大功率充電技術展望

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，也是和傳統汽車相比最明顯的劣勢就在于無法滿足用戶持續駕駛，長途旅行的需求。而無論是作為家庭用車，或是公共領域的出租車、分時租賃汽車長時間駕駛都是常見的情況。以現狀來看，即便是駕駛續航表現不錯的Tesla進行一次江浙滬以內的短途往返都足以讓人產生不小的里程焦慮。

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品面向大眾市場的關鍵節點。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）提供充足的充電設施

3）提升充電效率

上述三點分別對應以下措施：延長車輛續航里程，完善交通網絡中的充電基礎設施，以及實現大功率充電能力。筆者認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在于能否突破大功率充電的難題。首先若無法實現大功率從充電，車輛配備高容量電池的意義就大打折扣。其次充電速度慢，將導致充電站運營效率低下，既增加了運營成本，也會產生車輛排隊充電的惡性循環。所以本文嘗試預測一下大功率充電技術發展的方向。

1.定義大功率充電

目前市面上主流的國標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區間。由此可見當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人來說是無法忍受的。而目前普遍認為大功率充電技術要實現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以上續航），12分鐘左右即可使車輛滿續航。而這將意味著電動汽車在續航里程和能量補給效率兩個層面上都與傳統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可服務的車輛將是現在的10倍，基礎設施投資收回周期將進一步縮短。

2.大功率充電技術可行性

當然若要實現大功率充電還需要解決不少技術上的問題。

（1）動力電池集成方案

目前主流的動力電池系統一般是在100串左右，標稱電壓300~400V區間（比亞迪的技術路線串聯更多一點，在600V左右）。下圖是實現350kw大功率充電下的電池電壓和電流關系，當電池電壓在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。所以動力電池系統升壓勢在必行，使電壓達到900V，電流控制在400A以內。由此電機側也根據需要做進一步的調整。

（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，另一方面電池還需要保持良好的內阻一致性，避免單個電池過壓導致的充電停止。

（3）熱管理能力

當以350kw充電進行充電時，若充電效率為96%，則發熱功率可達14kw，如同好幾臺空調同時在加熱。若不能及時將這些熱量消散必然引起重大安全事故。因此對動力電池熱管理設計和充電系統的散熱設計都提出了更高的要求。

（4）充電槍設計

之前在談國標充電的時候已經提到，在GB/T20234.3