【清华大学】2023新能源车充电关键技术研究报告_29页_14mb

2023能源创新青年论坛 - 能源与交通融合发展

核心内容概述

本论坛聚焦新能源车与能源系统的融合发展，重点探讨了新能源车充电关键技术、可再生能源消纳、交通电气化及智能电池技术等方向。研究团队来自清华大学车辆与运载学院和智能绿色车辆与交通全国重点实验室，旨在通过技术创新推动交通与能源系统的深度融合，助力实现“双碳”目标。

主要观点与关键信息

1. 能源结构转型与双碳目标

• 中国致力于实现碳达峰与碳中和目标，计划在2030年前实现二氧化碳排放达峰，2060年前实现碳中和。
• 能源结构转型是实现双碳目标的关键路径，电力改革是主干通道，交通电气化是加速引擎。

2. 新能源车与电网负荷

• 中国新能源汽车销量全球第一，动力电池产量占全球近70%，但无序充电对电网造成严重冲击。
• 未来2035年，风电和光伏发电将占装机容量的80%以上，电量占比达40%以上，但存在波动性与供需不平衡问题。

3. 光伏发电与成本趋势

• 光伏发电成本预计在2035年降至0.1元/度，风电降至0.2元/度。
• 需要解决风电和光伏的波动性问题，提高其在电网中的消纳能力。

4. 新能源车充电关键技术

• 先进传感与智能电池：开发了长寿命智能电位传感器，替代传统电池隔膜，厚度约为10μm，实现稳定电位测量与电池状态监测。
• 充电控制策略：基于电位观测器的无析锂快速充电策略，结合模型预测控制（MPC）技术，实现对电池温度与电位的精准控制。
• 电热耦合模型：建立了电热优化快充技术模型，实现对电池在不同温度和工况下的电位与温度预测，提升充电效率与安全性。
• 低温快充策略：通过优化切换温度，实现低温环境下电池的高效快充，同时保持较高的能量效率（>75%）。

5. 光储充换一体化系统

• 推出了“光储充换”一体化互补型智慧能源系统，旨在为新能源汽车提供高效、智能的能源补给方案。
• 系统具备超充、重卡换电、光伏发电、智能微网等功能，是全球首个实现该技术的冬奥会综合示范平台。

6. 电池衰减模型

• 基于第一性原理，构建了三种主要副反应（SEI膜增厚、活性材料损失、析锂）之间的耦合关系方程。
• 通过降维电化学-半经验公式模型，实现对电池衰退特性的准确模拟，尤其能反映“跳水”现象。

7. 能源微网能量管理策略

• 以系统运行总成本最低为优化目标，采用粒子群优化算法（PSO）进行能量管理策略设计。
• 优化目标包括电网购电成本、储能系统成本、以及运行维护成本，实现综合成本最小化。

8. 参数配置与优化

• 系统配置包括光伏、储能、充电设备及微网结构。
• 通过软件工具实现参数配置与能量管理的优化设计，涵盖技术参数、经济参数、工况导入、优化区间与优化结果。

未来展望

• 进一步提升智能电池的寿命与兼容性，推动多传感融合与无线通讯技术的集成。
• 优化充电控制算法，实现更高效的电热管理与多工况适应。
• 推动“光储充换”一体化系统的规模化应用，建设低碳化、电气化与智能化的新一代交通-能源一体化能源互联网。
• 通过软件平台实现更精细化的系统运行与管理，为新能源汽车提供更便捷、高效、环保的能源补给方案。