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大功率充电技术展望

北极星输配电网  来源:IND4汽车人    2017/11/15 10:33:20  我要投稿  

北极星输配电网讯:最近浏览了一下我国每个月的乘用车以及新能源车的销量,以8月份为例乘用车共销售了187万辆,其中纯电动车型约4.8万辆,约占2.5%;并且主要以续航200KM以下的A0级小车为主。可见电动汽车虽然在近些年有着惊人的进步但受众依然十分有限。目前阻碍消费者接受电动汽车的原因依然很多,但最常被提及的,也是和传统汽车相比最明显的劣势就在于无法满足用户持续驾驶,长途旅行的需求。而无论是作为家庭用车,或是公共领域的出租车、分时租赁汽车长时间驾驶都是常见的情况。以现状来看,即便是驾驶续航表现不错的Tesla进行一次江浙沪以内的短途往返都足以让人产生不小的里程焦虑。

作为新生事物都有一个从边缘切入逐步向中心前进的过程,而克服长途驾驶难题或许将是电动汽车从小众产品面向大众市场的关键节点。很显然若要电动汽车满足长途驾驶的需求,至少需要解决三方面的问题:

1)降低充电频率

2)提供充足的充电设施

3)提升充电效率

上述三点分别对应以下措施:延长车辆续航里程,完善交通网络中的充电基础设施,以及实现大功率充电能力。笔者认为上述三项措施可谓相辅相成,缺一不可。而前两项措施实施的基础在于能否突破大功率充电的难题。首先若无法实现大功率从充电,车辆配备高容量电池的意义就大打折扣。其次充电速度慢,将导致充电站运营效率低下,既增加了运营成本,也会产生车辆排队充电的恶性循环。所以本文尝试预测一下大功率充电技术发展的方向。

1.定义大功率充电

目前市面上主流的国标直流充电桩充电功率在40~60kw,特斯拉的超级充电站最大功率可达120kw。下图是目前较为主流的几款纯电动车型,动力电池能量一般在50~90kwh区间。由此可见当前进行一次直流满充时间一般需要1~2小时。在旅途中停车等候这么长时间对于大多数人来说是无法忍受的。而目前普遍认为大功率充电技术要实现350kw以上的充电速度。以2020年BEV平均拥有80kwh的容量计算(满足500km以上续航),12分钟左右即可使车辆满续航。而这将意味着电动汽车在续航里程和能量补给效率两个层面上都与传统燃油车处于相近水平。并且这也意味着一台充电桩在相同时间内可服务的车辆将是现在的10倍,基础设施投资收回周期将进一步缩短。

2.大功率充电技术可行性

当然若要实现大功率充电还需要解决不少技术上的问题。

(1)动力电池集成方案

目前主流的动力电池系统一般是在100串左右,标称电压300~400V区间(比亚迪的技术路线串联更多一点,在600V左右)。下图是实现350kw大功率充电下的电池电压和电流关系,当电池电压在400V时,电流可达875A。大电流意味着必须增加充电线缆的载流量和截面积,加粗的线缆势必增加车辆重量、减少空间,提升布置难度,同时线缆的寿命将大幅衰减。所以动力电池系统升压势在必行,使电压达到900V,电流控制在400A以内。由此电机侧也根据需要做进一步的调整。

(2)电芯倍率性能

大功率充电意味着电池需要承受5C以上的充电倍率,对于目前能量型的电池而言是个不小的考验。一方面电池需要满足在如此大的充电倍率下寿命衰减在可承受的范围内,另一方面电池还需要保持良好的内阻一致性,避免单个电池过压导致的充电停止。

(3)热管理能力

当以350kw充电进行充电时,若充电效率为96%,则发热功率可达14kw,如同好几台空调同时在加热。若不能及时将这些热量消散必然引起重大安全事故。因此对动力电池热管理设计和充电系统的散热设计都提出了更高的要求。

(4)充电枪设计

之前在谈国标充电的时候已经提到,在GB/T20234.3‐2015直流充电接口中说明以模式4及连接方式C的车辆接口额定电流不超过250A,而实现大功率充电至少需要400A能力的充电接口。另一方面在于若要承受400A的电流,则线缆必须在110平方以上才能保证长期工作,又或者在充电枪内增加水冷装置,对连接处产热进行冷却。因此设计一款新的充电枪或许是十分必要的,当然最好的情况是新旧枪互相兼容。

原标题:大功率充电技术展望

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