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我国新能源汽车快速充电技术最新进展

放大字体 缩小字体 发布日期:2018-06-28  来源:搜狐科技
[摘要]优秀智能的电池管理系统对于延长电池使用寿命、增加纯电动汽车的续航能力具有重要作用。目前国外主流的BMS产品大多采用主动式均衡功能设计,价格和技术含量较高,代......
 
      目前,全球新能源汽车直流快速充电领域有三大阵营。第一阵营是包括丰田、日产、三菱等日本公司在内的CHAdeMO连接标准。现有超过430家汽车制造商、充电器制造商等企事业团体加入,在全球范围分布最广泛,充电桩数量最多。第二阵营是福特、通用汽车、大众、保时捷等欧洲品牌支持的SAE J1772国际标准。SAE标准与家用电力线网络联盟的(HomePlug)结合,使动力充电可以融入未来的智能电网,兼容性强,潜力巨大。欧美汽车协会甚至要求,自2017年起所有进入欧美市场的电动汽车必须遵守此项标准。第三阵营则有电动轿跑车制造商特斯拉、电动客车企业普罗泰拉等厂商,倡导开放各自的快充专利技术,各自标榜的快充性能显著优于前两大阵营。

      为了实现能源独立,美国大力发展新能源汽车。充电技术是连接电动汽车和充电设施的关键纽带,从2016年7月发布的“加快普及电动汽车”计划中可以看出美国政府重视发展三类技术方向:高能量密度(≥500 Wh/kg)锂电池技术;电动汽车快速充电技术(350 kW、10分钟);电池领域的新型原创技术(小型“种子”研发项目)。在“加快普及电动汽车”计划的签约单位中,宝马、福特、大众、奔驰、日产以及特斯拉都承诺将加大电动汽车及电池的投资及研发力度,尤其是直流快速充电技术,并帮助合作者在合适的地点安装电动汽车充电装置。

      2017年9月,美国能源部能源效率和可再生能源办公室(EERE)代表车辆技术办公室(VTO)向插电式电动汽车在高功率水平下快速充电系统提供融资机会。先进电池项目(Advanced battery projects)将重点放在电池的早期研究上,可以实现极快的充电;电气化项目(electrification projects)将支持电力驱动系统和基础设施的开发和验证,用于插电式车辆快速充电。

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      美国能源部表示,这些系统的开发将使插电式电动汽车的充电速度快于当前车辆的充电速度,从而更多地利用电力进行运输。同时,也将大范围推广插电式电动汽车的应用。聚焦的主要技术领域如下:

      电动汽车极速快充(XFC)系统开发。该领域的目标是开发和验证轻型,中型或重型车辆电子和电力驱动系统,使XFC技术能够为电池充电至少是目前快速充电技术的两倍。项目团队应包括以下一个或多个:州政府、地方政府、城市运输部门,空气污染控制区以及企业或非营利机构。

      极速充电电池(XFC)。该领域的目标是研究和开发能够实现至少循环次数达到500次(低于20%的比能量衰减)、10分钟可完成充电的快速充电电池,同时实现或改进最先进的电池比能量和成本。极速充电电池技术领域包括但不限于:新型电极和电池结构、新型电解质、活性物质改性和改进的添加剂。

      CATL(宁德时代新能源科技有限公司)也推出了自己的快充电池。这两家企业采用了不同的快充技术路径:微宏动力采用能承受快充大电流、具有尖晶石结构的钛酸锂+多孔复合碳做负极材料;为了避免快充时高功率电流对电池安全性造成的威胁,微宏动力结合不燃烧电解液、高孔隙率高透气性隔膜技术以及STL智能热控流体技术,在实现电池快充时保障电池的安全性。CATL在正极选择了磷酸铁锂材料,并通过开发“超电子网”技术,将磷酸铁锂导电性提升至三元材料的1000倍,达到快速充电的目的;在负极则采用了“快离子环”技术,使锂离子能快速嵌入石墨的任何位置,不会在快充时在负极出现副产物,影响电芯的循环和稳定性。

      BMS是电动汽车最核心、最重要的部分。优秀智能的电池管理系统对于延长电池使用寿命、增加纯电动汽车的续航能力具有重要作用。目前国外主流的BMS产品大多采用主动式均衡功能设计,价格和技术含量较高,代表了未来发展趋势。国内则基本采用被动式均衡功能和不带均衡功能的BMS产品,价格低、功能相对简单。我国BMS产品能支持示范车型配套,但在技术先进性、产品一致性和可靠性,以及系统集成能力等方面,仍落后于国外,技术参数及标准缺失,缺乏权威机构检测,整体性能尚未达到产业化要求。同时,国内整车行业对BMS缺乏设计和生产经验,一般是委托专业厂商或高校开发相关系统,而后者由于缺乏实际运行数据的积累,对电池内部规律研究不够深入,产品性能因此大受影响。此外,动力电池成组技术在热管理、均衡、空间利用率等方面,与国外企业相比也存在较大差距。

      2016年我国计划新建2000个充换电站,公共充电桩数量将接近9万个,总投资达130亿元左右,充电桩和新能源车的比例仍然明显不足。同时,我国在电动汽车快速充电标准方面的国际话语权还不够,在快速充电领域缺乏相应的标准及其统一性,汽车充电标准接口偏向欧美系,且为推荐性而非强制执行标准。电动汽车市场充电标准的不统一带来了车桩不匹配、不兼容等问题,车桩的互联互通水平较低。

      企业深度参与,尽早建立统一的电动汽车快速充电行业标准,扩大充电基础设施建设规模;加快配建充电桩、借助电池材料资源丰富的优势,在关键材料技术的自主研制方面实现突破;提高现有电池材料的制造工艺水平,增强产品的稳定性与安全性,提高产品质量和成本竞争力;加强对新材料如纳米材料、石墨烯材料、太阳能电池材料等的研制,加快提高技术成熟度和实用性。
 
 
 
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