曾幾何時,充電難、充電時間長等技術性問題是限制新能源汽車(電動汽車和插電式混動車)推廣和發(fā)展的“攔路虎”。隨著新能源汽車的日益普及,越來越多的消費者希望能夠擁有像傳統(tǒng)汽車加油那么快捷、方便的使用體驗。為了滿足這一消費需求,大功率快速充電和無線充電兩種技術受到各大廠商的追捧,尤其是“快充技術”已成為很多廠家市場推廣的“賣點”之一。
無論是特斯拉還是今年新上市的自主品牌純電動車型,均搭載了快充技術。目前,電動汽車的快充技術可以在數(shù)十分鐘內將電池充至80%,明顯快于慢充的7-8個小時(甚至更長的)充電。
而政策對快充技術扶持同樣不遺余力,例如2017年1月1日正式實施新的財政補貼方案中,新增的快充類新能源客車每千瓦時補貼額度為3000元,較非快充類高出67%。
在政策和市場驅動下,電池企業(yè)也積極推進快充技術的開發(fā)。當下主流快充動力電池技術有三種:
第一類鈦酸鋰動力電池,正極采用三元材料,負極采用鈦酸鋰,快充倍率獲得市場肯定。以珠海銀隆鈦酸鋰電池為例,6-15分鐘即可充滿電,只不過成本高和低能量密度缺陷同樣明顯。
第二類多元復合材料快充電池,正極采用三元材料和錳酸鋰混合體系,負極則采用多孔復合碳,由于多孔復合碳的比表面積比傳統(tǒng)石墨的要高出20倍,從而進一步提升快充的性能。不過,同樣也存在循環(huán)壽命短和安全性問題。
第三類磷酸鐵鋰快充電池,在成熟體系內進行優(yōu)化和潛力挖掘,正負極采用小粒徑、大比表面積材料,以滿足鋰離子快速嵌入和脫出,降低電解液黏度以提高鋰離子遷移速率;材料成本相對較低,再結合成熟的技術及穩(wěn)定的產(chǎn)品性能,磷酸鐵鋰快充電池發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>
盡管目前快充鋰離子動力電池的應用還處于小范圍使用階段,快充模式為純電動公交車運行帶來了極大的便利,首先電池組配置容量減少,降低了成本;其次,隨著搭載電池的體積和重量的減少,提高了車輛的空間使用率和安全性,快充也大大縮短了充電時間,增加了運營收益。
2017年前三批《新能源汽車推廣應用推薦車型目錄》中,累計有近40款客車快充倍率均在5C以上,目前快充動力電池主要應用于新能源客車,尤其是公交系統(tǒng)的成功應用,獲得市場驗證,并已經(jīng)形成規(guī)模效應。
所以,雖然高倍率快充技術應用于乘用車和專用車市場的占比限制還很小,但延伸的趨勢非常明顯,未來潛力和提升空間巨大。正因如此,在開發(fā)快充技術的公司也得到主機廠的日益青睞。
以工信部9月初發(fā)布的新能源汽車推廣應用推薦車型目錄(2017年第8批)為例,該目錄中快充類客車有13款,其中9款產(chǎn)品快充倍率超過5C,最高能達到5.27C。與第8批目錄相比,有11款快充車型數(shù)量相對增長較多,快充水平也明顯提高。
本田公司CEO八鄉(xiāng)隆弘不久前透露,本田正在研究全新的快充系統(tǒng),有望實現(xiàn)充電15分鐘,續(xù)航達242公里。面對充電難的問題,本田也在研發(fā)汽車上應用的無線充電技術,減少駕駛者進行充電的次數(shù),讓駕駛電動車更加方便愉快。
豐田正在開發(fā)的新型電動汽車將使用全固態(tài)電池,僅只需幾分鐘就可以完成充電,使得充電過程與現(xiàn)在加油的時間差不多。豐田公司認為,在新一代電池中,固態(tài)電池是最適合應用在電動車上,現(xiàn)在豐田和日本研究所正在開發(fā),主要是固態(tài)電池的標準生產(chǎn)流程,期望在2020年初將其商業(yè)化。
而日本東芝公司日前宣布開發(fā)出新一代電動車專用鋰電池,快充僅需6分鐘。
據(jù)介紹,與一般采用石墨作為負極材料的鋰電池不同,這種鋰電池使用鈦鈮氧化物作為負極材料,具有能量密度高、可超快速充電等特性。傳統(tǒng)電動車鋰電池快充30分鐘也只能充到約80%的電量,新一代鋰電池快充僅需6分鐘就能充到90%的電量。東芝公司測試用的電動車充電6分鐘后最終跑了約320公里。
這種鋰電池在充放電5000次后,依然可以維持90%以上的電池容量,且在零下10攝氏度的低溫環(huán)境下仍能快速充電。東芝公司表示已做出了容量為50安培/小時、巴掌大小的新一代鋰電池樣品,并計劃對其進行完善,爭取在2019年推出正式產(chǎn)品。
而戴姆勒卡車最近也領投了以色列電池技術初創(chuàng)企業(yè)——StoreDot公司(6000萬美元),后者致力于研發(fā)電動車的電池快充技術,使其充電時間(約5分鐘)與內燃機車的加油時間相差無幾。該公司于今年初推出的一款電池樣品,能夠在5分鐘內為電動車充滿電,使其續(xù)航里程數(shù)達到300英里以上。
需要指出的是,無論通過何種方式實現(xiàn)大功率充電,都會對電動汽車的高壓系統(tǒng)帶來嚴峻的挑戰(zhàn)。北京新能源汽車股份有限公司技術高級經(jīng)理白健介紹,大功率充電技術需要改進PEU(動力控制單元),如:MCU(電機控制單元)中IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)需要重新選型、OBC(車載充電機)輸出側變壓器需要調整、電容和二極管等元器件要選用900V以上的耐壓等級器件;DC/DC方面,也需要調整輸入側變壓器;動力電池系統(tǒng)(BMS)和整車控制系統(tǒng)(VCU)方面,主要是溫度方面?zhèn)鞲衅鞯脑黾?,控制策略和保護策略的調整和設計。另外,高壓線束方面也需要進行優(yōu)化設計。
不過,并非某些人認為的那樣——快充會對車輛電池產(chǎn)生更多的損耗。其實無論是直流電快充還是交流電慢充,只要充電的界限控制在1c,也在就是1小時以上充滿電就不會影響電池的壽命。
中國電動汽車百人會執(zhí)行副理事長歐陽明高曾表示,大功率快充技術對于整車成本有較大影響,以碳化硅為例,目前碳化硅成本高,尚處于換代研發(fā)期,預計到2025年才有可能實現(xiàn)規(guī)?;?。
即便如此,歐陽明高仍然認為我國需要啟動大功率充電方面的研究。他表示,我國要圍繞大功率充電展開超前研究,整車企業(yè)可以先進行嘗試,也為標準的制定積累數(shù)據(jù)和經(jīng)驗。而到2020年前后,我國必須要把大功率充電的問題摸透,屆時將進行相關標準的制定。
來源:第一電動網(wǎng)
作者:電動大咖·新能源汽車
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