快充必然是以成本和寿命为代价的？聊聊快充那些事

满足乘用车客户的时间节奏需求，电池组最好能适应快速充电。但目前大多数电动车电池组不能满足快充的要求。经常有报道，说开发出了几分钟可以充满电的二次电池，说明电池的研究进展很快。电池根据负极材料的发展，一般在10-20年经过一次质变型变化，锂离子电池应用在电动汽车上，也就十年左右时间。研发出电池，到实现电池的批量化生产，再到适应车辆的应用需求等，还需要很长的路要走。基础理论的发展会带动和加快后续的产业化进展，适应快速充电的电池离我们可能也不远，但目前情况下还真没有特别好的适应快速充电的电动车电池组。为抢占市场，经常会碰到一些供应商乱答应一些条件，好像什么都能做，也有一些整车厂提出一些不合实际的需求。

一、千万别做超过电池自身能力的那些事

电芯的设计与制作是一个平衡过程。一各或几个性能的突出必然是以牺牲其他性能为代价的，功率性能提高，比能量必然下降。目前纯电动汽车采用的均为能量型电芯，电芯的最大充放电倍率性能一般是充电（持续）1C，放电3C。组装成电池组，肯定会打一些折扣。电芯本身就不适宜快速充电（如0.5~1h内充电80%），超出其范围内使用，会对电池本身的安全性和寿命带来巨大影响。有些人用1C持续充电，使用几次说，看，这样应用也没有问题，可以进行快充。但电芯内部电极表面状态等都已经发生了变化，安全隐患已经出现，只是还没有发生而已；电池的寿命也已经下降。

二、快充必然是以成本和寿命为代价的

（1）适应快充的电芯是有。常用的电动工具用电芯，就要快充、快放。可以0.5h或1h充电80%以上。电池的功率性能要好得多，但电芯的成本是不一样的，常规能量型电芯价格约950~1000元/KWh，功率型电芯价格至少要比其高50%。而且能量密度要低得多，用能量型电芯拿到1.0倍的补贴，用功率型电芯可能就拿不到补贴。

（2）对电池系统的要求会更高。热量的处理和温度均匀性是一个重大问题，大电流充电，温度上升速度更快（散热慢），温度一致性也会变差。

（3）对线束、连接部件、电气部件的要求更高，成本更是增加太多。适应大电流充电，就要有足够大的导流能力，线束要更粗，继电器、熔断器过流更大等。这些成本不是增加一倍的问题。

（4）电池一致性差异变化加速，寿命下降。

三、目前来说，几分钟充满电是不靠谱的事

就说以10min充满（80%），充电电流至少要6C，以常规的30-50KWh电池系统，充电功率至少要200-350KW。电网如何匹配？充电桩如何匹配？300多伏的平台电压，电流要接近上千安，动力线束要多粗？这些动力线束在电池箱内如何布置，接插件目前有无这么大电流的（成本要多高），上千A的继电器价格要是目前300A继电器的几倍，再用继电器是否合适。整个系统工程统筹考虑起来，是否能够实现。

四、一些建议

   （1） 快充，在目前成本和电芯条件下，设法实现1h内快充（充电80%）是比较合理的，再高，就有些不切合实际。

（2）目前最适宜的还是保持在0.5C以下电流进行充放电，对电芯、电池组等是最好的，使用寿命、成本、安全性等也最好。

（3）可以试验不同的充电方法。

       做技术的，是越做越怕，懂的越多越担心，总想做出一个完美的东西出来，是做技术的通病，但还没等到好的东西做出来，市场已经没有了。以前做电动车电池，和整车厂合作，通常是电芯出来，经过长时间检测、验证，再装整车上跑各一两年，整车厂才敢小批量再大批量生产推向市场。现在的感觉是只要是电池，就能拿到强检报告，拿到了就敢往车上装，装了就敢卖，反正短期内出现问题的概率很低，后面就全凭运气了，真怕一只老鼠坏了一锅汤！

在国内，目前生产好的电池系统，真的好难！要考虑的东西实在太多，不是设计不出来或者生产不出来，而是是否能满足现有客户的需求，而不是真正用户的真实需求。目前，做电池系统，需要考虑以下问题：

