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关于走向穷途末路的电动汽车快充技术的替代方案

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储能电池
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  • 2018-9-28 21:12:55
我认为目前电动汽车的自燃等问题绝大多数都是快速充电而引起的,快充对充电桩对电池对电网带来了太多的不确定因素,弊端太多。假设与普通汽油车的加油时间差不多,以5分钟来计算,按一辆小型车的动力电池组的电量为30千瓦时,又假设残余容量是5%,要在5分钟内满充28.5千瓦时,也就是以342千瓦/时的速率充电,这对充电桩,对充电站,对电池组都是一个考验。而且唯有这样才能与普通车一样加油的几分钟体验。但是大家都知道在目前是不可能的,在接下来的很长一段时间里也是不可能的,因为在极短的时间段内电能的能量转移带来的热量太大发热太厉害,充电桩与电池与承受不了,连电网都受不了。所以只能靠延长充电时间来降低危险,让充电设备能在承受的范围内工作。然而,哪怕加长了充电时间,比如一个小时之内满充电池,假如有几十台车在同时充电,要求充电站有几千千瓦时到上万千瓦时的供电能力,这等于每个充电站都要建造大型变电站(具体我没算过,想象当中应该是很厉害的,搞变电站的工程师肯定比我知道的多)。还有,高峰时候充电站里面所有的充电桩都被车子占了位置,都在死等起码几十分钟的充电时间,等待充电的车肯定会排成长长的队伍,又进一步的对充电站形成压力和安全隐患。住宅小区搞充电桩则更浪费资源,既占用了公共场合,又会带来安全隐患,又容易被偷盗破坏。购物中心设立充电桩也是同样的问题,而且空的时候充电桩闲置,忙的时候又急不出,放在家里的充电桩是个很大的安全隐患(单相电流很大,一个7千瓦的充电桩,电流要30多个安培,夏天空调一开,所需电流更大,5-60安培的电流,对家用电线的供电压力太大了)。而且随着电池容量密度体积的改善,今后的电池组的容量将更大,续航能力会增加,然后对快充的要求也随之更高,充电时间也将拉的更长,。。。,由此可见,快充技术弊端多多,越走越是死胡同。
那解决的办法有没有呢?肯定是有的,我们要改变思维,比如买车,但不买电池组,电池组只租不卖。首先要国家管理部门召集社会各方共同参与制订电动汽车使用的电池组的标准,规定一个统一的物理标准,比如确定电池的长宽高和标准接口,把电池组统一装在车的底部,从下往上顶,用快速卡具卡住。还可以把电池组分成两组,轻型和重型,比如轻型的在30千瓦时左右,重型的在60千瓦时以上,小型电动车只配轻型的,作为代步工具上街买买东西的,只在周边行使,车本身就小自重要轻。别的车可以轻重两种电池都可配置(两者兼容),大巴和载重卡车可以有专用的超重型电池组的配置,还可以留几个位置,在需要的时候,比如跑远途的时候多配几个。每个电池组有一个唯一的不可更改的身份号码,内置一个记录模块,记录该电池组的一生经历,比如充电放电次数,充电前的残余电量,充电后的电量,累计充放电次数,电池总的剩余电量,。。。,越详细越好,按照现在的电子技术应该不是很难搞的事情。接下来的事情就简单的多了,大家上充电站只是更换电池,快速装卸电池组(这也是比较容易做的到的,这里就不多说了),算一下差价,付钱走人,这速度甚至比加油都快。换下来的电池组放到充电架上去慢慢的充(充电桩变成了充电架,节省空间),白天晚上24小时不间断的轮流充电,极大的提高了效率,降低了对充电站的供电能力的要求。也可以送去专门充电的大型充电站(如同存油的油罐区)充电取电,在某些地区甚至可以建造大规模的太阳能板充电系统,在白天给这些电池组充电,晚上给周边区域供电,成了供电站。还有,随着电池的能量密度单位的提高,今后的轻型电池有可能成了现在的重型电池组,车的续航时间也自然延长。到若干年后,可能搞一个更紧凑型的物理尺寸的标准,那是后话了。
