在深圳的集中式充電站，越來越多電動汽車司機正在使用兼容多種功率的充電堆設備為車充電。除此之外，隨著動力電池技術不斷突破，鋰電池能量密度與功率密度并行提升，這一方面提高了電動汽車續駛里程，另一方面也讓補給時長可與燃油車加油相媲美的“快充”有了可能。在技術創新的加速迭代中，電動汽車用戶正逐步告別困擾已久的“充電焦慮”。
“功率共享”的充電堆方案
矩陣式柔性充電堆技術既能滿足當下電池充電需求，也能滿足未來“電池升級”需求，避免了充電樁反復撤建
截至去年底，我國擁有各類充電樁45萬個，是2014年底的14倍，全國車樁比約為3.8∶1。但充電網絡建設穩步推進的同時，也存在一定程度的結構性供給不足，資源錯配導致了“充電難”與公共充電樁被大量閑置現象并存。此外，長期以來，市場上投放的電動汽車公共充電樁多數為固定功率充電樁，充電樁設計多考慮滿足當下的汽車電池標準。40kW、60kW、80kW、110kW……隨著新上市的車型功率越來越大，充電樁將面臨更換或擴容。
多種功率的電動汽車并存，已經是電動汽車存量市場的既成事實。因此，在集中式充電站，如何提高充電設備的功率兼容性是關鍵。“在充電電流相同的情況下，當電壓提升到1000V之后，如果仍然給電壓平臺為350V的車充電，用現有技術方案功率利用率僅不到原來的三分之一，設備利用率特別低。”深圳奧特迅電力設備股份有限公司董事長蕭霞說，“充電堆技術既能夠滿足當下電池的充電需求，也能夠滿足未來‘電池升級’的充電需求，避免了充電樁的反復撤建”。
據悉，奧特迅研發的矩陣式柔性充電堆技術，將電動汽車充電站全部或部分充電模塊集中在一起，通過功率分配單元，按照電動汽車實際需要的充電功率對充電模塊進行動態分配。也就是說，在應用充電堆技術的充電站，同樣一個充電樁功率共享后，既可以滿足100kW的電池充電，也可以滿足300kW的電池充電，保證了每臺新能源汽車都能以最大功率充電。在深圳，奧特迅投資、建設、運營的柔性充電堆集中式充電站目前已超過80座。
奧特迅電力設備總工程師李志剛說，“共享功率”有些像“共享帶寬”，“在沒有充電堆以前，固定功率的充電設備就像固定帶寬的網絡，如果總帶寬是100兆，有10個用戶，每個用戶的帶寬固定是10兆，那么即使有很多用戶寬帶沒有使用，其他用戶的最高帶寬依然是10兆；而充電堆就像共享帶寬，可以根據用戶數量、需求帶寬動態調節，如果只有一個用戶，那么他的寬帶最大就可以達到100兆”。
深圳前海奧特迅新能源服務有限公司副總經理魏堅介紹，充電終端能分配到多少電力，由充電的電動車來決定。奧特迅的技術團隊設計了一個龐大的計算系統，建立了云平臺，對幾百款電動汽車的身份信息進行大數據采集后，在平臺上進行智能化管理。當充電槍插入充電口“握手”的瞬間，車輛信息就被全部讀取出來，并且智能分配，對車充電。
去年12月起，由深圳市市場監督管理局、深圳市發展改革委共同組織制定的深圳市標準化指導性技術文件——《電動汽車柔性充電堆技術要求》在深圳實施，這是國內首個關于電動汽車柔性充電堆的地方標準。作為電力自動化電源細分行業的龍頭企業，深圳奧特迅電力設備股份有限公司是該標準的牽頭起草單位。
“對于出租車、貨車等營運車輛而言，集中式充電站的功率適配性直接決定了充電的便捷性。”國電南瑞科技股份公司國際部副主任倪峰說，“在集中式充電站的應用場景下，充電堆技術具有精準、高效匹配的特性，無疑將會大有用武之地”。
挖潛大功率快充
一般認為，電動汽車“快充”是指電池從0%充電到80%的時間小于30分鐘的充電技術
在日前舉辦的電動汽車大功率充電試點專題研討會上，寧德時代向參會代表展示了采用“超級鐵鋰+高能量密度快充石墨”體系的超級鐵鋰電池的充電過程。該產品可進行“5C”充電，演示過程僅用時7分12秒就完成了20%至80%的充電，而20%到100%的充電，也僅耗時13分8秒。
