倍率，充電方式主要是在站內(nèi)10～30min完成充電，由于車載電池重量相對(duì)較小，單位載質(zhì)量能量消耗率相對(duì)較低。電池的壽命比較長，但電池初期采購成本較高。

第四種是無線充電技術(shù)。2016年4月，美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）研究團(tuán)隊(duì)日前在電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)方面獲得重大進(jìn)展。一個(gè)20千瓦的無線充電系統(tǒng)充電效率達(dá)到90%，充電速度是通常使用的插電式電動(dòng)汽車設(shè)備的三倍，這將有助于加快電動(dòng)汽車的推廣使用。

電池和充電技術(shù)是電動(dòng)汽車商業(yè)推廣的瓶頸，特別是充電技術(shù)在某種意義上決定了電動(dòng)汽車的推廣程度和商業(yè)化的空間。電動(dòng)汽車要想大規(guī)模推廣，必須在充電模式上進(jìn)行創(chuàng)新。業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，快充電、長壽命電動(dòng)汽車是新能源汽車的發(fā)展方向，快速充電是電動(dòng)汽車推廣最為可行的商業(yè)化模式。

中國開建高速公路快充網(wǎng)絡(luò)

充電網(wǎng)絡(luò)是電動(dòng)汽車推廣的主要瓶頸，隨著國家政策的持續(xù)傾斜，快充充電樁建設(shè)迅速推進(jìn)。

2016年2月，為加緊布局充電樁市場，國家電網(wǎng)公司發(fā)布了《京港澳等高速公路快充網(wǎng)絡(luò)上線運(yùn)營公告》，8條高速公路的快充網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)開始上線運(yùn)營。這8條高速公路分別是：京滬高速（北京到上海）、京臺(tái)高速（山東濟(jì)南到福建福州段）、京港澳高速（北京到湖南衡陽段）、沈海高速（山東煙臺(tái)到福建漳州段）、青銀高速（山東青島到河北石家莊段）、滬蓉高速（上海到湖北武漢段）、長深高速（江蘇南京到浙江杭州段）、滬昆高速（上海到浙江杭州段），目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)快充充電站全覆蓋。

比如京港澳高速北京至湖南段全長1500公里，平均每38公里建設(shè)一對(duì)電動(dòng)汽車智能充電服務(wù)區(qū)。每個(gè)快充站將部署4臺(tái)120千瓦分體式充電機(jī)，可同時(shí)供8臺(tái)電動(dòng)車充電，一般只需20分鐘即可充電80%，可提供150至200公里續(xù)航里程。京港澳高速河南段，平均每38公里建設(shè)一對(duì)電動(dòng)汽車智能充電服務(wù)區(qū)，分別位于豫冀界、鄭州東、安陽、鶴壁、新鄉(xiāng)、原陽、新鄭、許昌、漯河、駐馬店、確山、信陽、靈山13對(duì)服務(wù)區(qū)（上下行），共計(jì)26座快速充電站。

同時(shí)，京滬高速全線快速充電系統(tǒng)也已經(jīng)在去年建成開通，全程1262公里，平均單向每50公里一座快充站。

同時(shí)發(fā)布的還有《國家電網(wǎng)高速公路快充網(wǎng)絡(luò)服務(wù)指南（2016年版）》。根據(jù)《指南》，高速公路每座充電站配置4臺(tái)充電樁，可同時(shí)為4輛電動(dòng)汽車進(jìn) 行直流充電，接口標(biāo)準(zhǔn)支持所有符合國家標(biāo)準(zhǔn)的電動(dòng)汽車。高速公路快充站充電服務(wù)方式為自助充電為主，人工服務(wù)為輔。初步估算，上述8條高速公路共設(shè)立充電樁744個(gè)。同時(shí)，《指南》還發(fā)布了充電收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)、收費(fèi)方式和充電卡辦理方式。

為何在高速上去建充電站？中電聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)化副主任劉永東說，充電設(shè)施和電動(dòng)汽車發(fā)展相輔相成，只有讓充電設(shè)施建設(shè)網(wǎng)絡(luò)化、規(guī)?；?，才能帶動(dòng)電動(dòng)汽車更好地發(fā)展，而建設(shè)高速充電網(wǎng)就是讓其網(wǎng)絡(luò)化的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

另外，國家電網(wǎng)建成的這一快充網(wǎng)絡(luò)，支持所有符合中國標(biāo)準(zhǔn)的國內(nèi)外電動(dòng)汽車車型，可以引導(dǎo)國外車企采用中國標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)保護(hù)國家民族產(chǎn)業(yè)發(fā)展有重要意義。

依照國網(wǎng)的智能充換電網(wǎng)絡(luò)發(fā)展規(guī)劃，2020年將全面建成以“四縱四橫”為支撐的、覆蓋國網(wǎng)公司經(jīng)營區(qū)內(nèi)所有示范城市的城際快充網(wǎng)絡(luò)。目前正在建設(shè)中的快充系統(tǒng)也帶熱了充電樁市場。目前國網(wǎng)已經(jīng)啟動(dòng)了京滬、青銀和京港澳高速公路城際快充網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。某次招標(biāo)規(guī)模為332套整車的快速充電樁總金額近1億元。

