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充電5分鐘續(xù)航1000里,揭秘電動車快充三大戰(zhàn)役

鉅大LARGE  |  點擊量:901次  |  2019年02月17日  

進入2018年,電動車的消費者們,對車輛的續(xù)航里程期望值已經(jīng)上浮至400公里起,A級電動車市場主流車型NEDC續(xù)航紛紛站上350公里乃至400公里,也說明了這一趨勢。

然而,對于更多的燃油車主來說,他們不選擇電動車的理由是——“加油5分鐘,充電十小時”。

為了占住未來的市場,車企、動力電池巨頭、電池初創(chuàng)、充電樁技術(shù)商……一眾產(chǎn)業(yè)玩家,圍繞快充技術(shù),分別在車輛充電速度、動力電池充電性能、充電樁功率三個領(lǐng)域,開啟了三場戰(zhàn)役。

這三場戰(zhàn)役指向的目標(biāo),是將電動車的充電功率提升的5-10倍,將充電速度從1小時壓縮至15分鐘乃至5分鐘!

充電速度之戰(zhàn):從1小時到15分鐘,傳統(tǒng)車企圍剿特斯拉

今年日內(nèi)瓦車展上,號稱“特斯拉殺手”的捷豹I-Pace橫空出世,充電功率達到100KW。搭配大功率快充功能,使得這輛帶電量達到81kWh的電動車能夠在40分鐘充至80%的電量,對應(yīng)NEDC續(xù)航400公里。

I-Pace對標(biāo)的特斯拉,在超級充電站的支持下則最多可達到120KW充電功率,特斯拉的各個車型基本也能滿足1小時充足80%電量(為了保護電池,動力電池充電最后20%的余量通常會強行限制電流,采用涓流充電)。

在特斯拉立下充電速度標(biāo)桿后,來自傳統(tǒng)車廠的競品們不敢怠慢?!耙恍r內(nèi)充至80%電量”,基本成為了豪華電動車的入門標(biāo)準(zhǔn)。

然而,如果與帶電量75KWh的ModelX75D相比,I-Pace無論是在最大充電功率還是最快充電速度上,都沒有優(yōu)勢,傳統(tǒng)車企純電動車在充電方面與特斯拉的第一局較量中未能取勝。

今年秋天,聲名在外、被寄予厚望的奔馳EQC問世,帶電量80KWh,充電功率110KW,充至80%電量時間與I-Pace看齊,40分鐘。傳統(tǒng)車企支持者們設(shè)想的第二位“特斯拉殺手”,人設(shè)也轟然倒塌。

EQC發(fā)布后不久,特斯拉的第三位挑戰(zhàn)者奧迪E-tron上場,在特斯拉家門口—美國舊金山發(fā)布。顯然,E-tron敢“打上門去”,還是有些準(zhǔn)備,至少在充電速度上是這樣——e-tron最高充電功率150KW,充至80%電量的快充時間為半小時。

盡管E-tron明年才能量產(chǎn),但在充電速度的紙面數(shù)據(jù)上,傳統(tǒng)車企終于完成了對特斯拉的超越。

同樣要在充電速度參數(shù)上超越特斯拉的,還有寶馬尚未正式官宣的iX3。在外媒的報道中,這款寶馬的純電動SUV最大充電功率也將達到150KW,快充半小時充滿(80%)電量,兩年后量產(chǎn)。

但半小時的充電時間,仍然是燃油車加油時間的6倍。車企們認為這個比值還需要縮小。

于是,保時捷首款純電動車Taycan發(fā)布時,宣布最大支持350KW的充電功率,讓其快充時間可以縮短至15分鐘!對外宣傳時,保時捷一直強調(diào)比特斯拉強了數(shù)倍的充電性能。

有意思的是,馬斯克在兩年前就表示,會把特斯拉的最大充電功率提升至350KW,然后馬斯克表示不現(xiàn)實,降至200-250kW合適。但特斯拉忙于Model3的量產(chǎn),今年夏季末升級充電功率的計劃又跳票了。

從100KW到350KW,從1小時到15分鐘,一系列豪華電動車將快充功率提升3.5倍,快充時間則提升了4倍。

但需要提到的是,特斯拉目前仍然是支持充電功率最高的量產(chǎn)電動車。

動力電池倍充性能之戰(zhàn):從2倍到20倍!

如果從保時捷Taycon將搭載的350KW充電技術(shù)來看,電動車最大充電速度的進步已然很快。然而,與電動車最快的耗電速度相比,仍然不夠看。

以特斯拉ModelSP100D為例,其電機最大輸出功率達到568KW,只需要10分鐘,就可以把100KWh的電池徹底耗盡。在這樣的條件下,電池的放電倍率是6C(即放電功率是電池容量的6倍,充電功率同理,該數(shù)值越大,電池充電/放電越快。),而特斯拉快充的充電倍率沒有超過2C。

動力電池的安全性,是其中最大的瓶頸。事實上,為了在充電時“不出事兒”,如今在乘用車上量產(chǎn)應(yīng)用的動力電池,充電倍率基本都不超過2C。

為了電池內(nèi)部鋰的脫嵌有序進行,防止產(chǎn)生析鋰、電解液分解、電池過熱等危及安全的問題以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)塌陷造成的循環(huán)壽命衰減問題,在需要長時間保持恒定功率的充電過程,無論是主機廠還是動力電池廠商,都對超大功率的充電持謹(jǐn)慎態(tài)度。

