张建华：从锂电池硬伤看充换电一体化建设的必要性

2020年8月3日在成都百悦希尔顿逸林酒店举行的“2020中国充电设施建设运营专题大会”取得圆满成功。本次大会由成都新能源汽车产业推广应用促进会、电车资源主办成都绿色智能网联汽车产业生态圈联盟协办，获得成都市经济和信息化局支持和指导。行业资深专家、电车资源技术总顾问张建华发表了《从锂电池硬伤看充换电一体化建设的必要性》的主题演讲。

一、锂电池的先天硬伤

张建华指出，锂电池存在先天硬伤，其一是锂离子电芯的三大硬伤；其二是电池模组或PACK系统存在的硬伤；其三是锂电池在实际应用中的硬伤。

锂离子电芯方面，首先与燃油车相比，新能源车充电时间过长；其次，适应区域性不广， 新能源车0度以下不能充电，这导致新能源车在华北地区、东北三省推广不畅通。

第三，受到冬季和严寒地区季节性限制，低温时电量衰减。例如在 25度的气温下，电量为100%；当温度降为0度时，电芯衰减至90%；当温度降至-25度时，电芯衰减至70%。

电池模组或PACK系统方面，磷酸铁锂在正常情况下电芯循环寿命是3000次，模组和PACK系统循环关系理想值是大于90%-95%，循环数是2700次-2850次。

而实际上，根据5年20万公里质保，按每天一次来算，模组寿命为1500次 （SOC80% ）便足够使用了。模组寿命循环数仅为电芯寿命的50%，所以电芯有很大的残值空间可以挖掘。

目前存在的状况是当车辆使用一年，电芯用了300次以后，便开始出现动力电池电量衰减状况，其主要的原因是动力电池的一致性保障措施不完备。

实际应用方面，主机厂承诺5年20万公里品质保证，理论值成立，但实践证明有缺陷。

理想情况下，按出厂指标，电量100度，续驶里程为200公里，质保5年20万公里，续驶里程衰减状况是五年衰减20%，平均每年衰减4%，而实际情况是综合温度指标，衰减情况更为突出。

二、充换电一体化建设的必要性

针对锂电池存在的硬伤需要通过什么样的技术措施来解决呢？

张建华指出，非车载充电有两种形式，一种是交流充电桩，另一种是直流充电机。交直流充电只解决了充电问题，但并未解决动力电池充电时间过长的问题。

非车载交直流充电设备及站点已成为基础建设的一部分，但投资回报周期长，投资难以回收是投资方最大的痛点。

张建华表示，对目前已经在运行车辆的电池系统，对于动力电池衰减的问题可采取临时解决方案。

首先可以每3-6个月做定期保养和维护，以此来缓解运营商和司机由于里程衰减带来的焦虑。

其二是技术方面的措施，通过技术支撑三剑客手段，包括均衡修复、动力电池一致性测评、单体电池拆解（切割）与组装（焊接）来解决动力电池一致性衰减问题，以此来保障续驶里程在质保期内品质的承诺。

张建华表示，一体化充换电站才是解决补充电量，又彻底解决锂离子电池存在的先天硬伤的终极方案。

对于终级措施，其一，可以把电动汽车动力电池PACK设计成可充电、可换电的一体化模式； 其二，可以把充电站和简易换电模式结合起来，实现良性循环的商业模式。

三、充换电一体化建设的可行性

对于充换电一体化建设的可行性问题，张建华从五个层面进行了分析：

在整车层面上，目前，整车交流充电、直流充电方案已经非常成熟；对于电池系统换电模式，也已有多种方案出台。张建华表示，目前有两种换电模式，一种是底盘换电，另一种是侧面换电。

在动力电池模组和PACK层面上，乘用车搭载单一动力电池系统模块，采用底盘换电模式；轻卡搭载两-四动力电池模块，采用两侧换电模式。

在充电站层面上，目前技术已经非常成熟，可实现标准化生产，标准化作业。张建华表示，交流充电桩方面，目前阶段为单相3.3KVA、6.6KVA，可升级为三相10KVA，20KVA，40KVA；直流充电桩方面，目前阶段为60KW(单枪)、120KW(双枪)，可根据现场情况做并联输出至240KW或更高。

在换电站层面上，换电站可设计成可充电、可换电一体化模式，为电池系统增加两个功能，其一是均衡修复功能，确保电池一致性；其二是增加温度控制功能，确保电池容量不随低温衰减。

张建华表示，针对锂离子电池先天硬伤，换电模式有逐一化解的技术手段。

充电时间长问题，采用换电模式，５-10分钟完成换电，换电速度可以和燃油车加油相比。

对于0度以下不能充电的问题，在换电站增加保温功能，使动力电池系统始终保持在23度，误差在0.5度的范围内。

面对低温电量衰减问题，换电站可增加保温功能，电池系统保温在23度左右，让电池容量始终保持在100%不衰减！

对于锂离子电池模组一致性差及续驶里程衰减难题，可在换电站增加均衡修复功能，每一次换电的动力电池系统，都对电池指标进行刷新，使电量、电池容量SOC、电池健康指数SOH均保持在100%，让续驶里程按正常规律逐步衰减，满足主机厂的承诺要求。

张建华表示，通过充换电一体化措施的实施，可以彻底解决动力电池系统在实际应用过程中存在的四大问题，确保动力电池使用的全寿命周期。

四、充换电一体化盈利模式探寻

张建华指出，对于一体化充换电站模式特点，可根据不同的充电现场应用场景，做不同规模的换电站，目前阶段，可结合搭建换电修复站。

对于盈利模式，张建华表示车电分离有自己的优势，其一与燃油车相比车价有优势，其二是电池采用租赁方式，可以与电池租赁方分利润。

在经营上，要有跨界思维方式，向纵向的上下游要利润，也可向横向的充换电模式要利润。第一阶段，换电维护站可以与电池售后维护分利润。第二阶段，换电站可采用充换电一体站，与电池的维保分利润。