至于大家担心的电池与汽车的接口之间的连接,还有可靠性和使用寿命等问题是很好解决的,比如电池组两侧面设计若干组凹进去的槽,槽里面设置表面镀金的带弹性的耐磨铜片,汽车对应的部位设置相应的表面镀金的带弹性的耐磨铜片,两者作为与车之间的连接,电池的正负两个极都通过侧滑方式连接,物理设计保证有几十平方的紧密接触面,通过几千安培的电流绝对没问题。电动汽车启动的短短几秒钟内才有可能需要巨量的电流,正常行驶消耗的电流才几十上百个安培,这类设计足以担当上万次的长期的装拆使用。而充电桩的状况就差的多了,基本要求连续不断在一定的时间段内承受几十(几个小时)或者几百(半小时左右)安培的大电流,快充引起的电池组发热,里面的介质之间的薄膜经常处于高温低温带来的热胀冷缩的冲击,到了一定时间后个别薄膜破裂引起电池局部短路,进而自燃整个电池燃烧爆炸,连带车子一起完蛋。而去充电站以不升温(比如控制在电池内部温度不高于50°)为原则的充电,将使电池发热的条件基本消除(几秒钟的加力启动对电池组的温升影响基本忽略不计)。
至于电池组与车子之间的通信问题就更容易解决了,这简直就不是个问题。用载波的方式通过正极以RS485的通信协议(或者CAN或其它任何协议)与车内控制电路交流,就能完美的解决,当然也可以内置WiFi模块,搞个手机应用程序,通过手机就可以监看电池的状态。
在每个城市的相关地区建造一定数量的超大型的充电站,直接连接超高压电网,大量的电池组在这里被充电,被维护保养,比如搞堆积式架构,把要充电的电池组通过传输装置从顶端沿着带有电极的导轨放置,在下降的过程中被逐渐充满电,被满充的电池组在下面取出,通过传输装置送去堆放区,还有专门的大型运输车运送电池组,电池组将被装在专用的货架里,高密度紧凑的排放,方便高效率的装卸车,然后被送去路边充电站补充满充的电池组的同时,拿回要充电的电池组。
这个方案把造车的与做电池的分离,而且电池组的标准化对车厂也更有利,可以通过同样电池组的配置,证明自己造的车开的路程更远,更省电,对车厂的资金压力将有极大的减轻,制造电池的厂家也能大批生产,不被车厂的销量绑架,而电池组的好坏,通过内置记忆模块被读出来供管理者分析,反馈回电池研发人员进一步的改进。大数据将提供一切必要的数据给厂家改进,给终端客户选车的指南。将越做越好。卖车的不卖电池,生产电池组的不搞电池租赁,只要有足够的电池组在市场上周转,解决好电池租赁和收费标准的方法,就可以大规模的推广,全世界都通用。正所谓退一步海阔天空,换一种思维方式解决电池了的充电问题。最关键的是彻底解决了快充引起的太多的安全方面的问题,绝大多数的电池组自燃问题将根本不存在了。
估计电池租赁需要国家主导搞,单靠企业搞没号召力,国家出面搞个动力电池组基金,比如筹它个几千个亿,全社会集资,筹集的资金用来建造像油罐区那样的大型充电站,直接连上超高压电网,在某些区域可以用太阳能板建造大型光能发电站,利用太阳光发电,电池有买车者出押金租。基金的收益来自于充电收费的一部分,或者开始若干年内由国家买单以示支持。该基金规定只有中国国籍的人才能买,而且还限量,保证一定的年回报率,这将是一个金娃娃,谁不愿意抱?
退一步讲,假如大众使用的小车难推广,可以先从城市的电动大巴,电动出租车开始推广,因为这两个使用团体最恨快充方案,耽搁了他们不少宝贵的营业时间和行驶时间。全国各地的大巴公司集合在一起讨论决定电池组的容量尺寸和与车的连接方式。在每个城市分布设立一定量的大型充电站,有专门的车辆来回运送满充后的电池,取回需要充电的电池。这类大型充电站还可以服务出租车,帮电动出租车快速更换电池,。。。可能这类方案更容易强制推行,也最容易取得效果。
随着电池组制造成本的下降,电池组的单价会逐年下降,可以按照当时的采购单价逐年指定租电池组的押金费用,按照租的时候电池组的押金是多少,退回的时候也退回相应的押金的原则,就不会产生更换电池组引起的差价的问题。由于车祸或某些原因造成的电池组报废,相关部门检验后给与证明,作为退押金的凭证。这样大家都没了后顾之忧,放心购买使用电动车。


