超级高效加电站项目研发

张修铨 臧晨希 凌武 胥景耀 赵舒然

摘 要：超级高效加电站采用一整套的管理系统和高新的充电、换电技术，在合适的地方创立一所雏形超级高效发电站。这种加电站不只给汽车充电，而且给它们快速充电，在必要的时候，会提供更换电池的服务，以解决现在新能源汽车充电慢、换电难的问题。

关键词：超级高效加电站 快速充电 电池更换

中图分类号：TM31 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）02（a）-0106-02

在石油日益缺少的今天，汽车的燃油问题被提上了日程，在雾霾日益严重的中国，环境保护的问题也被放到了台面上，所以，我们在发展新能源汽车，电池汽车就是其中一种。而目前，电动汽车所面临的问题就是，电池的续航能力不足。纵观中国境内，没有一座技术体系完整的加电站。因为这种情况，许多人有电动汽车却也无法走出门。

结合以上问题，我们提出了这个项目来解决这一问题，我们所构想的超级高效加电站就是为电动汽车提供高效充电的服务。加电站会采用一整套的管理系统和高新的充电技术，在合适的地方创立一所雏形超级高效发电站。这种加电站不只是给汽车充电，而且是给它们快速充电，在必要的时候，会提供更换电池的服务，不是以旧换新，而是以更换电池的方式达到超级高效的效果，用真诚的服务换取顾客的信任。在这所发电站的基础之上，完善超级高效加电站的管理系统，优化我们的充电技术，同时将这一项目散播到中国的更多地方，来解决现阶段面临的石油压力和雾霾问题，这是我们做这个项目的根本所在。

当前，电动汽车的能源供应可分为插充和换电池2种模式，充电这一环节，限制电动汽车发展的电池问题十分突出：一方面购买电池的经济投资成本太大，一般占到电动汽车本体费用的一半以上，高额的电池成本在很大程度上阻碍了电动汽车的推广；另一方面充电时间太长，与当前传统能源汽车的加油或者加气相比其获取能源的便捷性暂时不能满足人们的需要。同时快充对电池有较大损伤，造成电池寿命快速降低，因此实际上也进一步增加了电动汽车的电池成本。

首先我们认为充电桩技术落后、运营管理难和建设使用成本高是造成电动汽车充电难的主要原因。

桩车不匹配是导致充电难的重要原因，由于前期电动汽车行业的充电标准不统一，我国各类电动汽车的储能电池容量和充电倍率各不相同，对充电机输出功率要求差异大，难以满足各类电动汽车的充电需求，给车主带来不便。

其次，分散式充电桩的运营维护难度很大。由于过于分散，人为现场运营管理困难，另一方面，由于维护困难，充电桩故障率极高，车辆在充电桩上充不上电、电流不正常、充电枪拔不下来等现象时有发生。

随着动力电池技术的快速发展，未来电动汽车对充电系统智能化与便捷性的需求也将越来越高，若无法解决充电设施面临的困境，将极大地限制电动汽车产业的发展。

对于这种现状我们想到了柔性矩形充电堆，如果将这一技术应用于汽车的高效加电中，这一情况会有极大的改善。

柔性矩阵充电堆技术能将电动汽车充电站内全部或部分智能充电模块及监控系统集成在一起，利用计算机控制技术对智能充电模块进行集中控制及动态分配，为电动汽车动力电池提供电能。这一技术有望提升充电桩利用率，减少大量的浪费。

相对传统的充电桩，柔性矩阵充电堆具有以下特点。首先，柔性矩阵充电堆技术可以根据车辆的充电需求，自动识别并分配所需的最大充电功率，确保每台电动汽车都能以最大功率充电，这就满足了电动汽车未来“电池升级”的需求，避免了充电桩设施的重复建设。

其次，相对分散的充电桩而言，集中式的柔性矩阵充电堆运营难度大大降低。柔性矩阵充电堆技术利用一个充电柜，同时可以满足10余个充电桩的电力供应，安排专人现场维护管理，建成类似于燃油车加油站的电动汽车“加电站”。这可以避免燃油汽车占据充电桩位，并及时排查故障。

对于急用来不及充电的客户，我们必须提供更换电池的服务，但这一项服务已面临着许多问题，我们对这些问题进行了逐一的分析。

（1）电池布置问题。各家企业的电池布置的看法和侧重点不同。VW等企业电池的能量密度比较高的，一般喜欢把电池放在后备箱偏下位置，比亚迪铁电池的体积和重量都比较大，是布置在整个底盘位置。这两个位置都不是能够顺畅换电的位置。此外，还有电池的冷却问题，不同的企业策略也有很大的差异。所以说本身电池的能量密度、体积、重量、构架布置的差异过大，无法实施统一标准。

（2）电池接口。接口问题也有明显的差异。如何能够在插拔更换方便与有效固定平衡，更重要的还有碰撞安全之间平衡。

（3）用户体验的问题。电池的衰竭问题始终没有有效解决，高能锂电池安全的问题也有犹豫，那么换电的时候怎么评估电池的影响，怎么核算费用，如果发生安全问题，谁来承担安全责任，等等，都是其中所面临的问题。

针对以上问题我们整体破解瓶颈的思路如下。

车辆制造要建立标准统一的便于快速更换电池的结构设计，可以由汽车制造厂商共同出资研发制定，成果共享。车辆要建立唯一的能够通过计算机识别的身份IC卡，并固结至电机中保证不易被更换。IC卡可由厂家联合开发，也可由国家统一制定。

电池生产同样要建立统一的标准，采用标准化模块化设计和生产并适合于快速更换。每个模组电池同样要设置唯一的可被计算机识别的IC卡。

充电及换电池管理要设立标准统一的充换电站，全部采用统一的计算机识别与控制和网络管理。电池充电与车辆更换电池全部在站内进行，不再设置公共和私人充电桩，取消车辆外部充电接口（降成本）。可防止用户误操作，有效保护车辆及电池安全，并实现可控管理。

充换电网络管理系统需要开发服务器端和客户端计算机网络管理系统并实现全国联网，通过计算机识别网络确认确保充电换电池的有效和可靠管理。

充換电站采用政府采购与民间资本或PPP模式进行建设，选址为现有加油站、停车场、高速服务区等，实现全面覆盖。

按照各种专业人士给出的信息，通过对之前的电池价格走势分析，电池价格基本会每5年成本下降一半。当然如果碰到电池销量井喷和厂家竞争不断加剧，这种趋势还会加快。

国家电网汽车服务公司副总经理江冰2017年发言中提到，到2020年，汽车电池成本会下降一半。到2020年，其实也就3年的时间。理想化地猜测一下：如果是这样的话，那么再3年，又会下降一半。也就是说到2020年电池成本价格会到650元，2023年即325元。即使没有这么快速的价格降低，但越来越低的电池成本保证了我们换电的可行性，且经济方面问题也迎刃而解，所以我们认为，更换电池这一方案的可行性还是很高的。

我们不是要做只能充电的加电站，更不做电池更换集散地，我们要做的是结合车主需求的智能超级高效加电站：在车主平时需要充电时通过柔性矩阵充电堆技术对汽车进行较为高效的充电；当车主紧急使用时通过更加高效，只提升少量价格的电池更换服务来达到让车主无缝使用新能源汽车。这一双管齐下的理念既能满足车主的日常需求，也符合我们要的超级高效的目标。

参考文献

[1] 电动汽车换电模式[EB/OL].http：//baike.baidu.com/item/电动汽车换电模式/21513324？fr=aiaddin.

[2] 新能源汽车资讯[Z].2017-08-17.