大功率快充?这次换电站走在了前面
 大功率充电时代就要到了? 哪有这么简单!新能源汽车产业是一个庞杂的产业链,大功率充电对整车,动力电池,充电零部件以及充电设备都提出严峻的挑战,可以直白的说,现阶段的技术储备和模型验证远远不够.目前,我国公共慢充桩功率主要为 7kW,快充桩功率多为 30kW-60kW,新能源乘用车能源补充时间慢充普遍大于 8 小时,快充普遍在 1-3 小时.作为全球第一大新能源纯电动乘用车市场,大功率充电这一技术路线的研发和应用一定程度决定了未来新能源纯电动车的发展,甚至决定了新能源纯电动车后续车型的设计和研发思路.因此有必要深入了解一下大功率充电的应用前景和可替代方案.
 电动汽车大功率快充通常指,充电功率在 350kW 或以上,10-15 分钟可充满电 ( 4C-6C ) ,并以单枪方式给动力电池充电的技术.(充电速度业界通常用 C 倍率来表示,简单理解就是 1C 充电,即一个小时充满,2C 充电,即半个小时充满,数值越大充电速度越快.)
 大功率快充的主要技术指标是充电电压 1000V 下,不带冷却工况下充电电流可达 120A,充电功率至少为 120KW.带冷却工况下充电电流要达到 400-500A,充电功率大于 350KW
 欧美电动车大功率快充似乎特别热闹,四大汽车巨头合作建立的 lonity 充电网络,计划到 2020 年在欧洲主干线kW 的大功率充电站.保时捷旗下首款电动跑车 Taycan 的 800V 超高压电气系统赚足了眼球,而特斯拉将会会部署 SuperCharger V3,最大充电功率为 250 kW. 大功率快充 这一概念因为各路车企发声迅速升温,但是恐怕是虚火一阵,因为大功率快充应用的前提是对冷却技术,IGBT,动力电池冷却监测,电动汽车电压等级及其安全性,电网负荷的整体解决方案,换言之以上任何一项都是制约其大规模应用的瓶颈.(特斯拉将其 350KW 的极速快充方案修改为 SuperCharger V3 250KW 就是因其意识到 350 kW 的充电速率下,能量密度以及电池成本会存在着一些缺陷与问题,且暂时无法规避)
 就以上述预计售价 115 万的保时捷 Taycan 的来说,为了平衡 800V 超高压电气系统及其整车安全性煞费苦心,不过好在其成本增加有保时捷品牌溢价来买单.但是新能源纯电动汽车的大功率快充如果仅仅只是面向金字塔顶端的消费者,恐怕对大规模应用没有任何意义.
 大功率快充技术尚未完成模式验证,行业标准也未指定完成,简单从电压或电流两个方向来看,提升电压意味着动力电池,电气零部件的电压等级都提升 ; 提升输出电流,意味着充电桩上增加冷却措施及其稳定性及其关键,这样一个电压电流的问题在实际操作层面就成了车企,电池,充电桩需要共同面对的问题,涉及的材料,元器件更是纷繁复杂,但是在生产制造方面技术储备和核心零部件研发是国内大功率快充需要迅速追赶的方向.更重要的是,国内新能源发展的思路和欧美发展思路不同,以欧美为例,车企为主导的车,桩,电一体化研发占主导地位,而中国则是以产业链方式明确分工,但却难以做到互通有无,因此协调车,桩,电技术同步提升国内难度似乎更大.
 但是相对于制造方面技术,研发问题, 摆在我们面前另一个比较麻烦的问题是如何应用大功率快充的问题!
 大功率快充如果规模化后对电网负荷要求极大,以杭州为例,香港红太阳,截止 2018 年拥有机动车数量 244 万辆,如果按照新能源汽车到 2025 年 20% 左右的替换率,叠加机动车复合增长数量,到 2025 年至少拥有 50 万辆新能源汽车,如果按照高峰期 2% 新能源汽车使用大功率快充,即 1 万辆,以 350KW 大功率充电为例,需要新增负荷约 350 万千瓦,而目前杭州市区负荷总计约 500 万千瓦, 这几乎是不可能完成的任务,更别提尚未计入的慢充桩,普通直流快充桩的负荷.
 无独有偶,中电联标准化中心副主任刘永东表示,大功率充电技术是现有 2015 版充电技术路线的补充,在今后很长一段时间内,大功率充电技术是在一定场景下的应用需求,将和现有充电技术路线长期并存,不会替代现有充电技术.也从侧面印证了大功率充电存在着技术和应用方面的双重难题.
