破除快速充電技術(shù)瓶頸需從四方面發(fā)力

賀昕

制約電動汽車發(fā)展和普及的最關(guān)鍵問題之一，是儲能電池的性能與應(yīng)用水平。電動汽車快速充電技術(shù)作為一個新的科技領(lǐng)域，已引發(fā)世界各國紛紛投入，通過研制新材料、軟件定義電池等方式，解決充電時間長、續(xù)航里程短等難題，并基于快速充電技術(shù)構(gòu)建汽車電動化的城市。

國外快速充電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

⒈動力電池和材料產(chǎn)業(yè)成熟。新能源材料和動力電池是電動汽車走向普及的關(guān)鍵。國外主要電池材料企業(yè)擁有先進的自主核心技術(shù)，生產(chǎn)規(guī)模較大，電池產(chǎn)品一致性好，使用壽命長，動力鋰電池被稱為“新時代的汽油”。全球鋰電正極材料目前是中、日、韓三國鼎立。其中，日、韓兩國鋰電正極材料產(chǎn)業(yè)起步早，已占據(jù)鋰電正極材料市場的高端領(lǐng)域。日本同時也是鋰電池負(fù)極材料和隔膜材料的主要產(chǎn)銷國，全球動力電池企業(yè)的負(fù)極采購主要來自日本。整體而言，日、韓的高功率動力電池競爭力強，對電池材料的能量密度、成本和安全控制都比較好，生產(chǎn)管理控制更為規(guī)范。

⒉借助聯(lián)盟與開放集聚優(yōu)勢。一方面，新能源汽車整車生產(chǎn)企業(yè)和電池研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)緊密結(jié)合，正在共同研制新能源汽車充電技術(shù)。比如，特斯拉汽車采用的就是松下18650 電池。除了與松下形成戰(zhàn)略盟友關(guān)系外，特斯拉還與微軟合作研發(fā)“軟件定義電池”，攜手進軍快速充電領(lǐng)域。另一方面，通過共同發(fā)布電動汽車充電標(biāo)準(zhǔn)，鞏固聯(lián)盟陣營。目前，全球直流快速充電領(lǐng)域有三大陣營。第一陣營是包括豐田、日產(chǎn)、三菱等日本公司在內(nèi)的CHAdeMO 連接標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)有超過430 家汽車制造商、充電器制造商等企事業(yè)團體加入，在全球范圍分布最廣泛，充電樁數(shù)量最多。第二陣營是福特、通用汽車、大眾、保時捷等歐洲品牌支持的SAE J1772 國際標(biāo)準(zhǔn)。SAE 標(biāo)準(zhǔn)與家用電力線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟的（HomePlug）結(jié)合，使動力充電可以融入未來的智能電網(wǎng)，兼容性強，潛力巨大。第三陣營則有電動轎跑車制造商特斯拉、電動客車企業(yè)普羅泰拉等廠商，倡導(dǎo)開放各自的快充專利技術(shù)。專利開放模式旨在通過產(chǎn)業(yè)壟斷形成事實標(biāo)準(zhǔn)。無論聯(lián)盟還是開放，其目的都是借推廣技術(shù)之名，行拓展市場之實。

⒊新材料新技術(shù)不斷突破。快速充電技術(shù)主要包括提高電池材料性能、改善電池組整體能力、增加電池管理系統(tǒng)智能化等策略。基于新型材料的充電電池改善了物質(zhì)的儲能特性，充電效率大大提高，各電池企業(yè)加快新型技術(shù)的實用化進程，電動汽車的快速充電前景廣闊。

比之短期內(nèi)電池新材料的發(fā)現(xiàn)、研制與技術(shù)突破的高難度，采用多種能源有效結(jié)合，以軟件方式改善電池管理等模式成為提升快速充電能力的新形態(tài)。在特斯拉的快速充電解決方案中，光伏發(fā)電組件扮演了至關(guān)重要的角色。特斯拉超級充電站采用CIGS（銅銦鎵硒）薄膜太陽能光伏技術(shù)，并借助電網(wǎng)的支持來平衡光伏發(fā)電的供給以滿足汽車充電的需求。微軟和特斯拉還聯(lián)合研發(fā)“軟件定義電池”，即通過智能電池管理系統(tǒng)有效控制設(shè)備中的混合配臵電池，延長電動汽車的電池續(xù)航能力。

