第四届中国(广州)国际电池与储能技术博览会

 

暨第九届中国锂电产业峰会

 


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快充技术:从手机到电动汽车的距离有多远

发表时间:2016-01-09   浏览次数:
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当地时间2015年12月12日晚,在长达13天的艰苦谈判后,来自195个国家的代表终于就共同应对气候变化一致通过了《巴黎协定》。根据协定内容,在减缓气候变暖方面,协定指出,发展中国家应依据不同的国情继续强化减排努力,并逐渐实现减排或限排目标。

 

  当地时间2015年12月12日晚,在长达13天的艰苦谈判后,来自195个国家的代表终于就共同应对气候变化一致通过了《巴黎协定》。根据协定内容,在减缓气候变暖方面,协定指出,发展中国家应依据不同的国情继续强化减排努力,并逐渐实现减排或限排目标。

  在中国,节能减排的一项重要举措,便是大力推动新能源汽车尤其是电动车的普及。然而,电动车在中国面临的最现实的障碍便是充电问题。

  如果电动车可以实现快速充电呢?

  可见的事实是,中国的手机厂商已在快速充电领域率先突破,甚至,距“秒充”这一终极目标已不再遥远;与此同时,汽车快速充电也越来越接近“立等可取”。

  手机突破了什么

  “与日渐成熟的硬件配置相比,续航问题是手机厂商的一大痛点,也是用户吐槽最多的问题。”OPPO R7产品经理李胜告诉《瞭望东方周刊》,在智能手机时代,这一问题尤为突出。

  早在2013年,OPPO在推出Find 5手机后就意识到了这一问题。彼时,Find 5手机第一次采用1080P屏幕。虽然这种屏幕能带来极好的视觉体验,但随之而来的一个更现实的问题,就是续航能力大大降低。

  随后,OPPO开始在原有技术积累的基础上研发快充技术。2014年3月,OPPO推出了首款搭载VOOC闪充技术的Find7手机。这款宣称“充电30分钟可达75%电量”的手机一经推出就备受消费者喜爱。

  此后,OPPO又相继推出了N3、R5、R7等多款带有快充技术的智能手机,市场反响均不俗。与此同时,OPPO手机的快充效率也从最开始的“充电30分钟可达75%电量”达到现在的“充电5分钟通话2小时”。2015年初,OPPO决定在2000元以上的手机产品中均开始搭载VOOC闪充技术。截至目前,搭载了VOOC闪充的手机累计销售量已接近1500万台。作为国内第一个推出带有快充技术的手机厂商,OPPO在快充领域的技术实力和技术积累早已走在行业前列。

  OPPO快充项目负责人告诉《瞭望东方周刊》,其实Find 7手机标称的“充电30分钟可达75%电量”是一个保守说法,是产品测试中所得的最低充电效率,“实际上很多产品的效率都要比这个高。”

  其实,为了提高手机续航时间,不少手机厂商曾尝试通过加大手机电池容量来解决续航能力。如金立通过加入两块3000mAh的锂电池,使手机具备了6000mAh的电池容量,直接提升了手机续航能力。

  但由此造成手机过重、过厚,并不符合手机超薄便携的发展趋势。也因如此,这种放入两块大容量电池的方案并没有被广泛采用,多数手机厂商仍坚持使用一块电池,但将容量大大提高。

  在OPPO工程师看来,目前市场上的各类快充方案存在的比较突出的问题是发热。手机充电过程是通过电压电流转换来实现的,保证安全的前提下寻求更高效的转换技术本身就是行业瓶颈。

  “手机充电时转换效率基本在80%左右,最多也就90%,这就意味着还有10%没有转换的能量会变成热量。”上述OPPO工程师说,这部分热量导致手机发热。由此可能引起用户对于安全问题的担忧。“如果不能保证安全,再高效的快充技术都是无用的。”

  高压还是低压

  前述OPPO工程师告诉本刊记者,在研发快充技术的过程中,曾实验过很多方案,包括目前市场上亦有广泛应用的高压方案和研发难度更大的低压方案,但为了追求更高的安全性和更好的用户体验,OPPO最终选择了后者。

  他说,OPPO的闪充技术使用的是更接近于锂电池极限电压的标准5伏电压,这一电压比高压快充方案低很多,“但却能在保证快充效率的同时,保证手机充电过程中更好的安全性。”

  由此,OPPO成为目前市面上唯一使用低压快充技术的手机厂商。

  不过目前高压快充领域也发展很快。全球两大手机芯片厂商高通和联发科推出的快充解决方案都属于高压技术。

  高通早在2013年初就通过收购快充技术的持有者——Summit Microelectronics,推出了快充技术Quick Charge 1.0。但由于当时技术可能不成熟,采用该方案的手机厂商寥寥无几。次年,高通又推出了更加成熟的2.0版本,该版本支持10W的充电功率,并且将最大充电功率增至36W。

