電動汽車 | 淺析車載動力電池 大功率快充不是EV的萬能藥

談到新能源汽車自然就會談到動力電池，而電池這個(gè)東西對于我們大多數(shù)人來說又是個(gè)既熟悉又陌生的存在。熟悉的是電池存在于我們身邊方方面面的應(yīng)用之中，陌生的則是它的來龍去脈、脾氣秉性。而大規(guī)模應(yīng)用于新能源汽車的三元鋰離子則是一個(gè)不斷更新的電池體系，涉及了物理學(xué)與化學(xué)的諸多研究領(lǐng)域。這就使得人們對于鋰電池更加缺乏深入理性的了解，而這個(gè)文章將試圖將車載動力電池的相關(guān)問題做一個(gè)淺顯的介紹，希望能對朋友們有所幫助。

充電速度慢，特別是相對于燃油車幾分鐘加滿油箱的體驗(yàn)來說落差過大，是當(dāng)前新能源車的一個(gè)重要痛點(diǎn)。而針對這個(gè)問題，很多宣傳中都將快充作為了車輛的一個(gè)重要指標(biāo)。快充確實(shí)能提升電動車的使用便利性，但我們也應(yīng)該認(rèn)識到快充同樣也帶來了一系列的問題。

一、快充的問題

對于充電，我們的要求其實(shí)很簡單：快速、高效、安全。用通俗的話講就是不出危險(xiǎn)、不傷我電池的情況下盡可能快的充電，充電過程中也不要浪費(fèi)。而快充所包括的參與者則包括了電池、充電機(jī)和配套設(shè)施，那么討論快充自然離不開這三個(gè)參與者。

1、快充倍率

首先，我們的先明確一下到底啥叫快充。行業(yè)里對于快充的定義并不是看具體的充電功率，而是依據(jù)一個(gè)叫充電倍率的指標(biāo)，單位是C。充電倍率通俗的說就是一塊電池要用一小時(shí)的幾倍時(shí)間充滿，1小時(shí)充滿是1C、2小時(shí)充滿是0.5C而半小時(shí)充滿就是2C。按照早前的國際推薦標(biāo)準(zhǔn)，超過0.1C的倍率就可稱之快充了。而在當(dāng)前的電動汽車中，國家層面在商用車標(biāo)準(zhǔn)是3C，而乘用車則差不多在1.6C才能稱之為快充。但目前乘用車的快充倍率在1C-1.2C左右。

所以，一輛帶電量60kWh、充電功率60kW的車和一輛帶電量40kWh、充電功率50kW的車相比，真的是50kW充電功率的車的快充能力更強(qiáng)。

2、快充的參與者

電池、充電機(jī)和配套設(shè)施，從實(shí)施難度上看充電機(jī)相對容易，而電池和配套設(shè)施方面則都面臨著令人頭疼的現(xiàn)狀。、

目前國內(nèi)外都有大功率快充樁的消息不斷傳來，而其自身的主要問題其實(shí)不過是如何商業(yè)化、如何平衡成本。而更多的問題則是什么樣的電池能承受這么大的充電倍率（目前乘用車最大帶電量也就100kWh，而500kW的充電帶來的將是5C的充電倍率），和如此大的突發(fā)用電功率如何做好電網(wǎng)配套。

電池

先說鋰電池，這是一種比較新興的二次電池（也就是俗稱的充電電池，是多次循環(huán)使用的；相對應(yīng)一次性的干電池則是一次電池），由于其相對適用于大倍率充放電的特性而廣泛應(yīng)用于當(dāng)前的新能源汽車領(lǐng)域。

而我們所需要的快充能力則就是建立在鋰電池的理化結(jié)構(gòu)特性的基礎(chǔ)上的，是有其內(nèi)在科學(xué)規(guī)律的，不可能憑空而來的“放衛(wèi)星”。鋰電池快充需要在在電池整體的各個(gè)環(huán)節(jié)中都下功夫，主要包括正極、負(fù)極、電解液、隔膜和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。其中正極材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面目前是瓶頸最小的部分，而負(fù)極、隔膜、電解液這三者都在快充與安全、壽命等方面存在著嚴(yán)重的矛盾。

