近年来,随着电动车续航能力的持续不断的增加,对于充电的需求也愈发旺盛,在普通快充依然需要耗费一个多小时的前提下,研发更高功率的快充成为业界公认的发展趋势,而充电桩功率的不断的提高,也让“即充即走”不再只是科幻小说里的场景。但另一方面,大功率快充在技术和车辆电池匹配度上,还有不少亟待解决的问题,对于桩企、车企和普通消费者而言,也是个不小的考验。
与新能源汽车的锂电池相比,充电桩的技术原理实际上并不复杂。虽然各种品牌的充电桩五花八门,但落点到充电模式上,标准的分类依旧是交流充电桩、直流充电桩和交直流一体式的充电桩。而“交流”与“直流”的区别,则是我们日常经常听到的慢充(常规充电)和快充(快充)两种充电方式。受制于车辆电池、环境和温度等因素影响,目前慢充的时间是5-10小时,而快充则可以在20-30分钟内充满80%的电量。
国网北京市电力公司营销处处长陈海洋和记者说,从充电原理上来看,交流充电桩严格意义上来说并非充电装置,而仅是个放大的“电源转换器”。它把电力输送到电动车上,利用的还是车载充电机进行充电。因此,交流充电桩的功率一般都不高,以3.5kW和7kW的居多,速度也较慢,大约需要10小时左右。
直流充电桩就是消费者最为欢迎的“快充”,它一面连接交流电网,一面连接汽车,输出的是可调节直流电,可以直接为电动汽车的动力电池充电。仔仔细细地观察显而易见,相对于慢充桩,快充充电桩采用三相四线制供电,快充桩供电线更粗,直流充输出的电压和电流调整范围也比较大,功率超过了50kW,甚至上百千瓦。
但是,为避免一味长时间大电流充电而引发的过热等问题,快充桩其实并不能够实现真正意义上的满电,当动力电池容量充到80%时, BMS系统就会干预,切换成恒压充电模式,并降低充电电流,充电速度也会明显放慢。
相对于“细水长流”的慢充,便捷高效的快充充电桩显然更符合消费者胃口,也成为车企和充电桩企业竞逐的焦点。北方工业大学教授、汽车产业创新中心主任纪雪洪认为,研发和普及高功率充电技术,慢慢的变成了推动行业进步与发展的主要的因素之一。
例如国家电网的快充充电桩,功率已达到120kW;在新能源汽车方面动作频繁的北汽,最新推出的大功率充电桩功率达到150kW;而国外企业当中,特斯拉所使用的第二代超级快充功率已达150kW,保时捷的充电功率可达450kW。
国产品牌星星充电在2018年成功研发出500kW的液冷快充充电桩。这在某种程度上预示着,应用这款产品充电的新能源车,从0电量到80%,最快可以在10分钟以内完成。
但动辄几百千瓦功率的充电桩,传统的风冷技术早已不能够满足散热需求,液冷技术成为目前最可靠的解决方案。其实,液冷技术的原理不难理解,在电缆和充电枪之间设置一个专门的循环通道,通道内加入起散热作用的冷却液,就能够最终靠动力泵推动液体循环从而把热量带出。
目前应用最多的是液冷线缆,与普通线缆相比,其可以一边导电,一边用冷却液散热。但液冷不同与风冷的地方在于,它的密封性一定要做好,因为一旦管路发生泄露,就轻易造成冷却系统失效。
此外液冷还可以缩小电缆直径,最终让充电设备轻量化,因此在技术路径方面,充电桩制造企业的技术路径基本相同——尽可能制造出“又冷又快”的充电桩。
但耐人寻味的是,目前在快充标准的界定上,业内并没有统一的标准,2017年以前基本认为60kW即为大功率,但随着快充技术的发展,如今这一个数字已经突破了100kW、200kW甚至500kW。在全世界内,这个标准也不统一,甚至特斯拉自身还制定了一套准则,游离于所谓“国标”之外。
据了解,尽管星星充电、特来电等领头羊企业,已经实现了大功率充电桩IGBT等元器件的自主研发,但大多数企业的零部件依然需要依赖进口,例如高压功率半导体等,在贸易摩擦的大背景下,难免让一些中小充电桩企业感到“力不从心”。
据了解,IGBT(绝缘栅双极型晶体管),是由 BJT(双极结型晶体三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型-电压驱动式-功率半导体器件,也是快充充电桩当中最重要的零部件之一。
IGBT(绝缘栅双极型晶体管),是由 BJT(双极结型晶体三极管)和 MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型-电压驱动式-功率半导体器件,也是快充充电桩当中最重要的零部件之一。
“解铃还需系铃人。除了充电桩以外,实现真正意义上的快充,也必须对新能源车的电池技术做全面升级。”纪雪洪介绍说,电池负极就像一个大海绵,吸引锂离子从正极向负极传输。如果充电太快,相当于这些离子跑得太快,会在负极表明产生结晶,以此来降低负极的效率,进而影响电池循环次数,导致使用时间的下降。
这样看来,显然国内车企并未准备好。爱驰汽车动力系统副总裁吴畏就坦言,目前在售的车型,没有一款电池能承受连续350kW的大功率充电,更加不用说500kW甚至更高的充电功率。
纪雪洪也表示,目前新能源汽车充电功率,在100kW左右就足够。“过高功率的话,电池管理系统必须要做相应的调整,否则很难适应大电流充电,容易起到相反的效果。”
不仅是充电桩制造企业,包括车企和消费的人在内,这种技术层面的调整,意味着成本徒增。以自建“生态”的特斯拉为例,超级快充只支持自家车型,动辄五六十万的价格,让许多消费者望而却步。在“补贴退坡”“新能源汽车销量连降”的当下,不论是车企还是消费者,用提高成本来换取市场,绝非明智的选择。