[汽車之家 深評] 電動汽車在使用中,消費者最為擔(dān)心的還是充電時間和續(xù)航里程的問題,在目前的技術(shù)水平下,充電時間與續(xù)航里程難以兼得,因此動力電池也就發(fā)展出了兩條路線,一種是專注續(xù)航里程的比能量派,主要是通過不斷的提高鋰離子電池的比能量,從而增加電動汽車的續(xù)航里程;第二種是專注減少充電時間的快充派,主要是通過改善鋰離子電池的快充性能,縮短電動汽車的充電時間。隨著技術(shù)進(jìn)步和對鋰電池材料的深入研究,快充技術(shù)曾經(jīng)遇到的難題可能也會一一迎刃而解。
●《深評問道》是什么?
《深評問道》是汽車之家首個面向行業(yè)端用戶打造的節(jié)目,特約汽車行業(yè)資深從業(yè)者執(zhí)筆,獨家解析/揭秘行業(yè)大事件。除了熱鬧表象,我們更想向您呈現(xiàn)對事物本質(zhì)、因果以及未來可能性的探究和思考。
本期行業(yè)評論員——史晨星,獨立評論人&投資人,專注新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈投資并購及投后管理,現(xiàn)任東旭集團(tuán)旭江科技總經(jīng)理。
30秒讀懂全文:
●綜合多方意見,可以定義充電倍率小于1.6C為慢充,1.6C-3C為小快充,3C以上為快充。
●不同技術(shù)路線的快充型動力電池各有優(yōu)劣,適用不同的新能源產(chǎn)品。
●三元快充電池適合乘用車,鈦酸鋰等適合客車,鈦鈮氧化物或?qū)⑹强斐湫路较颉?br /> ●目前快充型電池主要在客車領(lǐng)域應(yīng)用較多,未來快充型動力電池的消費結(jié)構(gòu)將會向用車、專用物流車偏移。
一、如何理解快充?
要理解快充,一個專業(yè)術(shù)語是逃不掉的——充放電倍率C,可以簡單理解為充、放電的速率。鋰離子電池的充放電倍率,決定了我們可以用多快的速度,將一定的能量存儲到電池里面,或者以多快的速度,將電池里面的能量釋放出來。
根據(jù)2018年新能源汽車補(bǔ)貼政策,充電倍率小于3C的屬于非快充類純電動客車,充電倍率高于(含)3C則屬于快充類純電動客車類。但快充的補(bǔ)貼劃分只針對新能源客車,無乘用車和物流車標(biāo)準(zhǔn)。
2018年快充類純電動客車補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn) | |||||||
車輛類型 | 中央財政補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn) (元/kWh) | 快充倍率 | 中央財政單車補(bǔ)貼上限(萬元) | ||||
快充類純電動客車 | 2100 | 3C-5C(含) | 5C-15C(含) | 15C以上 | 6<L≤8m | 8<L≤10m | L>10m |
中央財政補(bǔ)貼調(diào)整系數(shù) | 4 | 8 | 13 | ||||
0.8 | 1 | 1.1 |
根據(jù)業(yè)界及寧德時代的定義,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%時間小于30分鐘的技術(shù)。筆者綜合多方意見,提出充電倍率小于1.6C為慢充,1.6C-3C為小快充,3C以上為快充。多數(shù)電動乘用車都能達(dá)到“小快充”,快充型客車的充電倍率則大部分集中在3C-5C。
如果我們把鋰離子電池形象地比喻為一把搖椅,搖椅的兩端為電池的兩極,而鋰離子就像優(yōu)秀的運動健將,在搖椅的兩端來回奔跑。充電時,電池的正極上有鋰離子生成,生成的鋰離子經(jīng)過電解液運動到負(fù)極。作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu),它有很多微孔,以供到達(dá)負(fù)極的鋰離子嵌入。嵌入的鋰離子越多,充電容量越高。
快充時,鋰離子需要加速瞬時嵌入到負(fù)極。這對負(fù)極快速接收鋰離子的能力挑戰(zhàn)很大。普通化學(xué)體系的電池在快充時負(fù)極會出現(xiàn)副產(chǎn)物,影響電芯的循環(huán)和穩(wěn)定性。能量密度與功率密度,在同一只電池中可以說是顧此失彼的兩個方向。
無論是國家政策導(dǎo)向還是企業(yè)技術(shù)布局,普遍追求高能量密度。當(dāng)動力電池的能量密度足夠高,一臺車裝載電量足夠大,可以避免所謂“里程焦慮”,對于快速充電的需求就會降低。但是,電量大了,如果成本沒有降下來也很難被市場接受。因此,如果能在控制好電池成本的前提下,用便捷的充電能力+適用的續(xù)航里程,就能極大緩解用戶焦慮,這樣一來快充就有存在的價值。