基于快充技術(shù)構(gòu)建電動(dòng)化城市

在治理大氣污染越發(fā)緊迫的背景下，新能源汽車成為中國近年來的發(fā)展重點(diǎn)。在地方政府更容易推動(dòng)的公共交通領(lǐng)域，推廣新能源汽車已從此前的試點(diǎn)開始走向大規(guī)模普及。據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)顯示，2015年中國新能源汽車產(chǎn)銷量雙雙突破30萬輛，同比分別增長3.3倍和3.4倍。

目前在直流快速充電市場至少有四個(gè)陣營：CHAdeMO、特斯拉超級(jí)充電站（Tesla Supercharger）、SAE直流快速充電系統(tǒng)（DC Fast Charging System，又名聯(lián)合充電系統(tǒng)Combo Charging System或CCS），以及中國設(shè)計(jì)的快速充電系統(tǒng)。現(xiàn)在，絕大多數(shù)直流快速充電站和充電兼容汽車都在使用CHAdeMO標(biāo)準(zhǔn)。

記者梳理發(fā)現(xiàn)，電動(dòng)汽車普及度之高的主因與政府的決策密不可分。除了中國想依賴快充技術(shù)構(gòu)建高速公路快充網(wǎng)絡(luò)外，西方發(fā)達(dá)國家也正想依賴快充技術(shù)構(gòu)建電動(dòng)化城市。

英國：2016年2月，一條總長為1099公里的電動(dòng)汽車快速充電網(wǎng)在英國建成，該充電網(wǎng)絡(luò)擁有74個(gè)快速充電站點(diǎn)，僅需30分鐘就可以為電動(dòng)汽車充電80%。電動(dòng)汽車的充電問題一直是制約其發(fā)展的核心，英國這條快充網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，很明顯是針對(duì)充電設(shè)備的布點(diǎn)范圍和充電效率兩大問題對(duì)癥下藥。英國政府細(xì)長用“30分鐘充電80%”這樣的報(bào)道來刺激人們對(duì)電動(dòng)車的選擇。

日本：2009年，日產(chǎn)、三菱汽車、富士重工及東京電力等日企聯(lián)手成立快速充電基礎(chǔ)設(shè)施推進(jìn)協(xié)會(huì)；2011年，包括豐田、本田和三菱汽車等車企在內(nèi)的9家日企達(dá)成協(xié)議，著手在日本共同建設(shè)電動(dòng)車快速充電網(wǎng)絡(luò)體系，推動(dòng)電動(dòng)車普及。2014年，豐田、日產(chǎn)、本田、三菱汽車等四家日企成立“日本充電服務(wù)公司（NCS）”，目的是為電動(dòng)汽車提供更加便捷的充電網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)過長期的政策推動(dòng)，以及多家汽車生產(chǎn)企業(yè)的推動(dòng)，日本快速充電設(shè)施建設(shè)取得了較大進(jìn)展。此外，日本便利店巨頭例如全家、羅森等也紛紛表示愿意加快充電設(shè)施的建設(shè)，期待以此增加人流量，最終達(dá)成共贏。

美國：特斯拉超級(jí)充電站是目前全世界充電速度最快的充電站。最快20分鐘即可充滿一半的電量，40分鐘充滿80%，75分鐘充滿全部電量。其充電量可以讓汽車?yán)m(xù)航250公里。特斯拉汽車公司目前正在美國積極持續(xù)地?cái)U(kuò)張其超級(jí)充電樁的覆蓋面積，給電動(dòng)汽車車主提供更為便利的充電條件，讓他們能開車完成更遠(yuǎn)距離的旅途。到2016年4月，特斯拉在世界各地共有3608個(gè)超級(jí)充電站，特斯拉計(jì)劃在2018年以前在全球建成7200個(gè)超級(jí)充電站，充電站總數(shù)達(dá)到15000個(gè)。超級(jí)充電站通常建設(shè)在主要道路沿線和繁華的城市中心，Model S 車主可以終身免費(fèi)使用。在售的 Model S 所有型號(hào)都配有超級(jí)充電功能。

歐洲：德國以及比利時(shí)境內(nèi)的“Fast-E”項(xiàng)目中，正在擴(kuò)建278座快速充電站，此外，還包括捷克以及斯洛伐克兩國境內(nèi)的19座快速充電站?！癠nit-E”項(xiàng)目跨越比利時(shí)、法國、意大利以及英國境內(nèi)的40座充電站。GREAT（Green Region for Electrification and Alternative fuels for Transport，意譯電動(dòng)化以及交通替代能源綠色區(qū)域）項(xiàng)目將在德國以及斯堪的納維亞再建65座充電站。

