[汽車之家 深評] 電動汽車在使用中,,消費者最為擔心的還是充電時間和續(xù)航里程的問題,在目前的技術水平下,,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。隨著技術進步和對鋰電池材料的深入研究,快充技術曾經(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,、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,鈦鈮氧化物或將是快充新方向,。
●目前快充型電池主要在客車領域應用較多,,未來快充型動力電池的消費結構將會向用車、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。但快充的補貼劃分只針對新能源客車,無乘用車和物流車標準,。
2018年快充類純電動客車補貼標準 | |||||||
車輛類型 | 中央財政補貼標準 (元/kWh) | 快充倍率 | 中央財政單車補貼上限(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 |
中央財政補貼調整系數(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,。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)過電解液運動到負極,。作為負極的碳呈層狀結構,它有很多微孔,,以供到達負極的鋰離子嵌入,。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極。這對負極快速接收鋰離子的能力挑戰(zhàn)很大,。普通化學體系的電池在快充時負極會出現(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,。
無論是國家政策導向還是企業(yè)技術布局,普遍追求高能量密度,。當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,、不同技術路線電池的快充應用前景
充電的快慢和動力電池,、充電樁、電動汽車整車,、電網(wǎng)等整體技術和設計要求都息息相關,,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方向上的應用趨勢,。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,,材料本身導電性能優(yōu)異,但反應活性太高,,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“超導電子網(wǎng)”和“快離子環(huán)”技術,,可實現(xiàn)15分鐘內SOC從5%充電到85%,能量密度190Wh/kg,,循環(huán)壽命超過2500次,主要應用領域為乘用車,,預計2018年內具有批量生產(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,,其能量密度高達近250Wh/kg,可實現(xiàn)500公里超長續(xù)航里程,。通過充電策略設計,,有效縮短充電時間,提高充電效率,。在極端的應急模式下,,充電10分鐘可行駛60公里。
按照燃油車的使用習慣,,要實現(xiàn)充電時間在10-20分鐘以內完全充滿電,,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,,未來有望進一步壓縮到20分鐘內,。
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行導電性優(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,結合成熟的技術背景及穩(wěn)定的產(chǎn)品性能,,有較為廣泛的應用前景,,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:采用涂碳鋁箔,,降低接觸內阻,,提升正極材料電子傳輸能力;負極“快離子環(huán)”技術:采用不同石墨負極顆�,;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;負極采用粒徑更小的人造石墨進行碳包覆,,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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