二、不同技術(shù)路線電池的快充應(yīng)用前景
充電的快慢和動力電池、充電樁、電動汽車整車、電網(wǎng)等整體技術(shù)和設(shè)計要求都息息相關(guān),其中最大的影響因素還是在于電池。我們具體來討論不同類型的動力電池在快充技術(shù)方向上的應(yīng)用趨勢。各種正極材料幾乎都可以用來制造快充型電池,但適用性和優(yōu)劣各不相同。
1、三元快充型電池更適用于電動乘用車
三元電池因其有較高的能量密度更受到重視,材料本身導(dǎo)電性能優(yōu)異,但反應(yīng)活性太高,因此對快充安全性提出了較大的挑戰(zhàn)。
三元電池快充體系的代表企業(yè)有寧德時代、比克等。寧德時代研發(fā)了“超導(dǎo)電子網(wǎng)”和“快離子環(huán)”技術(shù),可實現(xiàn)15分鐘內(nèi)SOC從5%充電到85%,能量密度190Wh/kg,循環(huán)壽命超過2500次,主要應(yīng)用領(lǐng)域為乘用車,預(yù)計2018年內(nèi)具有批量生產(chǎn)的能力。
比克今年5月最新推出的3.0高能芯通過引入硅系負(fù)極材料、高鎳正極材料,以及專門開發(fā)的電解液,其能量密度高達(dá)近250Wh/kg,可實現(xiàn)500公里超長續(xù)航里程。通過充電策略設(shè)計,有效縮短充電時間,提高充電效率。在極端的應(yīng)急模式下,充電10分鐘可行駛60公里。
按照燃油車的使用習(xí)慣,要實現(xiàn)充電時間在10-20分鐘以內(nèi)完全充滿電,充電倍率至少需要3-6C之間。目前市面上的純電動乘用車大多數(shù)是半小時到1小時充滿80%電量,比以前兩三小時的充電時間已提升了不少,未來有望進(jìn)一步壓縮到20分鐘內(nèi)。
部分“小快充”車型列表 | ||||
車企 | 車型 | 工況續(xù)航里程 | 充電模式 | 快充時間 |
北汽新能源 | EU5 R550 | 520km | 慢/快充 | 30min充80% |
吉利 | 帝豪GSe | 353km | 慢/快充 | 30min充80% |
比亞迪 | 宋EV400 | 360km | 慢/快充 | 40min充80% |
江淮 | iEVA50 | 400km | 慢/快充 | 90min充80% |
長安 | CS15EV | 300km | 慢/快充 | 45min充80% |
奇瑞 | 瑞虎3xe 480 | 400km | 慢/快充 | 30min充80% |
上汽 | 榮威Ei5 | 301km | 慢/快充 | 40min充80% |
制表:汽車之家行業(yè)評論員(據(jù)公開資料整理) |
2、磷酸鐵鋰快充乘商均可用
磷酸鐵鋰在快充領(lǐng)域不具有先天優(yōu)勢,從材料上看,磷酸鐵鋰材料的本征電導(dǎo)率比較低,僅為三元材料的百分之一,需要對磷酸鐵鋰材料進(jìn)行導(dǎo)電性優(yōu)化才能滿足快充的需求。但磷酸鐵鋰的材料成本相對較低,結(jié)合成熟的技術(shù)背景及穩(wěn)定的產(chǎn)品性能,有較為廣泛的應(yīng)用前景,代表企業(yè)有寧德時代、沃特瑪?shù)取?/p>
主要企業(yè) | 技術(shù)路線 | 單體能量密度 | 裝配車型充電倍率 |
寧德時代 | 正極“超電子網(wǎng)”技術(shù):采用涂碳鋁箔,降低接觸內(nèi)阻,提升正極材料電子傳輸能力;負(fù)極“快離子環(huán)”技術(shù):采用不同石墨負(fù)極顆;旌,較高的孔隙率使保液量增大,離子通道更多,傳輸更快,倍率更好。 | 150Wh/kg | 3-5C |
沃特瑪 | 正極使用粒徑100~300nm磷酸鐵鋰材料,使鋰離子擁有更快的遷移速度,能夠更大倍率充放電;負(fù)極采用粒徑更小的人造石墨進(jìn)行碳包覆,小粒徑有利于鋰離子的脫離和嵌入。 | 130Wh/kg | 3-5C |
制表:汽車之家行業(yè)評論員 (據(jù)公開資料整理) |
受限于理論能量密度的極值限制,磷酸鐵鋰未來在能量密度方面的發(fā)揮空間不大。但對于客車、物流車、專用車等商用車現(xiàn)已選用磷酸鐵鋰體系而言,對于能量密度的提升并不是必須的,而快充則越來越體現(xiàn)出其重要性。
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