負(fù)極方面，而快充大電流帶來負(fù)極迅速接納鋰的壓力變大，進(jìn)而生成鋰枝晶的傾向變大。因此快充時(shí)負(fù)極不僅要滿足鋰擴(kuò)散的動力學(xué)要求，更要解決鋰枝晶生成傾向加劇帶來的安全性問題，所以快充電芯實(shí)際上主要的技術(shù)難點(diǎn)鋰離子在負(fù)極的嵌入。受限于成本目前仍以石墨為主。雖然石墨綜合的加工性能、能量密度方面都比較優(yōu)秀，但其表面對于電解液較為敏感的缺點(diǎn)也對快充時(shí)、特別是枝晶生長造成隔膜破裂后的的電池安全造成了不利影響。

電解質(zhì)對于快充鋰離子電池的性能影響很大。要保證電池在快充大電流下的穩(wěn)定和安全性，電解液要做到不能分解、導(dǎo)電率要高、對正負(fù)極材料是惰性的，不能反應(yīng)或溶解。如果要達(dá)到這幾個(gè)要求，關(guān)鍵要用到添加劑和功能電解質(zhì)。具體到三元鋰電池則必須向其中加入各種抗高溫類、阻燃類、防過充電類的添加劑保護(hù)，才能一定程度上提高其安全性。

而隔膜則是隔離正負(fù)極、避免內(nèi)部短路的關(guān)鍵，而快充則對隔膜的安全性與壽命造型了相當(dāng)?shù)膲毫ΑＬ貏e是近年來國內(nèi)有些企業(yè)因過度追求單體能量密度而大幅度的降低隔膜厚度，使得隔膜對于枝晶穿刺等的應(yīng)對能力出現(xiàn)了一定隱患。

需要注意的是有一種情況，枝晶的積累穿刺瀕臨界限甚至已經(jīng)產(chǎn)生了眾多的微短路，但其所產(chǎn)生的熱在慢慢提高電池溫度卻還未高到讓材料燃燒、產(chǎn)生的氣體也未足以撐破電池外殼。這時(shí)，經(jīng)過一段時(shí)間后，電池才會發(fā)生爆炸。這也是我們目前很難精確預(yù)報(bào)電池起火的原因之一。

電池充電中還有一個(gè)關(guān)系到用戶的實(shí)際利益問題，就是快充會造成很大程度的“浮電”問題，也就是我們常說的快充后的電池不耐用。所以在電池技術(shù)取得重大進(jìn)步前，電池在保證自身綜合性能平衡的前提下，快充性能不可能出現(xiàn)飛躍式的進(jìn)展。

配套設(shè)施

快充最重要的配套需求就是電網(wǎng)適配。無論的巨大的用電量還是突發(fā)用電功率都對現(xiàn)有電網(wǎng)構(gòu)成了重大的壓力，而總所周知電網(wǎng)的適配能力是非常有限的，不可能無限制的應(yīng)對發(fā)展越來越迅速、基數(shù)越來越龐大的新能源汽車的快充需求。

所以，快充是不可能成為主流充電形式的，“慢充為主、快充應(yīng)急”將是很長一段時(shí)期內(nèi)的新能源車充電的主要生態(tài)。

二、充電的未來發(fā)展

其實(shí)我們追求快充的根本是對于電池車使用便利性的追求，而便利性提升的途徑并不僅僅是快充。

未來的充電很可能是由有線慢充、有線快充、無線慢充、無線快充、快速換電等形式，其中無線充電將與自動駕駛技術(shù)深度融合。

隨著電動汽車的保有量的大幅度增長，未來發(fā)展新能源汽車的一個(gè)附加價(jià)值將得到重大發(fā)展，那就是通過V2G（車與電網(wǎng)的互聯(lián)互動）實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)的調(diào)峰調(diào)頻，這將產(chǎn)生重大的社會效益。僅就車主個(gè)人而言，自己的私家車將會作為一個(gè)小型的儲能站，不但會大大降低用車費(fèi)用，甚至還有可能有一定的額外收益。

結(jié)語：

歷史早已證明一個(gè)盲從群體的破壞性與寬容度都是令人心驚的，而一個(gè)成熟、理性的汽車市場與用戶群體對于主機(jī)廠的長遠(yuǎn)健康發(fā)展是有益的。值此汽車行業(yè)的大變革、大轉(zhuǎn)型的時(shí)期，也正是引導(dǎo)、培育我國健康的汽車市場良好時(shí)期，適度、準(zhǔn)確的信息傳播才是正確做法。對于快充這個(gè)事情，同樣如此。