破除快速充電技術瓶頸需從四方面發力

賀昕

制約電動汽車發展和普及的最關鍵問題之一，是儲能電池的性能與應用水平。電動汽車快速充電技術作為一個新的科技領域，已引發世界各國紛紛投入，通過研制新材料、軟件定義電池等方式，解決充電時間長、續航里程短等難題，并基于快速充電技術構建汽車電動化的城市。

國外快速充電技術發展現狀

⒈動力電池和材料產業成熟。新能源材料和動力電池是電動汽車走向普及的關鍵。國外主要電池材料企業擁有先進的自主核心技術，生產規模較大，電池產品一致性好，使用壽命長，動力鋰電池被稱為“新時代的汽油”。全球鋰電正極材料目前是中、日、韓三國鼎立。其中，日、韓兩國鋰電正極材料產業起步早，已占據鋰電正極材料市場的高端領域。日本同時也是鋰電池負極材料和隔膜材料的主要產銷國，全球動力電池企業的負極采購主要來自日本。整體而言，日、韓的高功率動力電池競爭力強，對電池材料的能量密度、成本和安全控制都比較好，生產管理控制更為規范。

⒉借助聯盟與開放集聚優勢。一方面，新能源汽車整車生產企業和電池研發生產企業緊密結合，正在共同研制新能源汽車充電技術。比如，特斯拉汽車采用的就是松下18650 電池。除了與松下形成戰略盟友關系外，特斯拉還與微軟合作研發“軟件定義電池”，攜手進軍快速充電領域。另一方面，通過共同發布電動汽車充電標準，鞏固聯盟陣營。目前，全球直流快速充電領域有三大陣營。第一陣營是包括豐田、日產、三菱等日本公司在內的CHAdeMO 連接標準。現有超過430 家汽車制造商、充電器制造商等企事業團體加入，在全球范圍分布最廣泛，充電樁數量最多。第二陣營是福特、通用汽車、大眾、保時捷等歐洲品牌支持的SAE J1772 國際標準。SAE 標準與家用電力線網絡聯盟的（HomePlug）結合，使動力充電可以融入未來的智能電網，兼容性強，潛力巨大。第三陣營則有電動轎跑車制造商特斯拉、電動客車企業普羅泰拉等廠商，倡導開放各自的快充專利技術。專利開放模式旨在通過產業壟斷形成事實標準。無論聯盟還是開放，其目的都是借推廣技術之名，行拓展市場之實。

⒊新材料新技術不斷突破。快速充電技術主要包括提高電池材料性能、改善電池組整體能力、增加電池管理系統智能化等策略。基于新型材料的充電電池改善了物質的儲能特性，充電效率大大提高，各電池企業加快新型技術的實用化進程，電動汽車的快速充電前景廣闊。

比之短期內電池新材料的發現、研制與技術突破的高難度，采用多種能源有效結合，以軟件方式改善電池管理等模式成為提升快速充電能力的新形態。在特斯拉的快速充電解決方案中，光伏發電組件扮演了至關重要的角色。特斯拉超級充電站采用CIGS（銅銦鎵硒）薄膜太陽能光伏技術，并借助電網的支持來平衡光伏發電的供給以滿足汽車充電的需求。微軟和特斯拉還聯合研發“軟件定義電池”，即通過智能電池管理系統有效控制設備中的混合配臵電池，延長電動汽車的電池續航能力。

⒋充電設施建設全面普及。整車開發與充電基礎設施建設是電動汽車得以普及的兩條腿。目前，美、日等國都在積極推動本國乃至全球范圍內的充電基礎設施建設。

在日本，遍布各地的加油站甚至便利店的快速充電設施由“日本充電服務公司”統一運營，所有充電樁的接口都要求標準化，以便于適應日本市場的所有電動車。在美國，傳統的四大充電樁服務商ChargPoint、ECOtality、NRG、Xatori 的充電網絡，加上新秀特斯拉的太陽能超級充電站，投入使用的電動汽車充電樁已超過5 萬個。其中，特斯拉在全球已建有3608 座超級充電站，我國境內就有7 座。

我國快速充電技術發展面臨的瓶頸

⒈動力電池與材料整體能力滯后。動力電池快速充電產業鏈包括從材料到電池、電池組與電池管理系統等上下游環節。

我國動力電池整體技術和產業能力薄弱。表現之一是缺乏自主核心技術。在鋰離子動力電池、鎳氫動力電池等領域已形成系列產品，但部分材料如動力電池隔膜和關鍵生產設備仍依賴進口。表現之二是，有些國內企業產品仍處于低端。鋰電池企業技術水平不一，產品一致性較差，電池在安全性、可靠性上與國際先進水平差距不小。表現之三是，新材料的商業化尚需時日。目前廠家宣傳的石墨烯電池實際上是在傳統鋰離子電池里添加了石墨烯材料，對全石墨烯電池的研究還停留在實驗室階段。

⒉現有動力電池材料體系單一。鋰離子電池是目前最先進、最具商業前景的綠色動力電池，也是我國動力電池的主要類型，近年來得到迅速發展。我國鋰電池負極材料主要采用石墨，過充時易析出鋰枝晶造成電池短路，因而鋰電池本質上并不適于快充快放。可見，我國在動力電池材料技術上取得突破已成為當務之急，且材料體系的多樣化也有待完善。

⒊電池管理系統尚未產業化、智能化。電池管理系統（BMS）是電動汽車最核心、最重要的部分。我國BMS 產品能支持示范車型配套，但在技術先進性、產品一致性和可靠性，以及系統集成能力等方面，技術參數與標準缺失，整體性能尚未達到產業化要求。

同時，國內整車行業對BMS 缺乏設計和生產經驗，一般是委托專業廠商或高校開發相關系統，而后者由于缺乏實際運行數據的積累，對電池內部規律研究不夠深入，產品性能因此大受影響。此外，動力電池成組技術在熱管理、均衡、空間利用率等方面，與國外企業相比也存在較大差距。

⒋快充標準和快充設施建設任重道遠。“標準”是左右電動汽車發展前景的關鍵因素。對規范和促進充電設施的健康發展、促進電動汽車規模發展而言，充電設施的標準化具有重要作用。電動汽車市場充電標準的不統一帶來了車樁不匹配、不兼容等問題，車樁的互聯互通水平較低。