本着电池组的标识是唯一的,里面的存储的原始资料不可更改的原则,指定相应的法律,更改数据或破坏电池组就是犯罪,必须受到惩罚。
这个也是中国通过租赁电池然后换电模式延伸一系列标准霸权的机会。第一,只有中国可以以资金和**强力推动;第二,中国有比亚迪和宁德时代。只要模式运行畅顺了,其他车企就会被迫捏着鼻子上船。
以上是我抛砖引玉,经过一段时间的思考后的设想。有可能有致命的缺陷没考虑进去,希望大家见谅和指正。

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nc965
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  • 2018-9-28 22:05:59
 
换个思路,电池对电池充电(充电站是个大电池,由电网24小时均衡充电,随时对电动车瞬间充电,据说石墨烯比加油还快),就没你那些纠结了。
储能电池
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  • 2018-9-29 16:35:49
 
这跟快充思路一样,实际上是走不通的,越是瞬间单位时间段内需要的能量越高,实现越困难。比如60千瓦时的一块能量包(动力电池组),假如以0.1C的速率充电,需要以平均6个千瓦时的速率用10个小时才能完全注入,假如以1C的速率充电,就要60分钟内注入60千瓦的电量,假如以3C的速率充电,就需要在20分钟内以180千瓦时的速率注入。假设你说的瞬间指的是1分钟充电,那就要以3600千瓦时的能量密度在一分钟内把电流注入电池组。这是啥概念? 假设直流电压是360伏,充电电流要10,000A,1万安培的电流,有哪个充电桩能承受得了?退一步,算5分钟充电吧,也得2000安培的电流。还是承受不了吧?瞬间电太大,这就是快充技术无法解开的死结。无论什么新材料,新科技,都绕不出这死胡同。
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  • 2018-9-29 17:45:17
 
据说石墨烯承受得起,10KA要传送人10公里也许困难,但只传送10厘米就不算啥事了。点焊机瞬间电流就大,没觉得恐怖。
储能电池
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  • 2018-9-29 18:47:12
 
那倒也是,一正一负两个充电头从地底下被液压油缸往上顶,上千平方毫米的接触面积,几百公斤的压力,10厘米的铜线都不要,干脆就整个都是紫铜块。

但是,那是一个美丽的传说,远水解不了近渴
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  • 2018-9-29 19:55:22
 
记得点焊机就一个点,也没多大压力
储能电池
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  • 2018-9-30 10:16:20
 
与点焊机的工作原理不一样,点焊机要求高能量密度,而接头要求平均能量密度降低到不发热少发热,所以要求接触面积大。

你说的新材料啥的我都信,都能解决特大电流的问题。但是,还是没解决对整个充电站的电源供应的问题。每个街头充电站都要建成大型变电站,而大型变电站需要隔离区域,在城市占用了宝贵的空间,这个才是真正的问题。更何况家用充电桩,一开充整个区域就跳闸,就算有什么超级电容,那么大的体积放哪里?
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  • 2018-9-30 13:10:06
 
总体讲,随着快充技术的进步,会越来越快,这包含充电技术和电池技术对快充的适应,快到加油所花时间应该不是神话。
你这样去想问题:
1、如果快充对手机是适应的,对汽车就应没问题了。手机和汽车并没有本质的不同。
2、如果快充对电池是适应的,对接头就应没问题了。难道接头会比电池本身更难伺候?
3、既然电池可以快充,那一定可以快放,这样充电技术也顺便解决了,无需考虑瞬间功率密度问题。
4、瞬间功率密度不考虑的话,平均功率密度就会呈数量级的减少,街头充电站也不再恐怖。
5、这样包含一个巨型电池的充电站,实际上是在一个电网的负荷密集地带的调峰储能电站,对电网而言是多多益善耳,这样投资、布点问题也解决了。
6、允许快充的电池理应允许慢充,你下班回家停自家车库里用普通插座慢慢充一整晚也在情理之中,并非任何地方都需要快充不可。
储能电池
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  • 2018-9-30 13:26:16
 
还是没说到根本的点上,巨量电流在短时间段内的转移。你说的解决方法当然都有,但性价比,成本呢?在航母上可行在日常生活环境里就不可行。与其花费上万亿的成本来搞,更何况你说的这些方法还不知道哪个猴年马月能搞出来, 还不如共享电池立马可以进行的呢。
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  • 2018-9-30 13:28:44
 
现在手机快充有了吧?同比移植到车充上即可,电池、接头、成本、性价比甚至协议都是适应的,无需猴年马月。相反,我判断共享电池,不是猴年马月、而是永远搞不出来。有理想是工程师的美好情怀,这值得点赞,但是一定不要去干不能实现的事,学会放弃也是工程师的美好情怀。
储能电池
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  • 2018-9-30 13:48:56
 
手机快充与动力电池的快充是风马牛不相及的完全两个概念,怎么会想到把两者搞在一起的?

