淺析電動(dòng)汽車快充技術(shù)

    前陣子，相關(guān)媒體舉辦了一期關(guān)于電動(dòng)汽車快充的公開課，題目是“充電五分鐘，行駛兩小時(shí)的時(shí)代即將到來(lái)？”，邀請(qǐng)了各方專家做了細(xì)致的點(diǎn)評(píng)，筆者梳理整個(gè)快速充電的全貌發(fā)現(xiàn)，由于電動(dòng)汽車的使用場(chǎng)景不同，從不同的角度出發(fā)，討論同一個(gè)話題，也很難達(dá)成一致。

　　在大家談的內(nèi)容里面，可以分成以下三類：

　　第一類：公共運(yùn)營(yíng)車輛（公交車）

　　公共運(yùn)營(yíng)公司、公共車輛和直流充電設(shè)施。在這個(gè)領(lǐng)域里面，主導(dǎo)車輛特性的是公共運(yùn)營(yíng)公司，它根據(jù)公交車固定的運(yùn)行線路和覆蓋面，來(lái)決定它需要產(chǎn)品的續(xù)航里程和充電速度。

　　在這個(gè)領(lǐng)域里面，其實(shí)各個(gè)地方根據(jù)運(yùn)營(yíng)線路的實(shí)際情況，對(duì)車輛的諸多特性和采購(gòu)都有很直接的決定權(quán)。所以我們看到部件級(jí)的基本特性是相同的，但是車輛和設(shè)施呈現(xiàn)高度離散化的傾向，不像私人用戶是根據(jù)電量來(lái)快充，公交行業(yè)不存在固定客戶，有很強(qiáng)的不確定性。因此很難把這類車輛歸類成大規(guī)模批量采購(gòu)的類型，倒是很像定制化的生產(chǎn)，這也使得大巴市場(chǎng)的各種細(xì)分規(guī)格特別多。地方公交公司會(huì)根據(jù)線路的特性來(lái)覆蓋日常公交線路的需求，規(guī)定每個(gè)車的充電時(shí)間。至于充電時(shí)間的損失，會(huì)折算到公交公司需要購(gòu)買的額外車輛所帶來(lái)的成本里，這也是電動(dòng)大巴需要快速充電的原因。

　　備注：按照嘉賓的說(shuō)法，電動(dòng)大巴目前的解決方案是用雙槍接近400~450安（大巴700伏，整個(gè)功率估算有300KW以上）去充電，所以電動(dòng)大巴電池的單體容量、母線線纜以及連接器等設(shè)計(jì)都需要一個(gè)很高的要求。

　　圖1 公共運(yùn)營(yíng)的車輛

　　第二類：專有運(yùn)營(yíng)及重度運(yùn)營(yíng)車輛（物流和出租車）

　　運(yùn)營(yíng)企業(yè)（包含企業(yè)和運(yùn)營(yíng)網(wǎng)約車的個(gè)人）、生產(chǎn)工具（車輛）和快速充電設(shè)施。出租車公司購(gòu)買了電動(dòng)汽車，購(gòu)買了充電設(shè)施，然后通過(guò)電動(dòng)出租車司機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)。決定充電速度的是在于司機(jī)對(duì)于車輛補(bǔ)充電所耗費(fèi)的時(shí)間與運(yùn)營(yíng)時(shí)間的比例。從嚴(yán)格意義上說(shuō)，此類車輛由于司機(jī)的充電價(jià)格有補(bǔ)貼，司機(jī)完全是希望用最快的速度補(bǔ)電，然后去運(yùn)營(yíng)，所有損失的運(yùn)營(yíng)時(shí)間（充電），其實(shí)就是司機(jī)損失的潛在收入。

　　圖2 出租車的快充要求

　　由于以上兩類是把電動(dòng)汽車作為生產(chǎn)資料，對(duì)充電的速度有嚴(yán)格的需求，所以上不封頂。為了追求速度，不管是車輛成本（有限度的增加）、日產(chǎn)維護(hù)要求（替換電池模塊組）還是集中站的功率需求，都不再是問(wèn)題。這里的主要瓶頸還是集中在電池單體有使用壽命的折中上（快充多對(duì)容量有損失，需要平衡速度與損失）。

　　同時(shí)這兩類的充電設(shè)施可以說(shuō)是提前安排，專車專用的，在整個(gè)循環(huán)里面不用過(guò)多考慮可用性的問(wèn)題，是一一匹配的。所以從某種情況來(lái)說(shuō)，這是計(jì)劃好的使用場(chǎng)景。

