电动汽车快充到底对电池有没有影响?
一、现在电动汽车快速充电主要有两条技术路线:高电压+大电流
技术路线一:高电压快充
高电压快充技术广泛应用于除特斯拉之外的其他车企,技术难度不高,但是发热量较大,需要企业做好车辆动力电池的散热
。经过多年的发展,高压快充技术发展日益成熟,安全性也得到大幅度提高。目前主流的充电桩电压是400V规格,而小鹏G9通过车端的800V高压SIC平台和480千瓦的大功率超充桩,可实现充电5分钟续航200多公里的能力。
https://pic1.zhimg.com/80/v2-7b0df1a126439a1e249089a400c77593_720w.jpg通过增加“压强差”,加快流速,让单位时间里有更多的水从高水位水池流到低水位水池
市场现状:
保时捷:首款800V高电压平台电动车Taycan,目前最大充电功率可达 270kW,可在22.5min内完成5%-80%SOC,后续版本最高充电功率有望 达350kW;
现代:E-GMP平台,搭载400V/800V超高压充电系统,可在18min内完 成 0%-80%SOC,可实现充电5min续航100km;
奥迪:800V高压电气系统,理想状况下充电10min续航300km;
华为:AI闪充全栈动力域高压解决方案,750V闪充,15min实现30%- 80%SOC;
比亚迪:800V闪充技术,充电5min续航150km。
技术路线二:大电流快充
根据功率P=电压U*电流I公式,充电电压和电流其中任意一项增加都能提高电动汽车的充电效率。但是根据焦耳定律Q = I²Rt,大电流快充路线会导致电气系统发热剧烈,对散热要求很高。
大功率液冷充电电缆采用液冷技术,通过特殊的结构设计,使得电缆在整个充电过程中处于恒定低温环境,克服了充电线束和充电桩的热损伤,具有良好的散热能力。
https://pic2.zhimg.com/80/v2-1a6e1492511ef4c27ace26fbb3d6da28_720w.jpg通过增加“流径”,增加流量,让单位时间内有更多的水从高水位水池流到低水位水池
市场现状:
此技术应用以特斯拉 Model 3 为代表,其超充桩的充电电压为 400V,最大充电电流超过 600A,最大充电功率为 250kW,可实现 30 分钟充 80%电量。
二、不论那种路线,快充都对电池有影响
不论是高电压还是大电流,本质上都是能量的转移,都是电化学反应的过程:时间+温度是关键因素。
锂电池的正极材料通常有锂的活性化合物组成,负极则是特殊分子结构的碳,常见的正极材料主要成分为LiCoO2。充电时,加在电池两极的电势迫使正极的化合物“释出”锂离子,嵌入负极分子排列呈片层结构的碳中。放电时,锂离子则从片层结构的碳中“析出”,重新和正极的化合物结合,锂离子的移动产生了电流。
https://pic1.zhimg.com/80/v2-c75808aeb421e3dc82d11c629dd5643f_720w.jpg1.时间上的及时性问题
快充引起的负极活性损失:快充状态下,如果充电功率太大,会有过量的锂离子从正极脱嵌出,而且锂离子的移动速度非常快,这时候负极“接收锂离子的能力跟不上”,就容易使一部分锂离子无法顺利嵌入负极,造成析锂现象。
这也是为啥快充都是在20%-80%之间进行,避免这种“跟不上”的问题。
2.高温是锂电池老化的最大杀手
电池因为存在内阻,在通电时会产热。根据焦耳定律,发热量Q=I²Rt。充电电流越大,锂离子移动的速度越快,电池温度升高得也越快。
温度的升高会伴随着一些副反应,如电解液分解、电极上产生沉积物,导致反应可逆性降低,电池容量也就会慢慢的减少。
三、动力电池冷却设计,温度管理很重要!
动力电池大电流充电和高压充电方式等“快充技术”普及,对于电池热安全管理提出更高要求。
https://pic4.zhimg.com/80/v2-5537f8a8e28b7253e9d43d6b7dbdf13b_720w.jpg在冷却管路设计上,现在在向着减少管路长度,提高冷却效率,更快更充分的冷却方向上发展。以特斯拉为例:逐步从一条管路,向两条管理,向多条管路方向演进。
https://pic4.zhimg.com/80/v2-af8e3236aecd678c86d3f5dd0c52afc7_720w.jpghttps://pic4.zhimg.com/80/v2-2edeaca87d3976de1a1bfb4ec54b9860_720w.jpg国内市场主流方案是在电池包下方铺设冷板,通过界面导热材料将电芯中的热量导至冷板,实现冷却。
https://pic2.zhimg.com/80/v2-3ee147f87234c6c05bccac858ccc5a1b_720w.jpg国内电池大厂宁德时代发布的麒麟电池中,将隔热垫、水冷板、横纵梁整合为一体,冷板从水平放置变为类似特斯拉冷却管的竖直、间隔放置,换热面积扩大 4 倍,支持 4C 快充,同时起到冷却与支撑作用。
上述的液冷及热管理系统,实现了对电池包热失控的整体软防控。对于电芯间传热问题,各大厂商也下了大功夫,但是现在各个厂家的方法各不相同,方案尚未聚焦:
广汽埃安采用“气凝胶薄片”隔绝电芯之间传热;
极狐在电池包上覆盖“陶瓷纤维防火毯”;
岚图的“琥珀” 和“云母”电池系统,分别对应在电池包内加入“气凝胶”和“层状云母”的方式达到隔热阻燃效果;
特斯拉在动力电池包中采用灌封胶填充圆柱电池间的空隙,起到避免电芯间传热、提高对冲击的稳定性。这个方案更类似于电子元件中灌封的概念。
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