⒋充電設(shè)施建設(shè)全面普及。整車開發(fā)與充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是電動汽車得以普及的兩條腿。目前，美、日等國都在積極推動本國乃至全球范圍內(nèi)的充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

在日本，遍布各地的加油站甚至便利店的快速充電設(shè)施由“日本充電服務(wù)公司”統(tǒng)一運營，所有充電樁的接口都要求標(biāo)準(zhǔn)化，以便于適應(yīng)日本市場的所有電動車。在美國，傳統(tǒng)的四大充電樁服務(wù)商ChargPoint、ECOtality、NRG、Xatori 的充電網(wǎng)絡(luò)，加上新秀特斯拉的太陽能超級充電站，投入使用的電動汽車充電樁已超過5 萬個。其中，特斯拉在全球已建有3608 座超級充電站，我國境內(nèi)就有7 座。

我國快速充電技術(shù)發(fā)展面臨的瓶頸

⒈動力電池與材料整體能力滯后。動力電池快速充電產(chǎn)業(yè)鏈包括從材料到電池、電池組與電池管理系統(tǒng)等上下游環(huán)節(jié)。

我國動力電池整體技術(shù)和產(chǎn)業(yè)能力薄弱。表現(xiàn)之一是缺乏自主核心技術(shù)。在鋰離子動力電池、鎳氫動力電池等領(lǐng)域已形成系列產(chǎn)品，但部分材料如動力電池隔膜和關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備仍依賴進口。表現(xiàn)之二是，有些國內(nèi)企業(yè)產(chǎn)品仍處于低端。鋰電池企業(yè)技術(shù)水平不一，產(chǎn)品一致性較差，電池在安全性、可靠性上與國際先進水平差距不小。表現(xiàn)之三是，新材料的商業(yè)化尚需時日。目前廠家宣傳的石墨烯電池實際上是在傳統(tǒng)鋰離子電池里添加了石墨烯材料，對全石墨烯電池的研究還停留在實驗室階段。

⒉現(xiàn)有動力電池材料體系單一。鋰離子電池是目前最先進、最具商業(yè)前景的綠色動力電池，也是我國動力電池的主要類型，近年來得到迅速發(fā)展。我國鋰電池負(fù)極材料主要采用石墨，過充時易析出鋰枝晶造成電池短路，因而鋰電池本質(zhì)上并不適于快充快放?？梢姡覈趧恿﹄姵夭牧霞夹g(shù)上取得突破已成為當(dāng)務(wù)之急，且材料體系的多樣化也有待完善。

⒊電池管理系統(tǒng)尚未產(chǎn)業(yè)化、智能化。電池管理系統(tǒng)（BMS）是電動汽車最核心、最重要的部分。我國BMS 產(chǎn)品能支持示范車型配套，但在技術(shù)先進性、產(chǎn)品一致性和可靠性，以及系統(tǒng)集成能力等方面，技術(shù)參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)缺失，整體性能尚未達到產(chǎn)業(yè)化要求。

同時，國內(nèi)整車行業(yè)對BMS 缺乏設(shè)計和生產(chǎn)經(jīng)驗，一般是委托專業(yè)廠商或高校開發(fā)相關(guān)系統(tǒng)，而后者由于缺乏實際運行數(shù)據(jù)的積累，對電池內(nèi)部規(guī)律研究不夠深入，產(chǎn)品性能因此大受影響。此外，動力電池成組技術(shù)在熱管理、均衡、空間利用率等方面，與國外企業(yè)相比也存在較大差距。

⒋快充標(biāo)準(zhǔn)和快充設(shè)施建設(shè)任重道遠。“標(biāo)準(zhǔn)”是左右電動汽車發(fā)展前景的關(guān)鍵因素。對規(guī)范和促進充電設(shè)施的健康發(fā)展、促進電動汽車規(guī)模發(fā)展而言，充電設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)化具有重要作用。電動汽車市場充電標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一帶來了車樁不匹配、不兼容等問題，車樁的互聯(lián)互通水平較低。