手机快充,再快也就几个安培的低压电流,咱们超前一点,比如5安培的充电电流(一般都是1安培以下),也就20瓦左右的功率,对家里的供电线路来说,它毫无存在感。而充电桩可是实实在在的几十安培的高压大电流哦。而且随着你说的最新材料石墨烯啥的,能承受几分钟内的上万安培的电流,有几个家庭的供电设施能达到这要求?哪怕大型商场恐怕也不行吧,因为那时不仅仅只有一个充电桩,哪怕10个也不够用。充电站都要建成超级大型的变电站才行吧。这成本,这占地范围,还能推广吗?
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  • 2018-9-30 13:54:38
 
手机快充与动力电池的快充只是数量级的不同,手机快充扩大一个数量级做成无人动力电池快充已经实现了吧?再扩大2个数量级(就是车充)行不?除非你能从原理上证明存在某个不能突破的极限值,否则就是完全的相同的一个概念。
储能电池
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  • 2018-9-30 14:01:15
 
无人机的快充在强电领域还是属于忽略不计的范围,与手机快速充电没根本不同,在现有的家庭供电容量,小区的供电容量,社区的供电容量的范围之内。而汽车电池的快速充电,需要对家庭的供电线路,小区的供电线路,社区的供电线路,对电网的供电线路,对发电厂的供电能力带来了极大的挑战。要有起码几十倍的供电能力的提升。这些耗费巨大成本的线路改造,谁能承受得了?
nc965
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  • 2018-9-30 14:10:31
 
一开始就指出,技术的关键点在于电池给电池充电,这立刻化解了你所有的担心。
储能电池
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  • 2018-9-30 14:15:46
 
根本无法化解啊,还是死路一条。化解了啥?
nc965
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  • 2018-9-30 14:17:44
 
你的意思是电网给电池充电与电池给电池充电没有区别?区别很大好吧
储能电池
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  • 2018-9-30 14:41:28
 
你说的电池对电池的充电方式确实是能解决一部分的问题,等于是我说的把大型充电站带进普通充电站,等于是废除了现有的充电桩结构,重启炉灶。但也只解决了充电桩这一段的问题。电池的介质和承受能力不知道啥时能达到这要求。


假设你说的是可行的,按照我昨天计算的一个60千瓦时的电池组在5分钟内满充,需要720千瓦时的供电能力,也就是一个小时内能供12辆车的充电。假设是50%的负载率(以24小时计算),需要能支撑12个小时供电的大电池组,还可以带两个充电位置。这样的一个充电站以720千瓦时的满负载率,平均一天能供288辆车的充电量。这720千瓦时的用电量17.28千度/天,算啥级别的供电站?

还有,将有两个充电接口,一个大型的超级充电端口,一个普通的充电桩端口。是不是合理? 还不如更换电池的方案,统一成只有一个。
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  • 2018-9-30 14:45:30
  • 倒数10
 
这种大型电池组已经工业化布局,技术和产权都没有问题,是电网调节所需的,无需国家或者老百姓掏钱。或者谁投资谁攥钱。
储能电池
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  • 2018-9-30 14:53:13
  • 倒数9
 
还是以我刚才举例的一个720千瓦时的两个充电位置的充电站为例,需要有对144个60千瓦时的电池组的周转电池组做备用。这其实也是损耗,转换效率是多少?可以说是二次浪费。

而你说的大型储能电池组,在我说的超级大型专用充电站里面也能实现。但少了一个二次浪费的过程,直接置换到终端客人那边去了,真正的容量差别对客人是无所谓的。因为他支付的是消耗的电量的费用。与电池新旧容量大小无关。
nc965
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  • 2018-9-30 15:14:50
  • 倒数8
 
按现在最小的街变315KVA计,用它建一个街头充电站,24小时对电池组充电,可得电量315*24=7560千瓦时,可满足每天126辆60千瓦时的车充电需求。
储能电池
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  • 2018-9-30 17:58:41
  • 倒数7
 
那也得在前提是电池组承受得了高达几千安培的充电率的条件下,还有其它一系列配件的配合之下。这简直是不可能发生的事件。
nc965
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  • 2018-9-30 20:04:43
  • 倒数6
 
充电5分钟通话2小时,这是目前技术已经达到的水平。对应的相同工况是:充电5分钟行车两小时,同样的电池。
储能电池
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  • 2018-10-1 19:38:16
  • 倒数5
 
已经说过了好几次了,完全两回事,量变引起质变,不能类比的。
wjl051
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高级工程师
  • 2018-10-31 14:06:29
  • 倒数4
 
换电池相对来讲还是不现实,目前主要还是电池技术瓶颈没突破,最近10年电池技术都还没有很大的进步,也行将来某一天汽车能实现:充电五分钟,通话2小时
厚劲薄发
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  • 倒数3
 
换电池可能很车私家车主也不接受
cyx7610
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最新回复
  • 2019-3-21 21:36:08
  • 倒数1
 
手机快充,再快也就几个安培的低压电流,但这对于手机充电来说已经足够了。
cyx7610
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石墨烯,期待未来的新能源。
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