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2022慕尼黑華南電子展特別觀察丨酷暑下現(xiàn)新短板,全產(chǎn)業(yè)鏈營(yíng)救大兵“EV”

作者: 時(shí)間:2022-11-03 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏

今年夏天,南方的一場(chǎng)極端高溫將新能源電動(dòng)汽車()的發(fā)展推向了風(fēng)口浪尖,不少新能源車主四處找樁,通宵排隊(duì),完美詮釋了什么叫“不是在充電,就是在找充電樁的路上”。但要知道我國(guó)新能源汽車保有量超過了1000萬輛,車樁比已是世界前列,根據(jù)中國(guó)電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施促進(jìn)聯(lián)盟(CIPA)發(fā)布的數(shù)據(jù),截至2021年底,全國(guó)充電樁保有量達(dá)261.7萬臺(tái)。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/202211/440003.htm

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圖源:站酷海洛

這場(chǎng)高溫大考充分證明了僅發(fā)展充電樁并不是解決“補(bǔ)能焦慮”的唯一度量衡。呼聲強(qiáng)烈的超充、快充技術(shù)不斷出新,車樁比不斷降低也不能解決源頭問題。大量充電樁接入增大了電網(wǎng)側(cè)的用電負(fù)荷,在缺電困境下更是加劇電網(wǎng)調(diào)峰壓力,使得電網(wǎng)運(yùn)行效率降低,同時(shí)還可能會(huì)引起供電設(shè)備過載。一系列的挑戰(zhàn)也逐漸將行業(yè)的目光拉向了能源領(lǐng)域,思考如何降低電網(wǎng)側(cè)的負(fù)荷壓力,實(shí)現(xiàn)應(yīng)用側(cè)與電網(wǎng)側(cè)的用電平衡才是當(dāng)務(wù)之急。2022年特別推出國(guó)際電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)與充電技術(shù)創(chuàng)新論壇國(guó)際第三代功率半導(dǎo)體與碳中和時(shí)代創(chuàng)新論壇,旨在邀請(qǐng)行業(yè)專家共同交流能源相關(guān)科技變革態(tài)勢(shì),共同探討能源行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。

 

新能源汽車行業(yè)一把手的特斯拉再度放棄了車展,卻轉(zhuǎn)頭參加了服貿(mào)會(huì),展出其新能源技術(shù)一度成為了會(huì)上的網(wǎng)紅打卡地,你還在聚焦新能源汽車,別人已經(jīng)越過山丘看到更廣闊的星辰大海。

 


解壓電網(wǎng)側(cè),新能源發(fā)電輔助充電站“用電自由”

更高功率的公用直流充電站是新能源汽車充電焦慮的優(yōu)解。直流充電允許以更高的功率對(duì)電動(dòng)汽車充電:3級(jí)充電器的高額定直流電壓和額定功率分別為450 V和150 kW,超級(jí)充電器(相當(dāng)于4級(jí))則可超過800 V和350 kW。出于安全原因,在輸出接頭插入車輛時(shí),電壓上限設(shè)為1000 V直流。流保持在電纜尺寸和成本的合理范圍內(nèi),這意味著必須正確設(shè)計(jì)安裝充電站的微電網(wǎng)或子電網(wǎng)并確定其規(guī)格。

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圖源:站酷海洛


我們不妨設(shè)想一款未來(2030年)的充電站:輸電線路通過變壓器接入中壓(MV)電網(wǎng),再對(duì)充電樁提供電能。如果我們想讓充電站內(nèi)數(shù)個(gè)甚至數(shù)十個(gè)高壓充電樁同時(shí)為駕駛員能夠在不到15分鐘的時(shí)間里為電動(dòng)汽車充滿電,那么這種簡(jiǎn)單的方法是無法持續(xù)的。假設(shè)充電站有五個(gè)直流充電樁,每個(gè)充電樁可以輸出500 kW的峰值功率,我們假設(shè)有五臺(tái)電動(dòng)汽車,每臺(tái)均配備75 kWh的電池,需要從10%的電量(SOC)充電至80%電網(wǎng)必須連續(xù)15分鐘向這些電動(dòng)汽車提供略多于1 MW的電能。這也意味著必須安裝非常昂貴的變壓器,將低壓充電站接入中壓電網(wǎng),確保將電能從電廠輸送到充電站的輸電線路在規(guī)格上能滿足峰值功率需求。