　　第三類：私家使用的電動(dòng)汽車

　　車主、電動(dòng)汽車和直流充電設(shè)施。這一類是我們要重點(diǎn)介紹的，因?yàn)檎撬郊臆囕v的存在才能讓電動(dòng)汽車站穩(wěn)腳跟并且有長(zhǎng)期持續(xù)的需求，才能支撐這一類繼續(xù)發(fā)展。我們來(lái)看這類車輛有哪些特點(diǎn)：

　　1.電池和續(xù)航里程的不同，會(huì)讓私家電動(dòng)汽車車主形成兩種不同充電和使用的模式?；诮y(tǒng)計(jì)，大部分的車主每日的行駛里程在50公里以內(nèi)，使用慢充的情況如下：

　　長(zhǎng)里程的電動(dòng)汽車車主可以選擇每周2～3次充電，對(duì)行駛里程有信心，能應(yīng)對(duì)可能發(fā)生的突發(fā)狀況。

　　低里程的電動(dòng)汽車車主，由于汽車本身的里程有限，在里程后期很多車輛出現(xiàn)快速跳水之后，往往會(huì)選擇每日充電

　　圖3 不同里程的充電使用習(xí)慣

　　2.快充對(duì)私家車主來(lái)說(shuō)，一般是以應(yīng)急充電為主

　　一方面是現(xiàn)有充電速度有限，使得車主不會(huì)離開自己的有效控制范圍，另一方面是由于直流充電站的固有投資相對(duì)較高，核算的充電服務(wù)費(fèi)較高，電費(fèi)+充電服務(wù)費(fèi)，百公里耗電一算，直觀的使用費(fèi)用和油費(fèi)可以相提并論了。

　　3.私人車輛使用周期長(zhǎng)。我們按照保修8年的情況來(lái)看，一輛純電動(dòng)私家電動(dòng)汽車，可能發(fā)生的充電情況變化：

　　一輛車的充電情況可能很復(fù)雜，可能一開始車主附近沒(méi)有直流快充網(wǎng)絡(luò)，完全不用直流充電，也可能隨著快充網(wǎng)絡(luò)的更新，車主形成自己的習(xí)慣而頻繁使用

　　車與車之間的差異性非常大，不同車的充點(diǎn)情況也非常大

　　4.整個(gè)系統(tǒng)（充電系統(tǒng)和電池系統(tǒng)）成本要求高。

　　更快的充電速度，對(duì)電池系統(tǒng)和充電系統(tǒng)有著更高的要求，充電速度（功率）對(duì)電池等相關(guān)部件要求也較高。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，直流快充系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)的外部配電盒有電氣和安全性的要求，較高的直流快充系統(tǒng)，對(duì)電池系統(tǒng)的熱管理能力也有新的要求標(biāo)準(zhǔn)

　　單體壽命上的考慮：這在公開課和劉冠偉老師的幾篇文章里寫的比較清楚。在選擇電池的過(guò)程中，考慮使用直流快充的頻度是有限的，可以選一組實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證電池對(duì)快充的適應(yīng)性。

　　圖4 直流快充系統(tǒng)的概覽

　　小結(jié)：

　　由于電動(dòng)汽車的使用場(chǎng)景不同，從不同的角度出發(fā)，討論同一個(gè)話題，也很難達(dá)成一致。

　　從目前商業(yè)的角度上來(lái)看電池，只有非常重度的使用才能達(dá)到預(yù)期的平衡點(diǎn)，所以快充在這個(gè)條件上是硬需求，特點(diǎn)是要求速度快、頻次多，呈現(xiàn)快充多慢充少的情況。從推廣范圍到使用層面上來(lái)看，快充又變成偶發(fā)性需求，快充速度要求快、頻次低的情況。

　　從充電網(wǎng)絡(luò)的角度來(lái)看，快充的充電網(wǎng)絡(luò)，圍繞專用固定的使用頻率，以運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)期收入抵充投資已經(jīng)成為行業(yè)慣例。但是考慮到面向普通消費(fèi)者的商業(yè)化的快充網(wǎng)絡(luò)，快充更多還是賠錢的買賣，長(zhǎng)期收益面臨頻次低的問(wèn)題，車主往往是非計(jì)劃性和迫不得已來(lái)充電的，運(yùn)營(yíng)上需要更多的破局。