儲能技術專家、Ecoflow創始人王雷博士說，“超大功率充電用的是高壓直流技術，形象地講，就是把電傾倒進入電池里”。“5C”中的單位“C”，指的是充電倍率，可以理解為充放電速率。鋰離子電池的充放電倍率，決定了能以多快速度將電能存儲到電池里面，或者以多快速度將電池里的能量釋放出來。“1C”的電流，從滿電到放電完全是用1/1=1小時；“2C”即1/2小時，也就是30分鐘；5C則是耗時12分鐘。一般認為，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%的時間小于30分鐘的技術。
鋰電池快充的技術核心，就是在不影響電芯壽命和可靠性的前提下，通過化學體系和設計優化，加速鋰離子在正負極移動的速度。寧德時代新能源股份有限公司快充項目負責人王升威博士表示，在負極石墨表面，寧德時代采用了“快離子環”技術，相當于在石墨表面打造一圈高速跑道，極大加快鋰離子在石墨層的嵌入，修飾后的石墨兼顧超級快充和高能量密度的特性。另外，電池內部的散熱速率，也是影響倍率性能的一個重要因素。如果散熱速率慢，大倍率充放電時所積累的熱量無法傳遞出去，會影響鋰離子電池的可靠性和壽命。寧德時代開發的快充產品，搭載自主研發的熱管理系統，能充分識別固定化學體系在不同環境下的“健康充電區間”，拓寬鋰電池的運營溫度區間。
“大功率充電的需求非常明確，無論國內外，商用車、出租車、網約車等車輛都有迫切需求。尤其在車位、充電樁資源緊缺的北上廣深等特大型城市，車主在很難找到車位充電的情況下，會對大功率充電產生強烈需求。”倪峰說，“但300kW以上的大功率快充產品在全球范圍內都處于剛起步階段，電池發熱、設備體積、安全隔離等技術問題還有待優化，從技術成熟到市場成熟又有較長的路要走；此外，還有充電站建設、電網供電等基礎設施配套問題尚待解決”。
管理與服務需更精細
專家表示，為促進電動汽車健康發展，充電服務的智能精細化管理，是大勢所趨
我國已經連續3年位居全球新能源汽車產銷第一大國。截至去年底，我國新能源汽車累計銷量達到180萬輛，在全球累計銷量中超過50%。“根據市場趨勢，2020年以后，三四百千瓦以上的大功率電動汽車會越來越多。”倪峰認為，“無論是充電堆還是電池本身，技術方面已經不存在什么問題”。另外，雖然早期運營商沒有考慮功率擴容，但近年來，已經有越來越多運營商在集中式充電站預留了擴容空間，“更大功率的充電需求出現后，站、樁、堆都能直接擴容——增加相應的模塊就可以了”。
中國電力企業聯合會標準化管理中心副主任劉永東表示，在充電的方式上，未來電動汽車的趨勢將是“私人交流充電樁日常慢充”與“公共快充補電”長期并存、互相結合。“對于使用電動汽車通勤的城市家庭而言，下班后在家使用私人充電樁充電，長時間的慢充已經可以滿足大部分需求；在充電站使用快充，更多將是一種必要的補充”。
充電領域管理體制的優化是多位專家所盼。倪峰舉了充電站電源模塊冷卻方案的例子。電源模塊冷卻主流方案有水冷、風冷模式，前者使用壽命長、可靠性高，但價格昂貴；后者價格低廉，但對環境要求高，長時間使用容易發生灰塵堵塞等現象。“國內的招投標‘價低者得’的機制讓很多運營商采用了風冷模式，但使用不到兩年就需要全部更換，算下來綜合使用成本反而比使用水冷更高。”倪峰說。
在劉永東看來，私人充電樁的安裝與管理仍有較大發展空間。“不少小區尤其是老舊小區，由于配電容量有限、物業不配合等原因無法普及安裝；而利用技術平臺推行并管理用電低谷時段充電的做法，也有待進一步推進”。充電服務的智能精細化管理，是大勢所趨。
“我們今天談論充電技術和管理、服務的提升，都是以電動汽車健康發展為大前提的。”倪峰說，“電動汽車最根本的動力仍然來自電動汽車本身，來自整個產業鏈生態的調整和變化。我們最關注的仍然是，取消相關補貼后，用戶自發消費、使用電動汽車的欲望有多強烈，這是事關整個產業長遠發展的關鍵”。（經濟日報·中國經濟網 記者 喻劍）