 

簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的解決方案是使用太陽能、風(fēng)能等可再生能源在當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的電能,而不是安裝新的輸電線路和大型變壓器。這樣用戶就可以直連有多余電能的充電站,而不是完全依靠電網(wǎng)。實(shí)際上,可以在充電站或連接充電站的子電網(wǎng)附近安裝100 kW至500 kW的太陽能光伏(PV)電站。雖然光伏電源可以提供500 kW的電能,將對(duì)電網(wǎng)的功率需求降至500 kW。

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圖源:ADI官網(wǎng)

 

然而,光伏電源具有間歇性的特點(diǎn),并非總是存在。這就給電網(wǎng)帶來了不穩(wěn)定問題,需要采用儲(chǔ)能系統(tǒng)解決??梢园褍?chǔ)能系統(tǒng)視為大型電池,它能將來自可再生能源的電能存儲(chǔ)起來并輸送至電網(wǎng)、充電樁或回充至電網(wǎng)。還要適當(dāng)確定儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)格,確保峰值功率和電能容量之間的比率符合具體裝置的優(yōu)化要求。該比率在很大程度上取決于通過太陽能、風(fēng)能或其他能源在本地產(chǎn)生的電量、充電樁的數(shù)量、接入子電網(wǎng)的其他負(fù)荷以及功率變換系統(tǒng)的效率。

 

政策加持儲(chǔ)能技術(shù),鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化加速 

在儲(chǔ)能領(lǐng)域已有一系列相應(yīng)的政策鼓勵(lì)推動(dòng)發(fā)展,2021年《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見》指出到2025年,實(shí)現(xiàn)新型儲(chǔ)能從商業(yè)化初期向規(guī)?;l(fā)展轉(zhuǎn)變,裝機(jī)規(guī)模達(dá)3000萬千瓦(30GW)以上,到2030年,實(shí)現(xiàn)新型儲(chǔ)能全面市場(chǎng)化發(fā)展。目前,該領(lǐng)域的電化學(xué)儲(chǔ)能憑借其靈活的優(yōu)點(diǎn),成熟的市場(chǎng)以及極高的性價(jià)比,成為了儲(chǔ)能技術(shù)中極具前景的技術(shù)路線。在2022年的《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》中明確指出了,到2025年,電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)性能進(jìn)一步提升,系統(tǒng)成本降低30%以上。

 

作為占據(jù)了電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)成本的50%的核心,儲(chǔ)能電池的改進(jìn)是有效降低儲(chǔ)能系統(tǒng)成本的關(guān)鍵。當(dāng)前業(yè)界是鋰電池以優(yōu)異的性能占據(jù)主導(dǎo)地位,但由于碳酸鋰價(jià)格暴漲,從2021年初5.2萬元/噸漲至50萬元/噸,漲幅近900%,企業(yè)紛紛尋求新材料體系的突破。鈉電池因?yàn)樘烊坏某杀緝?yōu)勢(shì)而成為首選,其工作原理和鋰離子電池類似,是通過鈉離子在正負(fù)極之間移動(dòng)來工作。它們的主要區(qū)別在于正負(fù)極材料、電解液不同。尤其是正極材料,鈉離子電池的正極材料主要有磷酸鐵鈉、普魯士藍(lán)、鐵銅錳氧化物成本比鋰電的磷酸鐵鋰、鈷錳鎳氧化物低得多,通常為鋰鹽的1/10。




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圖源:站酷海洛

 

