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新聞資訊

各國都在加快汽車大功率充電樁的建設力度

2019-8-5
充電設施企業為了縮短充電時間不遺余力,技術研發上也有了喜人的突破。但面向未來的市場化目標,充電接口的另一端,或許才是更應被重視的大山。

大功率充電樁,顧名思義,具備大輸出功率的充電設施,一般來說數據上的定義為傳導大功率充電技術充電功率≥350kW,充電時間約為10-15分鐘,續航里程可達300公里。它的出現,一方面可以提高整個充電場站的運營效率和收益,更大的意義在于,其將有效縮短充電等待時間,解決續航焦慮的問題。


日本電動汽車用快速充電器協會(CHAdeMP)將快速充電的輸出功率定義在120kW-180kW,最大充電電流300A。根據規劃,到2025年以后充電功率將進一步提高到350kW-400kW,最大充電電流400A,電壓平臺設定為1000V。

國內也有相關的技術路線,即2018年-2019年,大功率充電關鍵技術研究、關鍵標準制定(如大功率充電接口、液冷電纜組件、通信協議)、小規模試運行;2020年-2022年,投入商用;2023年-2025年,開始大規模投入使用。

去年9月,中國電力企業聯合會與日本電動汽車用快速充電器協會(CHAdeMO)簽署備忘錄,雙方會在充電設施國際標準化方面進行協商,并重點推進電動汽車大功率充電領域合作。據悉,雙方將在2020年前共同研發大功率充電樁,目標是10分鐘即可將車輛充滿電。



關于大功率充電的界定,國內的標準一直比較模糊,功率值的界定并不清晰。不過,針對快速充電標準,新的國標有望在1-2年內發布實施?!皳宜?,目前有一個正在計劃中的國家標準還未正式出臺,出臺后將定義基于未來的大功率充電樁,現在還處于試點階段?!逼仗煨履茉闯潆娫O備負責人彭博透露。

目前全球充電標準大致可分為五大類,分別為日本CHAdeMO、中國GB/T、美國COMBO(CCS1)、歐洲CCS以及特斯拉自己的標準。彭博口中的新國標,即新版GB/T快速充電標準,新版本中1500V和600A時最大功率可達到900kW(現版GB/T在950V和250A時提供237.5kW)。

液冷和密封,大功率充電樁的關鍵

從技術上說,大功率充電樁需要做諸多特殊的設計和調整,其中散熱系統和密封技術是保證可靠性與安全性的關鍵。

動輒數百千瓦的充電功率,傳統的風冷已無法滿足大功率充電樁的散熱需求,用一位充電設施企業技術負責人的話來說,“液冷技術是可見范圍內最實際的解決方案?!?br />
液冷技術的原理并不復雜,簡單來說,即在電纜和充電槍之間設置一個專門的循環通道,通道內加入起散熱作用的冷卻液,通過動力泵推動液體循環從而把熱量帶出。

液體冷卻方式可以縮小電纜直徑,使其輕量化。我們在詢問多家充電設施企業后發現,各家的技術思路比較統一,只是由于核心元器件的來源(進口或自主研發)不同,造成了細節上的差異而已。

這里就要提及成本問題,雖然星星充電、特來電等頭部企業均表示IGBT等功率元器件已實現自主研發,但多數企業的相關零部件還是依賴于進口?!皣鴥冗€是依靠進口,產業發展相對保守一些,還是按照既定的技術路線走,一些核心器件受控于進口?!比f馬愛充相關負責人曾表示。

此外向冀坦言,液冷技術難度還是比較高的,在電流、電壓非常大的情況下,系統非常容易發熱,電損也會比較高。

一位星星充電相關技術的負責人向我們表示,充電設備散熱問題直接決定設備的使用壽命和穩定性,通過熱仿真技術研究大功率充電系統內部發熱量及選擇合適的散熱方式極為關鍵。采用液冷技術對大功率充電設備散熱時,需要解決系統設計散熱管道排布,冷卻液的選擇等問題。

