破除快速充电技术瓶颈需从四方面发力

贺昕

制约电动汽车发展和普及的最关键问题之一，是储能电池的性能与应用水平。电动汽车快速充电技术作为一个新的科技领域，已引发世界各国纷纷投入，通过研制新材料、软件定义电池等方式，解决充电时间长、续航里程短等难题，并基于快速充电技术构建汽车电动化的城市。

国外快速充电技术发展现状

⒈动力电池和材料产业成熟。新能源材料和动力电池是电动汽车走向普及的关键。国外主要电池材料企业拥有先进的自主核心技术，生产规模较大，电池产品一致性好，使用寿命长，动力锂电池被称为“新时代的汽油”。全球锂电正极材料目前是中、日、韩三国鼎立。其中，日、韩两国锂电正极材料产业起步早，已占据锂电正极材料市场的高端领域。日本同时也是锂电池负极材料和隔膜材料的主要产销国，全球动力电池企业的负极采购主要来自日本。整体而言，日、韩的高功率动力电池竞争力强，对电池材料的能量密度、成本和安全控制都比较好，生产管理控制更为规范。

⒉借助联盟与开放集聚优势。一方面，新能源汽车整车生产企业和电池研发生产企业紧密结合，正在共同研制新能源汽车充电技术。比如，特斯拉汽车采用的就是松下18650 电池。除了与松下形成战略盟友关系外，特斯拉还与微软合作研发“软件定义电池”，携手进军快速充电领域。另一方面，通过共同发布电动汽车充电标准，巩固联盟阵营。目前，全球直流快速充电领域有三大阵营。第一阵营是包括丰田、日产、三菱等日本公司在内的CHAdeMO 连接标准。现有超过430 家汽车制造商、充电器制造商等企事业团体加入，在全球范围分布最广泛，充电桩数量最多。第二阵营是福特、通用汽车、大众、保时捷等欧洲品牌支持的SAE J1772 国际标准。SAE 标准与家用电力线网络联盟的（HomePlug）结合，使动力充电可以融入未来的智能电网，兼容性强，潜力巨大。第三阵营则有电动轿跑车制造商特斯拉、电动客车企业普罗泰拉等厂商，倡导开放各自的快充专利技术。专利开放模式旨在通过产业垄断形成事实标准。无论联盟还是开放，其目的都是借推广技术之名，行拓展市场之实。

⒊新材料新技术不断突破。快速充电技术主要包括提高电池材料性能、改善电池组整体能力、增加电池管理系统智能化等策略。基于新型材料的充电电池改善了物质的储能特性，充电效率大大提高，各电池企业加快新型技术的实用化进程，电动汽车的快速充电前景广阔。

比之短期內电池新材料的发现、研制与技术突破的高难度，采用多种能源有效结合，以软件方式改善电池管理等模式成为提升快速充电能力的新形态。在特斯拉的快速充电解决方案中，光伏发电组件扮演了至关重要的角色。特斯拉超级充电站采用CIGS（铜铟镓硒）薄膜太阳能光伏技术，并借助电网的支持来平衡光伏发电的供给以满足汽车充电的需求。微软和特斯拉还联合研发“软件定义电池”，即通过智能电池管理系统有效控制设备中的混合配臵电池，延长电动汽车的电池续航能力。

⒋充电设施建设全面普及。整车开发与充电基础设施建设是电动汽车得以普及的两条腿。目前，美、日等国都在积极推动本国乃至全球范围内的充电基础设施建设。

在日本，遍布各地的加油站甚至便利店的快速充电设施由“日本充电服务公司”统一运营，所有充电桩的接口都要求标准化，以便于适应日本市场的所有电动车。在美国，传统的四大充电桩服务商ChargPoint、ECOtality、NRG、Xatori 的充电网络，加上新秀特斯拉的太阳能超级充电站，投入使用的电动汽车充电桩已超过5 万个。其中，特斯拉在全球已建有3608 座超级充电站，我国境内就有7 座。

我国快速充电技术发展面临的瓶颈

⒈动力电池与材料整体能力滞后。动力电池快速充电产业链包括从材料到电池、电池组与电池管理系统等上下游环节。

我国动力电池整体技术和产业能力薄弱。表现之一是缺乏自主核心技术。在锂离子动力电池、镍氢动力电池等领域已形成系列产品，但部分材料如动力电池隔膜和关键生产设备仍依赖进口。表现之二是，有些国内企业产品仍处于低端。锂电池企业技术水平不一，产品一致性较差，电池在安全性、可靠性上与国际先进水平差距不小。表现之三是，新材料的商业化尚需时日。目前厂家宣传的石墨烯电池实际上是在传统锂离子电池里添加了石墨烯材料，对全石墨烯电池的研究还停留在实验室阶段。

⒉现有动力电池材料体系单一。锂离子电池是目前最先进、最具商业前景的绿色动力电池，也是我国动力电池的主要类型，近年来得到迅速发展。我国锂电池负极材料主要采用石墨，过充时易析出锂枝晶造成电池短路，因而锂电池本质上并不适于快充快放。可见，我国在动力电池材料技术上取得突破已成为当务之急，且材料体系的多样化也有待完善。

⒊电池管理系统尚未产业化、智能化。电池管理系统（BMS）是电动汽车最核心、最重要的部分。我国BMS 产品能支持示范车型配套，但在技术先进性、产品一致性和可靠性，以及系统集成能力等方面，技术参数与标准缺失，整体性能尚未达到产业化要求。

同时，国内整车行业对BMS 缺乏设计和生产经验，一般是委托专业厂商或高校开发相关系统，而后者由于缺乏实际运行数据的积累，对电池内部规律研究不够深入，产品性能因此大受影响。此外，动力电池成组技术在热管理、均衡、空间利用率等方面，与国外企业相比也存在较大差距。

⒋快充标准和快充设施建设任重道远。“标准”是左右电动汽车发展前景的关键因素。对规范和促进充电设施的健康发展、促进电动汽车规模发展而言，充电设施的标准化具有重要作用。电动汽车市场充电标准的不统一带来了车桩不匹配、不兼容等问题，车桩的互联互通水平较低。