張修銓 臧晨希 凌武 胥景耀 趙舒然

摘 要：超級高效加電站采用一整套的管理系統(tǒng)和高新的充電、換電技術(shù)，在合適的地方創(chuàng)立一所雛形超級高效發(fā)電站。這種加電站不只給汽車充電，而且給它們快速充電，在必要的時候，會提供更換電池的服務(wù)，以解決現(xiàn)在新能源汽車充電慢、換電難的問題。

關(guān)鍵詞：超級高效加電站 快速充電 電池更換

中圖分類號：TM31 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）02（a）-0106-02

在石油日益缺少的今天，汽車的燃油問題被提上了日程，在霧霾日益嚴(yán)重的中國，環(huán)境保護的問題也被放到了臺面上，所以，我們在發(fā)展新能源汽車，電池汽車就是其中一種。而目前，電動汽車所面臨的問題就是，電池的續(xù)航能力不足?？v觀中國境內(nèi)，沒有一座技術(shù)體系完整的加電站。因為這種情況，許多人有電動汽車卻也無法走出門。

結(jié)合以上問題，我們提出了這個項目來解決這一問題，我們所構(gòu)想的超級高效加電站就是為電動汽車提供高效充電的服務(wù)。加電站會采用一整套的管理系統(tǒng)和高新的充電技術(shù)，在合適的地方創(chuàng)立一所雛形超級高效發(fā)電站。這種加電站不只是給汽車充電，而且是給它們快速充電，在必要的時候，會提供更換電池的服務(wù)，不是以舊換新，而是以更換電池的方式達(dá)到超級高效的效果，用真誠的服務(wù)換取顧客的信任。在這所發(fā)電站的基礎(chǔ)之上，完善超級高效加電站的管理系統(tǒng)，優(yōu)化我們的充電技術(shù)，同時將這一項目散播到中國的更多地方，來解決現(xiàn)階段面臨的石油壓力和霧霾問題，這是我們做這個項目的根本所在。

當(dāng)前，電動汽車的能源供應(yīng)可分為插充和換電池2種模式，充電這一環(huán)節(jié)，限制電動汽車發(fā)展的電池問題十分突出：一方面購買電池的經(jīng)濟投資成本太大，一般占到電動汽車本體費用的一半以上，高額的電池成本在很大程度上阻礙了電動汽車的推廣；另一方面充電時間太長，與當(dāng)前傳統(tǒng)能源汽車的加油或者加氣相比其獲取能源的便捷性暫時不能滿足人們的需要。同時快充對電池有較大損傷，造成電池壽命快速降低，因此實際上也進(jìn)一步增加了電動汽車的電池成本。

首先我們認(rèn)為充電樁技術(shù)落后、運營管理難和建設(shè)使用成本高是造成電動汽車充電難的主要原因。

樁車不匹配是導(dǎo)致充電難的重要原因，由于前期電動汽車行業(yè)的充電標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，我國各類電動汽車的儲能電池容量和充電倍率各不相同，對充電機輸出功率要求差異大，難以滿足各類電動汽車的充電需求，給車主帶來不便。

其次，分散式充電樁的運營維護難度很大。由于過于分散，人為現(xiàn)場運營管理困難，另一方面，由于維護困難，充電樁故障率極高，車輛在充電樁上充不上電、電流不正常、充電槍拔不下來等現(xiàn)象時有發(fā)生。

隨著動力電池技術(shù)的快速發(fā)展，未來電動汽車對充電系統(tǒng)智能化與便捷性的需求也將越來越高，若無法解決充電設(shè)施面臨的困境，將極大地限制電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

對于這種現(xiàn)狀我們想到了柔性矩形充電堆，如果將這一技術(shù)應(yīng)用于汽車的高效加電中，這一情況會有極大的改善。

柔性矩陣充電堆技術(shù)能將電動汽車充電站內(nèi)全部或部分智能充電模塊及監(jiān)控系統(tǒng)集成在一起，利用計算機控制技術(shù)對智能充電模塊進(jìn)行集中控制及動態(tài)分配，為電動汽車動力電池提供電能。這一技術(shù)有望提升充電樁利用率，減少大量的浪費。

相對傳統(tǒng)的充電樁，柔性矩陣充電堆具有以下特點。首先，柔性矩陣充電堆技術(shù)可以根據(jù)車輛的充電需求，自動識別并分配所需的最大充電功率，確保每臺電動汽車都能以最大功率充電，這就滿足了電動汽車未來“電池升級”的需求，避免了充電樁設(shè)施的重復(fù)建設(shè)。