目前,鈉離子電池領(lǐng)域已有不少巨頭開始布局。前不久,寧德時(shí)代公開表示公司正致力推進(jìn)鈉離子電池在2023年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化;傳藝科技即將進(jìn)行中試線投產(chǎn),預(yù)計(jì)一期2GWh的鈉離子電池項(xiàng)目將于2023年投建;華陽股份和中科海納計(jì)劃建立電池PACK廠,2023年擴(kuò)產(chǎn)至10GWh鈉離子電池正、負(fù)極材料生產(chǎn)線;容百科技規(guī)劃在2023年實(shí)現(xiàn)鈉電池正極材料每個(gè)月千噸級(jí)出貨。然而,也有業(yè)內(nèi)人士并不看好,認(rèn)為目前鈉離子電池各方面性能還不能滿足高性能汽車使用要求,預(yù)計(jì)到2035年鈉、鉀離子電池性能大幅提升、比能量達(dá)到300瓦時(shí)/千克左右時(shí),才會(huì)大規(guī)模進(jìn)入市場(chǎng)。

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圖源:寧德時(shí)代

 

另一方面,除了鈉離子電池外,適用于大中型儲(chǔ)能的液流電池也有新的進(jìn)展,國(guó)內(nèi)首個(gè)鹽酸基全釩液流電池儲(chǔ)能電站在濰坊濱海經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)建造完工,一期工程規(guī)模為1MW/4MWh,項(xiàng)目計(jì)劃總規(guī)模為10MW/40MWh,是鹽酸基全釩液流電場(chǎng)儲(chǔ)能電站,能量密度相較于傳統(tǒng)硫酸基全釩液流電池提升了20%,工作溫度上限拓展至65℃。未來,鈉離子電池和液流電池有望在儲(chǔ)能領(lǐng)域的不同層面上相互補(bǔ)充。


電池安全、長(zhǎng)壽如何兼得??jī)?chǔ)能BMS保駕護(hù)航

 

儲(chǔ)能領(lǐng)域繞不開電池管理系統(tǒng)(BMS)和能量管理系統(tǒng)(EMS),規(guī)模越大的儲(chǔ)能站在高性能、穩(wěn)定性、安全上要求就越加嚴(yán)格。雖然BMS/EMS硬件成本不高,但其性能和控制策略直接影響了儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行效率和安全程度,且具

有一定的開發(fā)難度,一直是用戶或集成商較為關(guān)注的環(huán)節(jié)。

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圖源:ADI

 

在儲(chǔ)能系統(tǒng)中,精確可靠的電池荷電狀態(tài)(SOC)和健康狀態(tài)(SOH)計(jì)算可使電池壽命延長(zhǎng)10年至20年。因此,BMS不是僅提供一些粗略的匯總值,而是要對(duì)內(nèi)部模塊的大量數(shù)據(jù)和系統(tǒng)溫度進(jìn)行精確測(cè)量,這對(duì)于電池組的充放電與監(jiān)控至關(guān)重要。對(duì)此,ADI亞德諾半導(dǎo)體推出針對(duì)BMS的解決方案多單元電池堆監(jiān)控器ADBMS1818,可測(cè)量多達(dá)18個(gè)串聯(lián)連接的電池單元,具有0~5V的電池測(cè)量范圍,總測(cè)量誤差小于3.0mV,適合大多數(shù)化學(xué)電池應(yīng)用。此外,為了在影響B(tài)MS性能之前減輕系統(tǒng)噪聲,ADBMS1818內(nèi)部集成了16位∑-Δ ADC,也預(yù)置了可編程的噪聲濾波器,大大減少了電磁干擾和其他瞬態(tài)噪聲的影響。

 

另一邊,ST意法半導(dǎo)體(展位號(hào)2E26)也發(fā)布了兩款MCU SPC58NG84和SPC574K72,專為BMS解決方案所設(shè)計(jì)。其中SPC58NG84為3核,功能強(qiáng)大,集成了豐富的硬件和外設(shè)資源;而SPC574K72為2核,更適合中低端需求的BMS應(yīng)用,性價(jià)比高。此外還有高集成度的模擬前端L9963E,是用于高可靠性汽車應(yīng)用和儲(chǔ)能系統(tǒng)的鋰離子電池監(jiān)測(cè)和保護(hù)芯片,可監(jiān)測(cè)14個(gè)堆疊的電芯以及支持7個(gè)NTC的采集,信息通過SPI通信或隔離接口傳輸。

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圖源:意法半導(dǎo)體

 