一、国家政策方面

1、补贴政策

目前，新能源整车厂的盈利和销量绝大部分主要靠的还是国家补贴，没有补贴，要达到这么多的销量是不可能的，国内新能源汽车市场是“成也补贴，败也补贴”，骗补就是补贴政策不完善惹的祸。原先说的每两年调整一次，现在可能每年要调整一次，政策没有连贯性。这几年，都是到11-12月份，车厂集中力量生产、上牌，其他月份基本闲置，造成零部件厂商最后两个月也供货紧张，都是怕下一年度政策有变化（补贴降低深圳没有是趋势），降低企业资金成本压力。现在新能源行业也是三角债务较多的领域之一，车厂、PACK厂、电池厂、材料厂，互压资金，等补贴资金下来。这些行业后面均会出现强者恒强，弱者淘汰出局的局面。

真正的市场需求有多大，以乘用车市场为例，目前主要客户一是出租车市场，如比亚迪、北汽等，这些市场比较集中，容易管理；二是政府单位市场需求，是政策强制要求；三是个人市场，目前主要集中在限牌、限号的大城市，客户是没有办法才选择去买新能源车，中小城市的销售基本未0。我们做新能源车或电池等行业内人士，朋友圈锂买新能源车的基本没有，都是传统燃油车。再就是一些租赁、共享等平台。物流车也基本如此，租赁或自形左右倒手运营的比较多，客车更是政府采购市场。

扯远了，其实要做好的、真正满足市场需求的车和电池系统，最好是没有补贴。

按补贴政策设计电池组，要详细国家的补贴政策，结合整车的续航里程要求、能耗要求、整车成本等，选择最适宜的补贴额度，多种因素综合统筹计算，计算除最适宜的电池组度数（最高补贴的比能量下）。

2、电池的回收

回收政策国家已经出台，但还不完善、不严厉。国家已经投入这么多资金，那么多大企业等又有数十倍的资金投入，肯定不会让留下一个烂摊子。回收将会是强制性的，后续的奖励措施和惩罚措施也会越来越眼里，或者直接与整车的销售、补贴等挂钩也是有可能的。

目前电池系统的回收还都是有价值的原材料如钴、镍的回收，真正做到电池组的梯次利用的几乎没有，只是一些报道和宣传手段。回收和梯次利用也是降低电池组成本的重要方法之一。

电池组的回收涉及到历史状态的了解、电池的性能特征以及各方面的利益等。从电池系统设计来说，设计初期就要考虑电芯的回收和梯次利用，最好能做到单体电芯可以无损伤拆卸，电池PACK——电池模组——电池模块——电芯，各层次拆解不损伤电芯，就能做到最大程度的梯次利用，根据电芯再次检测的不同特点，分别应用于低速车、储能、充电宝等各不同领域。目前，无论软包、硬壳还是圆柱电芯，能做到这一点的PACK基本上没有。编者针对圆柱形电芯开发了一种PACK方式，可以做到全程不损伤电芯。

二、电池PACK设计

1、电芯

车厂或PACK厂有自己生产或投资的电芯，肯定选择的是自己生产的电芯。纯粹的PACK厂选择的范围就多了，考虑电芯的性能、价格，电芯厂的规模、资金实力等情况，目前由于资金压力，选择三方合作的比较多。

有的厂家由于资金压力等原因，四处乱找、骗配套厂商，如国内某一物流车厂，利用自己是整车厂的优势，合作的电芯厂家或PACK厂家有几十家，我问了许多电芯厂，基本上都有给这家供货，价格是压了这家压那家，货款不付，这家不供了再找下一家，反正电芯厂或PACK厂处于弱势，最终生产出来的车辆市场反馈也很差。

要做好的电池系统，需要对电芯性能了解的清晰、透彻。如电芯的容量-温度曲线、开路电压——温度/SOC曲线，功率能力——温度/SOC曲线，循环寿命——充放电制度（电流、控制电压、温度等）曲线，电芯的产热、散热数据等。不能随便找一家价格合适的电芯，只要有强检报告，就拿来做系统、上车，后续的质量问题听天由命。

电芯的详细评价和了解是需要一个较长的周期，有许多电芯厂对自身的电芯就不了解，数据不齐全，更何况PACK厂了。以前电芯上车至少要经过一年多的测试、数据摸索等，现在都等不及了。

终究还是用自己生产的电芯是比较合适的，越做对电芯了解的越透彻，数据、性能了解的越全面，电池系统才能做的越好。

3、比能量

对比能量的要求是越来越高。2016年，去给客车厂提供样品测试，对方明确提出，低于115Wh/Kg就不要来。比能量要求越高，对电芯的要求也越来越高，造成单体电芯容量/体积做的越来越大，电池箱做的越来越轻，以前用1.5mm厚度的钢板，现在0.8的可能就还嫌厚。

