大功率充電技術(shù)展望

最近瀏覽了一下我國每個月的乘用車以及新能源車的銷量，以8月份為例乘用車共銷售了187萬輛，其中純電動車型約4.8萬輛，約占2.5%；并且主要以續(xù)航200KM以下的A0級小車為主。可見電動汽車雖然在近些年有著驚人的進步但受眾依然十分有限。目前阻礙消費者接受電動汽車的原因依然很多，但最常被提及的，也是和傳統(tǒng)汽車相比最明顯的劣勢就在于無法滿足用戶持續(xù)駕駛，長途旅行的需求。而無論是作為家庭用車，或是公共領(lǐng)域的出租車、分時租賃汽車長時間駕駛都是常見的情況。以現(xiàn)狀來看，即便是駕駛續(xù)航表現(xiàn)不錯的Tesla進行一次江浙滬以內(nèi)的短途往返都足以讓人產(chǎn)生不小的里程焦慮。

作為新生事物都有一個從邊緣切入逐步向中心前進的過程，而克服長途駕駛難題或許將是電動汽車從小眾產(chǎn)品面向大眾市場的關(guān)鍵節(jié)點。很顯然若要電動汽車滿足長途駕駛的需求，至少需要解決三方面的問題：

1）降低充電頻率

2）提供充足的充電設(shè)施

3）提升充電效率

上述三點分別對應(yīng)以下措施：延長車輛續(xù)航里程，完善交通網(wǎng)絡(luò)中的充電基礎(chǔ)設(shè)施，以及實現(xiàn)大功率充電能力。筆者認(rèn)為上述三項措施可謂相輔相成，缺一不可。而前兩項措施實施的基礎(chǔ)在于能否突破大功率充電的難題。首先若無法實現(xiàn)大功率從充電，車輛配備高容量電池的意義就大打折扣。其次充電速度慢，將導(dǎo)致充電站運營效率低下，既增加了運營成本，也會產(chǎn)生車輛排隊充電的惡性循環(huán)。所以本文嘗試預(yù)測一下大功率充電技術(shù)發(fā)展的方向。

1.定義大功率充電

目前市面上主流的國標(biāo)直流充電樁充電功率在40~60kw，特斯拉的超級充電站最大功率可達120kw。下圖是目前較為主流的幾款純電動車型，動力電池能量一般在50~90kwh區(qū)間。由此可見當(dāng)前進行一次直流滿充時間一般需要1~2小時。在旅途中停車等候這么長時間對于大多數(shù)人來說是無法忍受的。而目前普遍認(rèn)為大功率充電技術(shù)要實現(xiàn)350kw以上的充電速度。以2020年BEV平均擁有80kwh的容量計算（滿足500km以上續(xù)航），12分鐘左右即可使車輛滿續(xù)航。而這將意味著電動汽車在續(xù)航里程和能量補給效率兩個層面上都與傳統(tǒng)燃油車處于相近水平。并且這也意味著一臺充電樁在相同時間內(nèi)可服務(wù)的車輛將是現(xiàn)在的10倍，基礎(chǔ)設(shè)施投資收回周期將進一步縮短。

2.大功率充電技術(shù)可行性

當(dāng)然若要實現(xiàn)大功率充電還需要解決不少技術(shù)上的問題。

（1）動力電池集成方案

目前主流的動力電池系統(tǒng)一般是在100串左右，標(biāo)稱電壓300~400V區(qū)間（比亞迪的技術(shù)路線串聯(lián)更多一點，在600V左右）。下圖是實現(xiàn)350kw大功率充電下的電池電壓和電流關(guān)系，當(dāng)電池電壓在400V時，電流可達875A。大電流意味著必須增加充電線纜的載流量和截面積，加粗的線纜勢必增加車輛重量、減少空間，提升布置難度，同時線纜的壽命將大幅衰減。所以動力電池系統(tǒng)升壓勢在必行，使電壓達到900V，電流控制在400A以內(nèi)。由此電機側(cè)也根據(jù)需要做進一步的調(diào)整。

（2）電芯倍率性能

大功率充電意味著電池需要承受5C以上的充電倍率，對于目前能量型的電池而言是個不小的考驗。一方面電池需要滿足在如此大的充電倍率下壽命衰減在可承受的范圍內(nèi)，另一方面電池還需要保持良好的內(nèi)阻一致性，避免單個電池過壓導(dǎo)致的充電停止。

（3）熱管理能力

當(dāng)以350kw充電進行充電時，若充電效率為96%，則發(fā)熱功率可達14kw，如同好幾臺空調(diào)同時在加熱。若不能及時將這些熱量消散必然引起重大安全事故。因此對動力電池?zé)峁芾碓O(shè)計和充電系統(tǒng)的散熱設(shè)計都提出了更高的要求。

（4）充電槍設(shè)計

之前在談國標(biāo)充電的時候已經(jīng)提到，在GB/T20234.3