“快充”时代即将到来，皆因电池技术不断提升

越来越多电动汽车司机在深圳的集中式充电站，正在使用兼容多种功率的充电堆设备为车充电。随着动力电池技术不断突破，锂电池能量密度与功率密度并行提升，这一方面提高了电动汽车续驶里程，另一方面也让补给时长可与燃油车加油相媲美的“快充”有了可能。

“功率共享”的充电堆方案

矩阵式柔性充电堆技术既能满足当下电池充电需求，也能满足未来“电池升级”需求，避免了充电桩反复撤建

截至去年底，我国拥有各类充电桩45万个，是2014年底的14倍，全国车桩比约为3.8∶1。但充电网络建设稳步推进的同时，也存在一定程度的结构性供给不足，资源错配导致了“充电难”与公共充电桩被大量闲置现象并存。此外，长期以来，市场上投放的电动汽车公共充电桩多数为固定功率充电桩，充电桩设计多考虑满足当下的汽车电池标准。40kW、60kW、80kW、110kW……随着新上市的车型功率越来越大，充电桩将面临更换或扩容。

多种功率的电动汽车并存，已经是电动汽车存量市场的既成事实。因此，在集中式充电站，如何提高充电设备的功率兼容性是关键。“在充电电流相同的情况下，当电压提升到1000V之后，如果仍然给电压平台为350V的车充电，用现有技术方案功率利用率仅不到原来的三分之一，设备利用率特别低。”深圳奥特迅电力设备股份有限公司董事长萧霞说，“充电堆技术既能够满足当下电池的充电需求，也能够满足未来‘电池升级’的充电需求，避免了充电桩的反复撤建”。

据悉，奥特迅研发的矩阵式柔性充电堆技术，将电动汽车充电站全部或部分充电模块集中在一起，通过功率分配单元，按照电动汽车实际需要的充电功率对充电模块进行动态分配。也就是说，在应用充电堆技术的充电站，同样一个充电桩功率共享后，既可以满足100kW的电池充电，也可以满足300kW的电池充电，保证了每台新能源汽车都能以最大功率充电。在深圳，奥特迅投资、建设、运营的柔性充电堆集中式充电站目前已超过80座。

奥特迅电力设备总工程师李志刚说，“共享功率”有些像“共享带宽”，“在没有充电堆以前，固定功率的充电设备就像固定带宽的网络，如果总带宽是100兆，有10个用户，每个用户的带宽固定是10兆，那么即使有很多用户宽带没有使用，其他用户的最高带宽依然是10兆;而充电堆就像共享带宽，可以根据用户数量、需求带宽动态调节，如果只有一个用户，那么他的宽带最大就可以达到100兆”。

深圳前海奥特迅新能源服务有限公司副总经理魏坚介绍，充电终端能分配到多少电力，由充电的电动车来决定。奥特迅的技术团队设计了一个庞大的计算系统，建立了云平台，对几百款电动汽车的身份信息进行大数据采集后，在平台上进行智能化管理。当充电枪插入充电口“握手”的瞬间，车辆信息就被全部读取出来，并且智能分配，对车充电。

去年12月起，由深圳市市场监督管理局、深圳市发展改革委共同组织制定的深圳市标准化指导性技术文件——《电动汽车柔性充电堆技术要求》在深圳实施，这是国内首个关于电动汽车柔性充电堆的地方标准。作为电力自动化电源细分行业的龙头企业，深圳奥特迅电力设备股份有限公司是该标准的牵头起草单位。

“对于出租车、货车等营运车辆而言，集中式充电站的功率适配性直接决定了充电的便捷性。”国电南瑞科技股份公司国际部副主任倪峰说，“在集中式充电站的应用场景下，充电堆技术具有精准、高效匹配的特性，无疑将会大有用武之地”。

挖潜大功率快充

一般认为，电动汽车“快充”是指电池从0%充电到80%的时间小于30分钟的充电技术

在日前举办的电动汽车大功率充电试点专题研讨会上，宁德时代向参会代表展示了采用“超级铁锂+高能量密度快充石墨”体系的超级铁锂电池的充电过程。该产品可进行“5C”充电，演示过程仅用时7分12秒就完成了20%至80%的充电，而20%到100%的充电，也仅耗时13分8秒。