电芯并不是容量做的越高越好。电芯越大，容量越大，安全性也越差，带来的问题也越来越多。前期可能发现不了多大问题，但后期寿命会明显降低，内部的热量散不出去。做成电池组后，有可能单体大容量电池的电池组温度比小容量电池的低，只是其散热慢，温度表现滞后，电芯内部实际温度比小电芯高10℃都不止。2015年前还经常有几百安时的大电芯应用，后来逐渐淘汰，现在比能量要求给弄得又要用大电芯，补贴政策取消后，很可能又会回归小容量电芯。

在原材料没有得到质的变化，单靠多填充材料、加大电极密度、提高活性物质占电芯重量的比例，是不能够解决根本问题，不能满足市场应用发展需求的。

客车用电池组又115Wh/Kg提高到140Wh/Kg，目前的铁锂电芯是达不到要求了智能考虑三元、锰酸锂或掺杂铁锂材料的三元电芯了，对磷酸铁锂电芯又是一各重大打击，而2014年前我国还是主推磷酸铁锂电芯的。

3、电池模组和电池模块的设计

模块和模组的设计要最大程度能体现和发挥电芯的性能，尤其是寿命和安全性能。其设计好坏直接影响电池组使用过程中电芯性能的一致性。

产热、散热的均匀性，电流分布的均匀性，尽可能不存在温度和电流集中点，以满足应用为目标。这又可能与标准有冲突，如标准要求系统1C放电，实际系统根本用不了这么大的电流和功率，如600V左右的客车系统，容量300-400Ah，实际应用中根本不需要持续这么长时间的放电，按照标准要求设计，汇流板导流、线束导流、散热、电气部件等实际应用要冗余很多，或者有些根本不适合限制条件的设计，要大大增加成本。

模块和模组要设计成可拆卸，最好能拆成单只电芯。

加热和保温也要进行考虑，包括其效能，别到实际应用中，一小半的电池组能量都给加热或冷却给消耗掉了。

4、电池箱的设计

搞研发或设计的人员一直都想设计出一种标准电池箱来，能适应大多数车型，我是这么多年来也一直想做，后来都放弃了。目前除了大客车用的有A、B、C标准箱，其余的还没有，怎么也标准不起来。

国内车（尤其是物流车、低速车）基本上是堆砌起来的，找个传统车底盘，摆上电机电控、剩下的给电池，再装上车架，就完成一辆车，基本上不存在PACK与整车的联合设计，各厂家的想法、水平又差别很大，如何能标准起来。

乘用车更不好标准化。遇到一整车厂，其电池组是结合整车底盘一起来设计的，没有专门的电池箱，如TESLA那样。电池组送检又遇到麻烦，只有把底盘锯下来和电池组一起去送检，比能量上又吃亏不少，这使得标准在一定程度上又阻碍了技术的发展。

补贴政策等的要求也激发了新材料、新技术的应用，电池箱尽可能使用轻便材料，如铝合金、碳纤维等。根据安装位置，承重和易受撞击位置用加强材料，进做简单防护应用的可以用轻薄材料。

中机中心11月发的新通知，为降低电池系统测试费用，一定程度上的改进可以视同同一系统或接近系统，不用再进行检测或只需进行简单检测。虽然其可执行性还不太明确，但电池箱的设计就要考虑这一点了，要有利于后期产品的扩展以及类似车型的应用扩展。

另外，对于有些要求，其实其象征意义比实用意义更大，如电池箱内的灭火装置。

电池箱的设计要考虑电池组的安装、箱体的安装、冷却、加热、振动、撞击、密封、排气、保温等。

5、维护

目前电动车的推广使用，其维护方面与传统车还是有天地之差。目前基本上是各厂家再维护自己的车，点还分布不全，响应时间慢。通常是一出现问题，首先将电池厂家、BMS厂家、电机电控厂家等叫到一起，去解决问题，实际维护成本高的离谱，远达不到广泛推广应用的需求。

电池系统的设计就要考虑方便维护，对故障率高的部件等，设计时要注意易于替换（目前还是不要寄希望维护人员去解决问题）。

6、BMS 

最好是PACK厂自行做BMS，才能更好的实现对电池进行管控，更好的发挥电池的性能，做到故障率最低，维护也不会出现互相扯皮事。后期发展BMS会和VCU功能等进行合并，进一步降低成本。

除了以上问题外，还有一些如线束、高压箱、接口等设计的考虑，不一一列举。

总之，在不是真实市场和客户需求条件限制下，在国内做一个好的电池系统，真的比较难。TESLA、LEAF等电池系统做的好，能适应市场得到客户认可，是因为他们是真正从终端客户的需求来考虑和设计的，是真正面向市场的。