  2015年10月,高通再次更新了其快速充电技术,推出3.0版本。这一版本将快充速度提高了72%,使得一部普通手机从零电量充至80%只需35分钟左右,而不具备Quick Charge的传统移动终端通常需要1.5小时左右。

  而联发科也在2015年7月推出了类似的高压快充技术——Pump Express Plus,魅族最新旗舰机MX5采用的正是这一技术。

  然而,业内人士认为,无论是高通的快充方案还是联发科的快充方案,都只是提供了一个接口协议,更多工作仍需厂商自己完成。

  据本刊记者了解,无论是高压还是低压快充技术,都需要厂商具备相应的技术实力,就现实而言,很多手机厂商并无快充技术的研发实力,这令很多厂商无法在终端产品上使用这种技术。

  2015年12月10日,北京西站大型充电站正式建成投入使用,建设规模为100根充电桩(50根快充桩,50根慢充桩)

  交流还是直流

  相较于手机电池的小巧,汽车电池体积、质量要大得多。生活场景中的220V插座,完全可以满足手机充电的电压要求,但对于动辄行驶上百公里的大型汽车,则显得捉襟见肘。

  “储能的极限使得充电桩的需求大量出现,而这些配套设施的投入极大,需要占用大量的社会资源。如果充电技术足够先进,本也可以弥补基础设施不足的致命伤,但目前看来,电动车充电方式并没有革命性的变化。” 中国科学院广州能源研究所所长吴创之对《瞭望东方周刊》表示。

  目前,市场上推行的汽车充电桩分为直流充电桩和交流充电桩两种。所谓的交流电动汽车充电桩,可以满足“慢充”的基本需求。相对而言,轻便、易于安装,与日常生活中的交流电网连接即可。

  交流充电桩只提供电力输出,没有充电功能,需连接车载充电机为电动汽车充电。相当于只是起了一个控制电源的作用。

  “车回到家里或者单位,快充没有意义嘛!”比亚迪副总裁罗红斌告诉《瞭望东方周刊》,交流充电设备很容易与生活场景对接,所以重点推进小区跟单位的交流桩的设备。现有技术,完全可以满足这部分需求。

  在此基础上,如果人们仍然追求更快的充电速度,就要运用到直流充电。直流电动汽车充电站,是固定安装在电动汽车外与交流电网连接,为非车载电动汽车动力电池提供直流电源的供电装置。也就是将普通电网的交流电转换为直流电,再进行作业。

  罗红斌介绍说,住宅、小区、单位等常见单位,整个输电线路、配点网络等已经布置完备,转换成直流电,必须再单独拉线,以满足直流电工作要求。

  直流充电桩采用三相四线制供电,可以提供足够的功率,输出的电压和电流调整范围大,可以实现快充的要求。

  “100千瓦要一个充电柜,还要配电的设施。一个站点还要搞好几个。” 罗红斌说,在如此苛刻的要求下,充电时间已经压缩了非常多。目前最新款的充电设备,可以实现15~20分钟的快速充电。

  15~20分钟的充电时间,已经是非常大的跨越。“抽根烟的时间,在高速公路上休息一会儿,也就差不多需要十几分钟。”罗红斌说。

  他坦言,没想到技术发展速度如此迅速,短短几年时间,充电速度就出现了翻倍提升。以至于又出现一个新问题,3~5年前配置的充电桩已经非常落后。适应不了现在的技术要求。

  吴创之认为,充电技术的提升,可以降低基础设施的成本。“电动汽车推广难,看似属于公共服务范畴的社会问题,归根结底,还是应归咎于技术问题。”

  石墨烯“狂想”

  更进一步的指数级提升,许多人寄希望于新材料的运用。快速充电状况下,短时间内会散发出热量,如果热量不能及时释放,就会影响电池寿命,如果充电频率达不到,快速充电也就失去了意义。

  “在实验室达到秒充效果,就要把手指粗的导线,换成胳膊粗的才可以。” 罗红斌介举例说,对于大功率电动汽车的电池而言,快速充电还有进一步的提升空间,跨入到10分钟时代也在预期范围内,但是实现秒充,在短期内并不现实。

  或许石墨烯是个不错的研究方向。“原理上看,是这样的,石墨烯能效很高。” 罗红斌认为,比亚迪对各种类型的电池研究都有持续的投入,目前来看,石墨烯潜能最大。但是距离投放市场仍有许多技术难题需要克服。

  近来,石墨烯电池引发外界关注。按照华为的说法,这种电池可以大大提高手机的充电效率,实现快充。   “我们对石墨烯电池也非常期待,不过这项技术还处在实验室阶段,量产可能没有那么快,最乐观的现实是传统的锂电池也能实现快充。”前述OPPO工程师说,电池并不是实现快充的唯一途径,也不是其瓶颈,“快充需要的是一个整体解决方案,而非某一个部件的单独改变。”