当电池容量不能无限增加时,快速充电技术肯定会发展。智能手机的发展已经证明了这条路径的可行性,那么电池技术较慢的电动汽车什么时候才能在快充技术上取得实质性进展呢?
面对第一个实现跨越式突破的电动汽车续航焦虑,动力电池能量密度增大,充电速度加快?
自1990年通用EV1发布以来,在电动汽车发展的前25年,提高电池的能量密度一直是业界关注的焦点,核心思想是不断探索新的电池正极材料。
但每种电池材料都有其理论上的能量密度上限,能量密度越高,电池特性越活跃,对电池控制和管理的要求也越高。到2020年,磷酸铁锂电池将回归主流市场,即放弃对能量密度的单一追求,考虑电池安全性、成本和能量密度之间的平衡。
因此,充电速度的提高越来越受到重视。
相比于电池能量密度提升遇到的瓶颈,快速充电技术的发展其实还有很多未知数。这些未知数不仅存在于电池、充电桩、电源组件之间——合作的技术层面,也存在于标准和法规层面。
先增加充电功率,再增加电压
2019年之前,主流电动车的高压系统是400V,充电功率的增加意味着充电电流的增加。比如特斯拉过充从第二代的120kW增加到第三代的250kW,也就是说在400V的电压平台下充电电流增加。
但是当充电功率达到250kW时,最大充电电流已经超过500A,想要进一步增加功率,只能靠增加电压。据目前公开消息,包括保时捷、奥迪、创世纪等豪华品牌电动车都已宣布采用800V高压系统,通用电气版悍马和力克的浩瀚SEA架构也采用了800V高压系统。
从400V到800V,看起来很漂亮,但意味着电动车的所有高压部件和管理系统都要改进,而逆变器首当其冲。在电动汽车中,动力电池无疑是最昂贵的部件,逆变器排在第二位。
传统IGBT通常适应600-700伏左右的高压平台,当高压达到800伏时,必须使用碳化硅制成的场效应晶体管半导体.去年9月,德尔福宣布推出800V逆变器,并宣布将在2022年供应一款由“全球高端品牌”推出的新车。比亚迪在韩EV上也是第一次使用碳化硅作为高压系统,但是高压只达到了600V的水平。
然而,碳化硅器件面临着所有新事物都存在的两个问题:低供应和高价格。其中一个重要原因就是韩EV初期产能不足,碳化硅器件供应跟不上。德尔福碳化硅设备的初期订单主要集中在欧洲奢侈品牌,有足够的自行车溢价能力支撑成本上升。然而,产能的增加和价格的下降也会呈现正相关。
如果要增加充电功率,首先要增加电压。因此,800伏高压平台自上而下在电动汽车上普及将是电动汽车行业的一大趋势。
大功率充电对电池有什么影响?
大功率充电对动力电池的充电率要求较高,这与纯电动汽车使用能量电池的传统特性相矛盾。
以特斯拉高达250kW的第三代过充为例,最大充电电流约为520A,按照216.2Ah的长续航3型电池额定容量,充电率约为2.4C,随着充电功率的进一步提高,对充电率的要求也在不断提高。目前业界的统一认知是充电率需要达到4C才能满足充电功率
但如果充电速度过快,电池中的锂离子会从正极向负极移动得更快,在负极表面形成晶体,降低负极的效率,从而降低电池的实际容量。中国汽车技术研究中心曾经进行过一次试验,在相同的初始条件和不同的动力条件下,给三辆试验车充满电,然后进行相同的NEDC循环,计算慢充和快充条件下的行驶里程差。
结果表明,三款车快速充电后的行驶里程分别比慢速充电低13.7%、16.5%和4.5%,差异最大的车型行驶里程超过40km。
电池充电的结束取决于性能最差的电池单元,不同的充电功率会导致电池组中每个电池单元的电压不平衡。低功率充电下,充电时间长,电池组中各单体能慢慢维持电压平衡;但当充电功率大幅度增加时,电池短时间内无法保持平衡状态,达不到最大容量,整个电池组就无法继续充电。
以特斯拉过度充电为例。虽然V3过充的最大功率是V2过充的两倍,但是V3过充和V2过充在55%充电后的充电功率几乎是一样的,也就是说可以尽可能的充满电。
因此,除了增加电池系统电压的瓶颈之外,电池充电速率的提高以及为此需要解决的容量减少问题,将是增加充电速度的另一个瓶颈。
标准落后于技术,制造商们拭目以待
目前国内采用的电动汽车充电标准是2015年颁布的《电动汽车传导充电系统国家标准》,其中国家标准DC充电口是指日本CHAdeMO开发的,在日本和北美广泛使用的充电口设计,最大电压和电流分别为950V和250A。也就是说,在现有国标框架下,最大快充功率限制在240kW以内。
所以即使行业已经具备了快充研发和配套的能力,国标的相对滞后也会增加他们的观望情绪。此时,汽车公司和收费供应商有两种选择:要么执行自己的标准,要么等待国标更新。
在全球最大的电动汽车市场中国,实施自己的标准包括硬件接口和软件协议显然不是明智之举。曾经选择自己充电接口的特斯拉,最终变回了国标接口,这让其他小尺寸的国外品牌在这件事上更加无法自立。所以汽车公司和收费供应商一般选择二路——等。邢星充电测试了自己的500kW大功率充电桩,莆田新能源和特呼也有400kW以上充电桩的技术储备,将按照国家标准适时投入使用。
0/50
这时候,新国标的发布方案就显得尤为重要。国家标准的推广与重点企业的技术推广密切相关。据此前媒体报道,预计明年将推出新的快速充电标准,电压和电流上限分别提高到1500V和600A,最大功率可达900kW。
一旦新国标推出,目前相关企业的大功率充电桩将稳步推进,汽车企业也将加快适应快速充电的步伐。
在结尾写道
在早期,每个人对智能手机的要求是电池要足够大,以确保其长寿命。但在能量密度达到瓶颈后,近年来30W、60W甚至120W快充的推广已经深入人心,成为智能手机行业的主流。因为充电电量的快速增加,量变产生质变,消费者使用手机的习惯也在改变,催生了很多新的生态。
电动汽车也是如此。现在电池续航时间长的3号可以多充5分钟到120公里。其实它改变了很多Te的用车习惯
下一章>>>更多精彩