據(jù)了解,多個(gè)L9963E可以以菊花鏈形式連接,并通過變壓器隔離的接口與一個(gè)主機(jī)處理器通信,具有高速、低EMI、遠(yuǎn)距離和可靠的數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)。在正常和低功耗模式下,L9963E可支持定時(shí)均衡和休眠下的均衡。

 

目前儲(chǔ)能市場(chǎng)上除了專門研發(fā)儲(chǔ)能市場(chǎng)管理系統(tǒng)的企業(yè)外,還有新能源汽車BMS制造商將技術(shù)遷移到儲(chǔ)能BMS上。例如本土企業(yè)均勝電子并購了德國(guó)普瑞,向?qū)汃Ri3純電動(dòng)汽車提供電池管理系統(tǒng),成為向?qū)汃R公司提供電池管理系統(tǒng)的汽車零部件企業(yè)。以及億能電子是國(guó)內(nèi)技術(shù)優(yōu)秀、市場(chǎng)占有率較高的電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)供應(yīng)商,也向大儲(chǔ)能系統(tǒng)集成商提供大型BMS產(chǎn)品。


逐漸燎原的虛擬電廠是噱頭還是風(fēng)口?

 

就在儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展如火如荼的同時(shí),一個(gè)新興的概念正悄然走俏。今年3月發(fā)布的《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》指出,要推動(dòng)儲(chǔ)能設(shè)施、虛擬電廠、用戶可中斷負(fù)荷等靈活性資源參與電力輔助服務(wù)。此外,北京、上海等多地的十四五規(guī)劃中也都點(diǎn)名提到發(fā)展和建設(shè)虛擬電廠。

 

虛擬電廠并不是真正意義上的發(fā)電廠,而是一種智能電網(wǎng)技術(shù),作為儲(chǔ)能技術(shù)的補(bǔ)充。其核心理念就是通過先進(jìn)信息通信技術(shù)和軟件系統(tǒng),把各類分散、可調(diào)節(jié)的電源和負(fù)荷匯聚起來,形成一個(gè)虛擬的“電廠”進(jìn)行統(tǒng)一管理和調(diào)度,也是為了彌合用電側(cè)和電網(wǎng)側(cè)雙邊的失衡。




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圖源:站酷海洛

 

如今,被業(yè)界當(dāng)做儲(chǔ)能困境破局者的虛擬電廠方興未艾,吸引著各路玩家紛紛入局。2022年7月,特斯拉公司在加利福尼亞州推出一項(xiàng)虛擬電廠試點(diǎn)計(jì)劃,邀請(qǐng)兩萬五千戶安裝有屋頂光伏、電池體系的家庭,組建一個(gè)局部的虛擬電廠能源網(wǎng)絡(luò)。它將根據(jù)電網(wǎng)統(tǒng)一要求,在電網(wǎng)用電緊急的時(shí)候,統(tǒng)一減少用電;而在用電低谷,則將電池里面存儲(chǔ)的電量,反向賣回給電網(wǎng)。此外,國(guó)內(nèi)也有不少從業(yè)者紛紛開啟虛擬電廠探索,比如天楹股份、電享科技、國(guó)能日新、特來電、零碳智能等等??傊摂M電廠被寄予厚望,在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)向清潔低碳轉(zhuǎn)型的背景下,物美價(jià)廉的虛擬電廠是否能夠充分消納清潔能源發(fā)電量,助力充電基礎(chǔ)設(shè)施等配套服務(wù)體系不斷健全?我們拭目以待。

 

結(jié)語

 

深究此次高溫限電的困境,不難發(fā)現(xiàn)新能源汽車充電焦慮到底還是能源利用問題??刺斐燥埖男履茉幢壤粩嘣龈撸狈Ω咝?chǔ)能技術(shù)導(dǎo)致用電低谷期大量可再生能源難以得到有效利用。聚焦儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展已經(jīng)是行業(yè)共識(shí),對(duì)此,2022年特別推出了“新能源”行業(yè)關(guān)鍵詞,屆時(shí)將匯聚優(yōu)秀的海內(nèi)外企業(yè),展出其在能源領(lǐng)域的創(chuàng)新產(chǎn)品和技術(shù)解決方案。




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