目前應用最多的冷卻液為復合型絕緣油,線纜為一體式液冷線纜,與普通線纜相比,液冷線纜可以一邊導電,一邊用冷卻液散熱。

液冷不同于風冷,此前特斯拉的大功率充電樁曾被曝有冷卻液泄露的隱患,密封技術需要被格外重視。

在穆曉鵬看來,特來電大功率充電樁在密封方面需要做特殊的設計和處理,以確??煽啃??!爱敼苈钒l生泄露時,容易導致冷卻系統失效,需要進行實時監控?!?br />
他給出了三種對策:第一,基于流量信號變化的檢測,采用質量/體積平衡法,評判質量/體積是否平衡;第二,基于壓力信號變化的檢測,采用負壓波檢漏法,捕捉壓力下降波;第三,基于次聲壓力信號變化的檢測,采用聲波泄漏檢測,檢測與背景不同頻率的次聲波 ,來做判定保護。

技術準備好,還遠遠不夠

縱然大功率充電樁有了突破性的發展,但前方道路上依舊存在很多未知數。

問題主要有二:其一,大功率充電如何保證電池安全和壽命,現在的電池技術是否能應對?其二,渴望大功率充電盡早落地的整車企業,產品是否能承受這種充電方式?

面對大功率充電下的電池問題,重點在于電池的負極材料?!翱斐涫且粋€充滿潛力的研究領域,也是通往‘零排放’未來的路上必須解決的問題。電池負極就像一個大海綿,吸引鋰離子從正極向負極傳輸。如果充電太快,相當于這些離子跑得太快,就會在負極表面形成結晶,從而降低負極的效率。好的負極材料可以使離子在傳輸時,迅速鑲嵌到負極,不會在表面形成結晶,這樣就不會影響到電池的循環次數。這也是我們電池研發團隊目前的一個研究項目?!?br />

動力電池研究領域一直將此視為研發方向,但作為動力電池生產企業來說,日益白熱化的競爭環境,或許不允許他們把過多的精力放在相對遙遠的事情上。


動力電池的主要問題在于安全和壽命,整車層面需要升級的則是電池管理系統、充電控制系統以及電壓平臺。

目前在售的車型,沒有一款電池可以承受連續350kW的大功率充電,更不用說500kW?!俺潆姌毒哂?50kW、450kW、甚至500kW的大功率充電能力,代表可以涵蓋大電量電池包的充電功率需求,但是電池包的充電電流和功率邊界要以不影響安全和壽命為前提?!?br />
他表示,能適用大電流充電的電池包、電芯、模組、高壓系統以及電池熱管理系統,必須具有足夠的耐受大電流能力,電池管理系統也需要做適應性的調整。

升級電壓平臺成為可行的方案之一,“如果要做大功率的充電,最佳的辦法是提高電壓平臺,目前國外做350kW快充的電壓平臺都提高到700V-800V,這就需要所有的高壓器件也要做相應的調整,或者通過大功率的DCDC進行電壓轉換?!?但吳畏也提出了自己的擔憂,“目前國內電動車及高壓部件的電壓平臺還是以350V為主,高電壓零部件的資源有限?!?br />
大眾汽車學院技術培訓師陳慶貴也提出了類似的觀點,他表示大眾品牌電動車目前還無法承受大功率充電,“大眾的電動車電壓平臺都在400V,現在的車還做不到?!?br />
這些困難,大家心知肚明,于是一些新能源整車企業將換電看作是更切實際的解決方案?!拔祦淼哪茉囱a充,包括家充樁、超充樁、移動充電車、換電站、充電地圖(公共樁)、蔚來能源云(一鍵代客加電調度體系)等,這是一個系統的組合,根據用戶使用場景各取所長,互相補充?!蔽祦砥噦鞑タ偙O萬銳認為,相對于大功率充電樁,換電要更加合理。

大功率充電一定是未來的發展趨勢,這點毋庸置疑。但在起步階段,大功率充電將會更多的應用于公共車輛、商用車、物流車、出租車等領域,并主要建設在高速公路上,對電網的短時沖擊不得不考慮。此外,一些充電設施企業之所以能較快的實現商業化落地,離不開與整車企業的深度合作,普天新能源充電設備負責人彭博的一句話頗有深意,“乘用車領域短期內還無法大規模實現大功率充電,這需要充電設備和整車雙輪驅動才行?!?br />
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