張建華：從鋰電池硬傷看充換電一體化建設(shè)的必要性

2020年8月3日在成都百悅希爾頓逸林酒店舉行的“2020中國充電設(shè)施建設(shè)運(yùn)營專題大會”取得圓滿成功。本次大會由成都新能源汽車產(chǎn)業(yè)推廣應(yīng)用促進(jìn)會、電車資源主辦成都綠色智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈聯(lián)盟協(xié)辦，獲得成都市經(jīng)濟(jì)和信息化局支持和指導(dǎo)。行業(yè)資深專家、電車資源技術(shù)總顧問張建華發(fā)表了《從鋰電池硬傷看充換電一體化建設(shè)的必要性》的主題演講。

一、鋰電池的先天硬傷

張建華指出，鋰電池存在先天硬傷，其一是鋰離子電芯的三大硬傷；其二是電池模組或PACK系統(tǒng)存在的硬傷；其三是鋰電池在實(shí)際應(yīng)用中的硬傷。

鋰離子電芯方面，首先與燃油車相比，新能源車充電時(shí)間過長；其次，適應(yīng)區(qū)域性不廣， 新能源車0度以下不能充電，這導(dǎo)致新能源車在華北地區(qū)、東北三省推廣不暢通。

第三，受到冬季和嚴(yán)寒地區(qū)季節(jié)性限制，低溫時(shí)電量衰減。例如在 25度的氣溫下，電量為100%；當(dāng)溫度降為0度時(shí)，電芯衰減至90%；當(dāng)溫度降至-25度時(shí)，電芯衰減至70%。

電池模組或PACK系統(tǒng)方面，磷酸鐵鋰在正常情況下電芯循環(huán)壽命是3000次，模組和PACK系統(tǒng)循環(huán)關(guān)系理想值是大于90%-95%，循環(huán)數(shù)是2700次-2850次。

而實(shí)際上，根據(jù)5年20萬公里質(zhì)保，按每天一次來算，模組壽命為1500次 （SOC80% ）便足夠使用了。模組壽命循環(huán)數(shù)僅為電芯壽命的50%，所以電芯有很大的殘值空間可以挖掘。

目前存在的狀況是當(dāng)車輛使用一年，電芯用了300次以后，便開始出現(xiàn)動力電池電量衰減狀況，其主要的原因是動力電池的一致性保障措施不完備。

實(shí)際應(yīng)用方面，主機(jī)廠承諾5年20萬公里品質(zhì)保證，理論值成立，但實(shí)踐證明有缺陷。

理想情況下，按出廠指標(biāo)，電量100度，續(xù)駛里程為200公里，質(zhì)保5年20萬公里，續(xù)駛里程衰減狀況是五年衰減20%，平均每年衰減4%，而實(shí)際情況是綜合溫度指標(biāo)，衰減情況更為突出。

二、充換電一體化建設(shè)的必要性

針對鋰電池存在的硬傷需要通過什么樣的技術(shù)措施來解決呢？

張建華指出，非車載充電有兩種形式，一種是交流充電樁，另一種是直流充電機(jī)。交直流充電只解決了充電問題，但并未解決動力電池充電時(shí)間過長的問題。

非車載交直流充電設(shè)備及站點(diǎn)已成為基礎(chǔ)建設(shè)的一部分，但投資回報(bào)周期長，投資難以回收是投資方最大的痛點(diǎn)。

張建華表示，對目前已經(jīng)在運(yùn)行車輛的電池系統(tǒng)，對于動力電池衰減的問題可采取臨時(shí)解決方案。

首先可以每3-6個(gè)月做定期保養(yǎng)和維護(hù)，以此來緩解運(yùn)營商和司機(jī)由于里程衰減帶來的焦慮。

其二是技術(shù)方面的措施，通過技術(shù)支撐三劍客手段，包括均衡修復(fù)、動力電池一致性測評、單體電池拆解（切割）與組裝（焊接）來解決動力電池一致性衰減問題，以此來保障續(xù)駛里程在質(zhì)保期內(nèi)品質(zhì)的承諾。

張建華表示，一體化充換電站才是解決補(bǔ)充電量，又徹底解決鋰離子電池存在的先天硬傷的終極方案。

對于終級措施，其一，可以把電動汽車動力電池PACK設(shè)計(jì)成可充電、可換電的一體化模式； 其二，可以把充電站和簡易換電模式結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)良性循環(huán)的商業(yè)模式。

三、充換電一體化建設(shè)的可行性

對于充換電一體化建設(shè)的可行性問題，張建華從五個(gè)層面進(jìn)行了分析：

在整車層面上，目前，整車交流充電、直流充電方案已經(jīng)非常成熟；對于電池系統(tǒng)換電模式，也已有多種方案出臺。張建華表示，目前有兩種換電模式，一種是底盤換電，另一種是側(cè)面換電。

在動力電池模組和PACK層面上，乘用車搭載單一動力電池系統(tǒng)模塊，采用底盤換電模式；輕卡搭載兩-四動力電池模塊，采用兩側(cè)換電模式。

在充電站層面上，目前技術(shù)已經(jīng)非常成熟，可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)。張建華表示，交流充電樁方面，目前階段為單相3.3KVA、6.6KVA，可升級為三相10KVA，20KVA，40KVA；直流充電樁方面，目前階段為60KW(單槍)、120KW(雙槍)，可根據(jù)現(xiàn)場情況做并聯(lián)輸出至240KW或更高。

在換電站層面上，換電站可設(shè)計(jì)成可充電、可換電一體化模式，為電池系統(tǒng)增加兩個(gè)功能，其一是均衡修復(fù)功能，確保電池一致性；其二是增加溫度控制功能，確保電池容量不隨低溫衰減。

張建華表示，針對鋰離子電池先天硬傷，換電模式有逐一化解的技術(shù)手段。

充電時(shí)間長問題，采用換電模式，５-10分鐘完成換電，換電速度可以和燃油車加油相比。

對于0度以下不能充電的問題，在換電站增加保溫功能，使動力電池系統(tǒng)始終保持在23度，誤差在0.5度的范圍內(nèi)。

面對低溫電量衰減問題，換電站可增加保溫功能，電池系統(tǒng)保溫在23度左右，讓電池容量始終保持在100%不衰減！

對于鋰離子電池模組一致性差及續(xù)駛里程衰減難題，可在換電站增加均衡修復(fù)功能，每一次換電的動力電池系統(tǒng)，都對電池指標(biāo)進(jìn)行刷新，使電量、電池容量SOC、電池健康指數(shù)SOH均保持在100%，讓續(xù)駛里程按正常規(guī)律逐步衰減，滿足主機(jī)廠的承諾要求。

張建華表示，通過充換電一體化措施的實(shí)施，可以徹底解決動力電池系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過程中存在的四大問題，確保動力電池使用的全壽命周期。

四、充換電一體化盈利模式探尋

張建華指出，對于一體化充換電站模式特點(diǎn)，可根據(jù)不同的充電現(xiàn)場應(yīng)用場景，做不同規(guī)模的換電站，目前階段，可結(jié)合搭建換電修復(fù)站。

對于盈利模式，張建華表示車電分離有自己的優(yōu)勢，其一與燃油車相比車價(jià)有優(yōu)勢，其二是電池采用租賃方式，可以與電池租賃方分利潤。

在經(jīng)營上，要有跨界思維方式，向縱向的上下游要利潤，也可向橫向的充換電模式要利潤。第一階段，換電維護(hù)站可以與電池售后維護(hù)分利潤。第二階段，換電站可采用充換電一體站，與電池的維保分利潤。