 5 月 14 日浙江省发改委印发 2019 年浙江省充电基础设施建设发展年度计划的通知,年度发展计划是依据 十三五 分区域发展目标,结合各地上报数据,2019 年度全省计划新建 110 座充换电站,2800 个公用桩,61855 个自用充电桩.具体各城市的指标分解如下:
 可以看到 2019 年浙江地区的换电站统筹规划建设开始发力,城市公用充换电站的个别城市试点开始推向全省组网.但是在 19 年的浙江省充电基础设施建设发展年度计划的通知中只字未提大功率充电,我们不禁要问,为什么换电站的应用比大功率快充来的快
 首先无论什么能源补充方式,首先要符合国情.电动车的能源补充在国内都绕不开国家电网或者地方电网,任何能源补充技术或者装备快速应用的前提条件是对现有电网友好,改造成本要低,且对现有商用,民用负荷尽量不产生影响.
 其次要能够将无规律的电网负荷转化成规律稳定的用电需求.这一电网的痛点无论直流快充还是未来的大功率快充都无法规避,换电站与现有电网结构匹配,能够响应电网调度和削峰填谷的政策要求,因此以换电站方式来均衡用电负荷是在不大规模改造电网前提下的最佳选项.
 最后公共资源利用率高,综合成本优势使得投建后能够迅速运用到新能源出租车,网约车的能源补充领域.以杭州伯坦科技工程为首的 分箱换电 模式可以很好的利用峰谷电及电价优惠政策,使其单位能源成本具有优势.其集中式很稳恒湿慢充,有效延长动力电池使用寿命 20% 以上,使得新能源纯电动出租 / 网约车的运营成本一年至少降低 1.2 万以上.
 因此换电站对国网来说,需要升级的成本投入极少,还能相应削峰填谷的政策需求,何乐而不为,而对于出租网约车这一类营运为主的能源补充市场,司机节省了时间成本,而其所支付的单位电价与快充不相伯仲甚至更低,动力电池使用周期更长,两项成本节省约优势明显,可以说即便是大功率充电应用后,在出租和网约车能源补充领域也难有很大竞争力.
 北京交通大学的 Yang Gao 等人研究就发现,充电速度对于锂离子电池的循环寿命有着显著的影响,将充电速度从 0.5C 倍率(2 小时充满)提高至 1.5C 倍率(40 分钟充满)后,电池的容量衰降速度是 0.5C 倍率充电的 4 倍左右.这也就意味着经常使用快充会导致动力电池的寿命显著缩短.在现有的三元锂动力电池技术下,大功率快充可能导致的电池寿命缩短现象更加显著,用车成本将急剧攀升.
 另一方面现阶段的快充对电池寿命和性能会有 10% 以上的损伤;同时自 2015 年至今至少有近百起在充电时引起着火的事故.涉及几乎新能源所有品牌.设想一下在 350KW 的快充条件下,这个事故数量和比例会不会更高.可以这么说,充电功率越大,电池自身性能及车辆安全性能被降的越低.
 综合上述两个大功率充电的主要问题,如果技术上面没有突破,材料应用上没有创新,在成本和安全性上没有等到市场认可,未来大规模应用则遥遥无期.
 反观分箱换电这一换电站思路,从市场和政府机构角度来看,至少降低了 3 项潜在风险:
 1)有效降低新能源电动车的自燃事故,统计分析数据来看,目前新能源电动车发生自燃有 67% 以上是在能源补充阶段产生的,但是以杭州伯坦运作的 55 座换电站为例,尚未出现一起充电阶段着火的问题,因此以换电站的运作模式来看,所有回流换电站的电池进入充电柜前都会有电池监测这一环节,可以极大规避故障电池的潜在失火风险,同时恒温恒湿环境对电池稳定提供了助益.
 2)动力电池的环保和效益问题得以优化,分箱换电的模式将原本电池使用效率低的问题通过次换电都对电池进行了专业维护,以及固定功率的最优充电方式充电,会增加电池的寿命约 30% 以上,也就意味着换电模式状态下的动力电池生命周期至少比快充模式下长 1 年,这对于环保和经济方面的效益难以估量.
 3 )规避中国新能源纯电动汽车行业存的系统性风险,经过过去 6 年的政策补贴温室培育,整个行业的无论从车企,桩企乃至电网都存在诸多问题,一旦补贴退坡,仅大功率充电技术方面的核心零部件受制于人就会让这一未来发展的重要分支举步维艰.因此提前布局技术已经成熟的换电站,尤其是模块化的分箱换电是满足当下高效能源补充需求和规避系统风险的重要解决方案.
 即便这一两年大功率快充的话题此起彼伏,声量极高,但是无论从政策端还是市场端来看,对不起,这次换电站实实在在的走在了前面.如果未来电池标准逐渐统一,也许除了 中石油 , 中石化 ,再造一个 中换电 也未可知.