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深扒快充概念 大功率充电能实现吗?

水墨黯月
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近日第八届深圳国际充电站(桩)技术设备展览会和2017深圳国际新能源汽车产业博览会在深圳会展中心正式开幕。在展会上很多充电桩企业展出了自己最新的双枪快充桩,很多朋友不禁让小编答疑解惑,到底什么是快充?今天小编就为大家扒一把。

一、国内关于快充(大功率充电)的概念

(1)快充和慢充是相对概念。业界认为,电动汽车快充(大功率充电)是指充电电流大于2C的充电方式,也就是充电时间小于30分钟的技术。

(2)2017年1月1日起,新能源汽车财政补助新政实施(财建〔2016〕958号文),对于动力电池能量密度及充电倍率做出要求,快充类纯电动客车快充倍率要高于3C。快充类新能源客车每千瓦时补贴基本额度为3000元,较非快充类高出67%。

(3)关于充电倍率(C),是指电池充、放电的速率。例如充电倍率为3C,即从0到充满用时为3C=1/3小时,也就是20分钟。同理,充电倍率5C、15C时,从0到充满分别用时12分钟、4分钟。

二、快充(大功率充电)的应用

简单来说,快充(大功率充电)可以降低电动汽车的补电时间,提高出行效率。

乘用车采用大功率充电,充电时间与燃油车的加油时间大体一致,这样就不会长期占用车位,也不会改变用户的用车习惯。其次,商用车方面,充电时间将会直接影响到运营收益,因此,出租车、共享汽车(分时租赁等)、公交车等,对于快充大功率充电是有迫切需求的。

1、不改变用车习惯,提高消费者购买欲望

我们都知道,普通燃油车(我们这里以乘用车为例),加满一箱油大概需要10-15分钟,而目前,我国纯电动乘用车用的直流快充桩充电功率为40-60kW,实际充电时间普遍大于1小时,即便是特斯拉的超级充电站也需要30分钟,这让驾车者的体验感大大折扣。而大功率充电(假设350kW)几乎可以实现与加油相同的用户体验,有助于打消客户的充电顾虑,增加购买信心。

2、提高了充电基础设施运营商的盈利能力

服务能力方面,比如40kW的充电桩一天的服务能力是10辆车,而350kW的直流大功率快充桩,一天就能服务80辆车。盈利能力方面,比如某国产纯电动乘用车的装载电量为30kWh,充电倍率为3C,以北京服务费0.8元/kWh为例,40kW的充电桩1小时所赚取的充电服务费为30×0.8元×3(20分钟充满,一小时可以充3辆车)=72元,而将来的电动汽车搭载的电量为100kWh,充电倍率为4C(未来可能达到6C),350kW的充电桩1小时所能赚取的充电服务费为100×0.8元×4(15分钟充满,一小时可以充4辆车)=320元。因此,当前普遍亏损的充电基础设施运营商对于大功率充电是迫切需要的。

三、实现大功率充电的要求

1、对动力电池的要求

假设未来电动汽车的续航里程为500km,每100km消耗20kWh电量,整车需要配备电量为100kWh。在完全充满且用时在10-20分钟,充电倍率需要至少3-6C之间,充电功率需要300-600kW之间,目前我国的充电标准无法覆盖如此大的充电功率,需要重新制定充电标准。在我国现有的动力电池技术水平下,已经实现了乘用车用锂离子电池3C的充电倍率,4C也在推广验证阶段,在保持高比能量的前提下实现6C的充电倍率,至少在我国的乘用车用锂离子动力电池市场上还没有类似的产品。

动力电池重量和比能量方面。我国目前三元电池的系统比能量大约在140Wh/kg左右,如果要搭载100kWh的电量,电池系统的重量估计在714kg,对于乘用车来讲是不可接受的。另外,在国内目前的动力电池比能量和主流纯电动乘用车的技术水平下,对于如何有效利用车内的空间来搭载100kWh的电量所面临的挑战还是比严峻的。

根据国内快充类电池不同技术路线,相关的快充类动力电池生产企业主要以下三类。

(1)磷酸铁锂电池,代表企业有宁德时代和沃特玛;

(2)钛酸锂电池,以珠海银隆、微宏动力为典型;

(3)锰酸锂电池,代表企业为中信国安盟固利、亿鹏新能源、微宏动力。

电池热管理方面。由于锂离子电池的特性,低温下无法实现快充,而高温时快充会导致电池发热,因此,需要热管理系统来确保快充的可靠性。

2、对充电桩的要求

要实现大功率直流充电需要从电压和电流两个方面来提升,由此会对充电桩电压、电流及电流速度、温度、兼容性的设计提出新的要求。

就电流速度来举例,根据GB/T18487.1-2015中规定,在充电阶段,车辆控制装置向非车载充电机控制装置实时发送电池充电需求参数,调整充电电流下降时:I>20A时,最长在I/dlmin内将充电电流调整到与命令值相一致, 目前dlmin为20安/秒。如果在充电电流为350A(或500A)的情况下,电流不能及时降下来,很有可能会造成电池过充,从而影响电池的使用寿命和安全性。目前在大巴车上已经发现这个问题,需要考虑在大功率充电标准制定的时候对电流速度进行重新定义或提升。

3、对电动汽车的要求

如果采用大功率直流充电(假设350kW,1000V,350A),那么整车的电压平台将会提高到1000V。但目前国内主流的纯电动乘用车的电压平台范围在275-550V,商用车在450-820V左右,而最大快充电流普遍在200A以下。因此,要实现1000V、350A的大功率直流快充,将对零部件提出更高的要求。

4、对电网的要求

从技术角度来讲,电网为350kW充电站配电是完全没有问题的。比如:城际高速上的快充站容量一般是630KVA,而集中式专用充电站的容量需求可能是数百至上万KVA。但从实际情况出发,大规模建设大功率充电站可能会存在以下问题。一是大功率充电一般应用于公共快速补电,用户充电时间与地点的选择更大程度上取决于行驶的需要,显著降低有序充电的潜力,提高电网负荷峰谷差,降低了大电网的整体投入产出效益。二是由于接入电网时间较短,呈现较为明显的随机性、间歇性特点,对电网需求响应的能力明显下降。三是电动汽车可作为移动储能装置和调峰系统,在电力供应富余时充电,提高电力的利用效率,在用电紧张时放电,缓解用电压力,延缓电网建设投资,提高电网运行效率和可靠性。但大功率充电可能无法实现V2G,降低了可再生能源电力的消纳能力。四是在夏季电力供应紧张时期,很容易出现过负荷问题,引起线路过热、跳闸等情况,这将导致大量负荷被切除。

总结:近日宝马、戴姆勒、福特、奥迪以及保时捷5家车企共同宣布,将会打造一个350kW的快速充电网络,随后特斯拉也加入到大功率快充的阵营中,其新一代的Supercharger充电功率甚至要高过350kW。而随着动力电池技术地不断突破,电动汽车续航里程逐渐提高,乘用车方面由最初的150km,已经提升到了400km,相信对于充电焦虑的问题随着快充技术的迅猛发展,也会得到快速解决。

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