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张建华:从锂电池硬伤看充换电一体化建设的必要性

2020-08-13 浏览次数:1,761 次 电车资源

2020年8月3日在成都百悦希尔顿逸林酒店举行的“2020中国充电设施建设运营专题大会”取得圆满成功。本次大会由成都新能源汽车产业推广应用促进会、电车资源主办成都绿色智能网联汽车产业生态圈联盟协办,获得成都市经济和信息化局支持和指导。行业资深专家、电车资源技术总顾问张建华发表了《从锂电池硬伤看充换电一体化建设的必要性》的主题演讲。

一、锂电池的先天硬伤

张建华指出,锂电池存在先天硬伤,其一是锂离子电芯的三大硬伤;其二是电池模组或PACK系统存在的硬伤;其三是锂电池在实际应用中的硬伤。

锂离子电芯方面,首先与燃油车相比,新能源车充电时间过长;其次,适应区域性不广, 新能源车0度以下不能充电,这导致新能源车在华北地区、东北三省推广不畅通。

第三,受到冬季和严寒地区季节性限制,低温时电量衰减。例如在 25度的气温下,电量为100%;当温度降为0度时,电芯衰减至90%;当温度降至-25度时,电芯衰减至70%。

电池模组或PACK系统方面,磷酸铁锂在正常情况下电芯循环寿命是3000次,模组和PACK系统循环关系理想值是大于90%-95%,循环数是2700次-2850次。

而实际上,根据5年20万公里质保,按每天一次来算,模组寿命为1500次 (SOC80% )便足够使用了。模组寿命循环数仅为电芯寿命的50%,所以电芯有很大的残值空间可以挖掘。

目前存在的状况是当车辆使用一年,电芯用了300次以后,便开始出现动力电池电量衰减状况,其主要的原因是动力电池的一致性保障措施不完备。

实际应用方面,主机厂承诺5年20万公里品质保证,理论值成立,但实践证明有缺陷。

理想情况下,按出厂指标,电量100度,续驶里程为200公里,质保5年20万公里,续驶里程衰减状况是五年衰减20%,平均每年衰减4%,而实际情况是综合温度指标,衰减情况更为突出。

二、充换电一体化建设的必要性

针对锂电池存在的硬伤需要通过什么样的技术措施来解决呢?

张建华指出,非车载充电有两种形式,一种是交流充电桩,另一种是直流充电机。交直流充电只解决了充电问题,但并未解决动力电池充电时间过长的问题。

非车载交直流充电设备及站点已成为基础建设的一部分,但投资回报周期长,投资难以回收是投资方最大的痛点。

张建华表示,对目前已经在运行车辆的电池系统,对于动力电池衰减的问题可采取临时解决方案。

首先可以每3-6个月做定期保养和维护,以此来缓解运营商和司机由于里程衰减带来的焦虑。

其二是技术方面的措施,通过技术支撑三剑客手段,包括均衡修复、动力电池一致性测评、单体电池拆解(切割)与组装(焊接)来解决动力电池一致性衰减问题,以此来保障续驶里程在质保期内品质的承诺。

张建华表示,一体化充换电站才是解决补充电量,又彻底解决锂离子电池存在的先天硬伤的终极方案。

对于终级措施,其一,可以把电动汽车动力电池PACK设计成可充电、可换电的一体化模式; 其二,可以把充电站和简易换电模式结合起来,实现良性循环的商业模式。

三、充换电一体化建设的可行性

对于充换电一体化建设的可行性问题,张建华从五个层面进行了分析:

在整车层面上,目前,整车交流充电、直流充电方案已经非常成熟;对于电池系统换电模式,也已有多种方案出台。张建华表示,目前有两种换电模式,一种是底盘换电,另一种是侧面换电。

在动力电池模组和PACK层面上,乘用车搭载单一动力电池系统模块,采用底盘换电模式;轻卡搭载两-四动力电池模块,采用两侧换电模式。

在充电站层面上,目前技术已经非常成熟,可实现标准化生产,标准化作业。张建华表示,交流充电桩方面,目前阶段为单相3.3KVA、6.6KVA,可升级为三相10KVA,20KVA,40KVA;直流充电桩方面,目前阶段为60KW(单枪)、120KW(双枪),可根据现场情况做并联输出至240KW或更高。

在换电站层面上,换电站可设计成可充电、可换电一体化模式,为电池系统增加两个功能,其一是均衡修复功能,确保电池一致性;其二是增加温度控制功能,确保电池容量不随低温衰减。

张建华表示,针对锂离子电池先天硬伤,换电模式有逐一化解的技术手段。

充电时间长问题,采用换电模式,5-10分钟完成换电,换电速度可以和燃油车加油相比。

对于0度以下不能充电的问题,在换电站增加保温功能,使动力电池系统始终保持在23度,误差在0.5度的范围内。

面对低温电量衰减问题,换电站可增加保温功能,电池系统保温在23度左右,让电池容量始终保持在100%不衰减!

对于锂离子电池模组一致性差及续驶里程衰减难题,可在换电站增加均衡修复功能,每一次换电的动力电池系统,都对电池指标进行刷新,使电量、电池容量SOC、电池健康指数SOH均保持在100%,让续驶里程按正常规律逐步衰减,满足主机厂的承诺要求。

张建华表示,通过充换电一体化措施的实施,可以彻底解决动力电池系统在实际应用过程中存在的四大问题,确保动力电池使用的全寿命周期。

四、充换电一体化盈利模式探寻

张建华指出,对于一体化充换电站模式特点,可根据不同的充电现场应用场景,做不同规模的换电站,目前阶段,可结合搭建换电修复站。

对于盈利模式,张建华表示车电分离有自己的优势,其一与燃油车相比车价有优势,其二是电池采用租赁方式,可以与电池租赁方分利润。

在经营上,要有跨界思维方式,向纵向的上下游要利润,也可向横向的充换电模式要利润。第一阶段,换电维护站可以与电池售后维护分利润。第二阶段,换电站可采用充换电一体站,与电池的维保分利润。

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