储能技术专家、Ecoflow创始人王雷博士说，“超大功率充电用的是高压直流技术，形象地讲，就是把电倾倒进入电池里”。“5C”中的单位“C”，指的是充电倍率，可以理解为充放电速率。锂离子电池的充放电倍率，决定了能以多快速度将电能存储到电池里面，或者以多快速度将电池里的能量释放出来。“1C”的电流，从满电到放电完全是用1/1=1小时;“2C”即1/2小时，也就是30分钟;5C则是耗时12分钟。一般认为，电动汽车“快充”是指充电电流大于1.6C的充电方式，也就是从0%充电到80%的时间小于30分钟的技术。

锂电池快充的技术核心，就是在不影响电芯寿命和可靠性的前提下，通过化学体系和设计优化，加速锂离子在正负极移动的速度。宁德时代新能源股份有限公司快充项目负责人王升威博士表示，在负极石墨表面，宁德时代采用了“快离子环”技术，相当于在石墨表面打造一圈高速跑道，极大加快锂离子在石墨层的嵌入，修饰后的石墨兼顾超级快充和高能量密度的特性。另外，电池内部的散热速率，也是影响倍率性能的一个重要因素。如果散热速率慢，大倍率充放电时所积累的热量无法传递出去，会影响锂离子电池的可靠性和寿命。宁德时代开发的快充产品，搭载自主研发的热管理系统，能充分识别固定化学体系在不同环境下的“健康充电区间”，拓宽锂电池的运营温度区间。

“大功率充电的需求非常明确，无论国内外，商用车、出租车、网约车等车辆都有迫切需求。尤其在车位、充电桩资源紧缺的北上广深等特大型城市，车主在很难找到车位充电的情况下，会对大功率充电产生强烈需求。”倪峰说，“但300kW以上的大功率快充产品在全球范围内都处于刚起步阶段，电池发热、设备体积、安全隔离等技术问题还有待优化，从技术成熟到市场成熟又有较长的路要走;此外，还有充电站建设、电网供电等基础设施配套问题尚待解决”。[!--empirenews.page--]

管理与服务需更精细

专家表示，为促进电动汽车健康发展，充电服务的智能精细化管理，是大势所趋。

我国已经连续3年位居全球新能源汽车产销第一大国。截至去年底，我国新能源汽车累计销量达到180万辆，在全球累计销量中超过50%。“根据市场趋势，2020年以后，三四百千瓦以上的大功率电动汽车会越来越多。”倪峰认为，“无论是充电堆还是电池本身，技术方面已经不存在什么问题”。另外，虽然早期运营商没有考虑功率扩容，但近年来，已经有越来越多运营商在集中式充电站预留了扩容空间，“更大功率的充电需求出现后，站、桩、堆都能直接扩容——增加相应的模块就可以了”。

中国电力企业联合会标准化管理中心副主任刘永东表示，在充电的方式上，未来电动汽车的趋势将是“私人交流充电桩日常慢充”与“公共快充补电”长期并存、互相结合。“对于使用电动汽车通勤的城市家庭而言，下班后在家使用私人充电桩充电，长时间的慢充已经可以满足大部分需求;在充电站使用快充，更多将是一种必要的补充”。

充电领域管理体制的优化是多位专家所盼。倪峰举了充电站电源模块冷却方案的例子。电源模块冷却主流方案有水冷、风冷模式，前者使用寿命长、可靠性高，但价格昂贵;后者价格低廉，但对环境要求高，长时间使用容易发生灰尘堵塞等现象。“国内的招投标‘价低者得’的机制让很多运营商采用了风冷模式，但使用不到两年就需要全部更换，算下来综合使用成本反而比使用水冷更高。”倪峰说。

在刘永东看来，私人充电桩的安装与管理仍有较大发展空间。“不少小区尤其是老旧小区，由于配电容量有限、物业不配合等原因无法普及安装;而利用技术平台推行并管理用电低谷时段充电的做法，也有待进一步推进”。充电服务的智能精细化管理，是大势所趋。

“我们今天谈论充电技术和管理、服务的提升，都是以电动汽车健康发展为大前提的。”倪峰说，“电动汽车最根本的动力仍然来自电动汽车本身，来自整个产业链生态的调整和变化。我们最关注的仍然是，取消相关补贴后，用户自发消费、使用电动汽车的欲望有多强烈，这是事关整个产业长远发展的关键”。