其次，相對分散的充電樁而言，集中式的柔性矩陣充電堆運營難度大大降低。柔性矩陣充電堆技術(shù)利用一個充電柜，同時可以滿足10余個充電樁的電力供應(yīng)，安排專人現(xiàn)場維護管理，建成類似于燃油車加油站的電動汽車“加電站”。這可以避免燃油汽車占據(jù)充電樁位，并及時排查故障。

對于急用來不及充電的客戶，我們必須提供更換電池的服務(wù)，但這一項服務(wù)已面臨著許多問題，我們對這些問題進(jìn)行了逐一的分析。

（1）電池布置問題。各家企業(yè)的電池布置的看法和側(cè)重點不同。VW等企業(yè)電池的能量密度比較高的，一般喜歡把電池放在后備箱偏下位置，比亞迪鐵電池的體積和重量都比較大，是布置在整個底盤位置。這兩個位置都不是能夠順暢換電的位置。此外，還有電池的冷卻問題，不同的企業(yè)策略也有很大的差異。所以說本身電池的能量密度、體積、重量、構(gòu)架布置的差異過大，無法實施統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

（2）電池接口。接口問題也有明顯的差異。如何能夠在插拔更換方便與有效固定平衡，更重要的還有碰撞安全之間平衡。

（3）用戶體驗的問題。電池的衰竭問題始終沒有有效解決，高能鋰電池安全的問題也有猶豫，那么換電的時候怎么評估電池的影響，怎么核算費用，如果發(fā)生安全問題，誰來承擔(dān)安全責(zé)任，等等，都是其中所面臨的問題。

針對以上問題我們整體破解瓶頸的思路如下。

車輛制造要建立標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的便于快速更換電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以由汽車制造廠商共同出資研發(fā)制定，成果共享。車輛要建立唯一的能夠通過計算機識別的身份IC卡，并固結(jié)至電機中保證不易被更換。IC卡可由廠家聯(lián)合開發(fā)，也可由國家統(tǒng)一制定。

電池生產(chǎn)同樣要建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，采用標(biāo)準(zhǔn)化模塊化設(shè)計和生產(chǎn)并適合于快速更換。每個模組電池同樣要設(shè)置唯一的可被計算機識別的IC卡。

充電及換電池管理要設(shè)立標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的充換電站，全部采用統(tǒng)一的計算機識別與控制和網(wǎng)絡(luò)管理。電池充電與車輛更換電池全部在站內(nèi)進(jìn)行，不再設(shè)置公共和私人充電樁，取消車輛外部充電接口（降成本）?？煞乐褂脩粽`操作，有效保護車輛及電池安全，并實現(xiàn)可控管理。

充換電網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)需要開發(fā)服務(wù)器端和客戶端計算機網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)并實現(xiàn)全國聯(lián)網(wǎng)，通過計算機識別網(wǎng)絡(luò)確認(rèn)確保充電換電池的有效和可靠管理。

充換電站采用政府采購與民間資本或PPP模式進(jìn)行建設(shè)，選址為現(xiàn)有加油站、停車場、高速服務(wù)區(qū)等，實現(xiàn)全面覆蓋。

按照各種專業(yè)人士給出的信息，通過對之前的電池價格走勢分析，電池價格基本會每5年成本下降一半。當(dāng)然如果碰到電池銷量井噴和廠家競爭不斷加劇，這種趨勢還會加快。

國家電網(wǎng)汽車服務(wù)公司副總經(jīng)理江冰2017年發(fā)言中提到，到2020年，汽車電池成本會下降一半。到2020年，其實也就3年的時間。理想化地猜測一下：如果是這樣的話，那么再3年，又會下降一半。也就是說到2020年電池成本價格會到650元，2023年即325元。即使沒有這么快速的價格降低，但越來越低的電池成本保證了我們換電的可行性，且經(jīng)濟方面問題也迎刃而解，所以我們認(rèn)為，更換電池這一方案的可行性還是很高的。

我們不是要做只能充電的加電站，更不做電池更換集散地，我們要做的是結(jié)合車主需求的智能超級高效加電站：在車主平時需要充電時通過柔性矩陣充電堆技術(shù)對汽車進(jìn)行較為高效的充電；當(dāng)車主緊急使用時通過更加高效，只提升少量價格的電池更換服務(wù)來達(dá)到讓車主無縫使用新能源汽車。這一雙管齊下的理念既能滿足車主的日常需求，也符合我們要的超級高效的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1] 電動汽車換電模式[EB/OL].http：//baike.baidu.com/item/電動汽車換電模式/21513324？fr=aiaddin.

[2] 新能源汽車資訊[Z].2017-08-17.