若該計(jì)劃順利實(shí)施，最終的結(jié)果將是極大便利電動(dòng)汽車的使用者。他們可以不用考慮汽車的不同制造標(biāo)準(zhǔn)、充電要求就可以快速充電，這樣他們可以在歐洲范圍內(nèi)更加自由得穿行。為便利電動(dòng)汽車的使用，日本電動(dòng)車充電協(xié)會(huì)（CHAdeMO Association）歐洲分部計(jì)劃在2016年底之前在全歐洲建立500多座多規(guī)格的快速直流充電站。

快充技術(shù)不斷取得突破

對(duì)于電動(dòng)汽車來說，當(dāng)電池的續(xù)航能力提升，充電時(shí)間也會(huì)延長。這也是許多消費(fèi)者不會(huì)選擇電動(dòng)車的唯一原因。而對(duì)于電池容量更大的電動(dòng)汽車來說，快速充電更是迫在眉睫的需求。所以從目前的新能源汽車發(fā)展趨勢來看，快充技術(shù)的提升成為車企和相關(guān)電池汽車發(fā)力的重點(diǎn)。

2016年CES展覽商推出的大眾BUDD-e是基于大眾最新的電動(dòng)車平臺(tái)MEB進(jìn)行打造，這個(gè)平臺(tái)將為大眾未來的純電以及插電混動(dòng)車型提供支持，新平臺(tái)能夠更好的安放電池組。大眾BUDD-e概念型電動(dòng)車在單次充電之后能夠行駛337英里（600公里），最高時(shí)速可以達(dá)到93英里（150公里），BUDD-e電動(dòng)車在半小時(shí)內(nèi)即可充滿80%的電量。

福特2016年將推出新?？怂闺妱?dòng)版車型。全新的福克斯純電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程有望超過300公里，相比高爾夫純電動(dòng)車190公里的續(xù)航里程，優(yōu)勢還是非常明顯的。全新福克斯電動(dòng)車采用一套直流充電系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池組的快速充電，30分鐘內(nèi)就可以將電量充到80%，而在此電量下期續(xù)航里程可達(dá)161公里。相比高爾夫電動(dòng)版，在充電技術(shù)上兩者是持平的，都需要通過快速充電樁實(shí)現(xiàn)電量的快充。

而一家名為StoreDot的以色列公司近來宣布成功研發(fā)出一種汽車超級(jí)充電技術(shù)，其中包括電池組和專用充電樁。據(jù)悉，StoreDot的超級(jí)充電技術(shù)可在5分鐘內(nèi)為電動(dòng)汽車補(bǔ)充能夠續(xù)航480公里的電量，這與傳統(tǒng)汽車加滿一箱油的時(shí)間相差無幾。StoreDot CEO Doron Myersdorf指出，這項(xiàng)超級(jí)充電技術(shù)中所利用的電池采用了大量的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，該公司研發(fā)出了一種新的技術(shù)--多功能電極（multifunctionelectrode，MFE）。MFE使用了導(dǎo)電聚合物和金屬氧化物作為電池材料。前者允許電池接收快速充電，而后者則用來把迅速聚合的鋰離子慢慢流進(jìn)電極。這一快一慢兩個(gè)過程既保證了充電的快速性，又避免了電極崩潰或者壽命變短。

同時(shí)，奧迪與保時(shí)捷也“悄然”聯(lián)手，計(jì)劃擴(kuò)充電動(dòng)汽車的基礎(chǔ)設(shè)施，建立自己的快速充電站，發(fā)力快速充電技術(shù)。保時(shí)捷也早早表露出發(fā)力電動(dòng)車領(lǐng)域的雄心，在去年法蘭克福車展上推出電動(dòng)概念車Mission E，并計(jì)劃2019年實(shí)現(xiàn)上市。Mission E在法蘭克福車展的亮相曾一度引發(fā)外界關(guān)注，這款最大功力超過600匹馬力，百公里加速度在3.5秒以內(nèi)，而且可在15分鐘完成 80%充電。保時(shí)捷推出這樣一款車除了秀技術(shù)外，也是為了建立超高壓充電標(biāo)準(zhǔn)。

寶馬和尼桑聯(lián)手挑戰(zhàn)特斯拉的超級(jí)充電樁網(wǎng)絡(luò)，在美國120個(gè)地點(diǎn)安裝新的電動(dòng)汽車充電樁。這些充電樁能在20-30分鐘內(nèi)給一輛尼桑Leaf或?qū)汃Ri3充電80%，它們也會(huì)吸引其他電動(dòng)汽車司機(jī)的興趣。據(jù)悉，每個(gè)充電樁提供兩個(gè)50千瓦直流快速充電器，給電動(dòng)汽車充電的速度快于更常見的240伏Level 2充電器。

據(jù)英國紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)研究，72%的電動(dòng)汽車駕駛員會(huì)使用快速充電站。快充技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，將有助于在世界范圍內(nèi)建立更大的新能源汽車快充網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)的建立則會(huì)給新能源車主提供更多選擇。同時(shí)，也會(huì)使新能源汽車的推廣更為順暢，讓長途駕駛更加便捷。