好在,動力電池技術(shù)的持續(xù)進步,陶瓷涂層隔膜、耐高壓高溫電解液、正極材料包覆、新型負極材料的開發(fā)等等技術(shù)的成熟,為亟待滿足的快充需求創(chuàng)造了條件。

產(chǎn)品方面的表現(xiàn)是高端電動車們最大充電功率的不斷上升,產(chǎn)業(yè)鏈上游則是動力電池巨頭與初創(chuàng)公司們在不斷探索動力電池快充的倍率極限——這一數(shù)字,已經(jīng)從2上升到4、6、10倍乃至更高的20倍。

今年年中,在2018中國(青海)鋰產(chǎn)業(yè)與動力電池國際高峰論壇上,寧德時代總裁黃世霖表示下半年將出貨快充時間達到15分鐘的動力電池。車東西從業(yè)內(nèi)人士處了解到,黃世霖所說的這型電池很可能是一款能量密度達到190Wh/kg的快充電池。

在宣傳資料中,這款電池的負極材料是應(yīng)用了“快離子環(huán)”技術(shù)的改性石墨,能夠幫助鋰離子快速從負極脫嵌;正極材料則是能量密度較高的三元鋰材料。這款電池有望先投放至對高倍率快充有迫切需求的電動出租車市場。

另外,寧德時代還有充電倍率達到5C(快充時間10分鐘)與3C(快充時間20分鐘)的動力電池,正極材料采用了安全性更高的磷酸鐵鋰,目標(biāo)瞄向電動公交,并且已經(jīng)投放市場。

而在快充電池上步伐邁得更早的國產(chǎn)動力電池廠商——微宏動力、珠海銀隆,最早使用結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定的鈦酸鋰作動力電池負極材料,在幾年之前就實現(xiàn)了6C的充電倍率,雖然犧牲了一定的能量密度以及經(jīng)濟性,但這種電池尤其適合城市電動巴士使用。

在2015年,微宏動力就拿到了倫敦電動大巴的訂單以及國內(nèi)重慶北京等地的電動公交訂單,而珠海銀隆在董明珠入股之前,也拿下過北京電動公交的訂單。

眼下,微宏動力通過將負極材料更換為理論能量密度更高的多孔復(fù)合碳,推出能量密度170Wh/kg,充電倍率4C的動力電池,試圖切入電動出租車及乘用車市場。

國外的巨頭對快充動力電池也保持著密切關(guān)注,并且,他們不僅想要電池支持快充,還希望未來的動力電池能夠同時滿足高能量密度與高充電倍率性能。

上周,軟包動力電池巨頭LG宣布投資動力電池初創(chuàng)公司Enevate。這家美國公司獨辟蹊徑,研發(fā)了純硅作為負極材料的動力電池。據(jù)其副總裁所言,這樣不僅解決了負極材料的鋰脫嵌穩(wěn)定性問題,使得倍充性能可以大幅度提升,而且能夠大大提升電池整體的能量密度(硅負極的理論比能量超過4200mAh/g,超過碳負極10倍)。

因此,Enevate掏出的產(chǎn)品是能量密度可達250-300Wh/kg,充電倍率達到10C,快充時間只需要6分鐘的超級電池!不過,Enevate的這一產(chǎn)品目前還未量產(chǎn),目前仍在產(chǎn)業(yè)化過程中。

而10C的倍率充電性能,還不是巨頭們正在追逐的極限。以色列公司StoreDot,則號稱正在開發(fā)充電倍率性能達到12C的動力電池。在其對外宣傳中,Store號稱其技術(shù)在正負極材料上使用有機材料,可以使電動車“充電5分鐘,續(xù)航500km(300英里)”。這一技術(shù)還吸引來了戴姆勒,為StoreDot投資了6000萬美元。而英國石油公司,也在今年送去2000萬美元融資。

不過,StoreDot更像是另辟了一個技術(shù)體系,離商業(yè)化比Enevate更遠。

另外,車東西還發(fā)現(xiàn)了號稱充電性能達到20C,能量密度150KWh/kg的湖南妙盛動力自產(chǎn)電池。只是這些參數(shù)已經(jīng)超出了行業(yè)的認知,更像是一場炒作。

在充電倍率性能這場參數(shù)“天花亂墜”的戰(zhàn)役中,初創(chuàng)公司以超高的數(shù)值取得了對巨頭的完勝,不過,初創(chuàng)公司的技術(shù)其實大多還停留在研發(fā)階段。

充電樁功率之戰(zhàn):從60KW到500KW

各家公司在充電倍率上的“放衛(wèi)星”,實則反映了新能源汽車市場對快充技術(shù)的切實需求。

當(dāng)主流電動車的續(xù)航里程升級到400公里,對應(yīng)的電池容量通常至少要達到50KWh。要把充電時間壓縮到半小時,至少需要100KW的充電功率。

而回到普通新能源車主的用車生活中來,真正構(gòu)成充電速度瓶頸的另一大關(guān)鍵因素,其實是充電樁。充電樁的輸出功率,將直接限制電動車的充電速度。特別是對于缺乏私樁安裝條件的國內(nèi)電動車主來說,高功率的公共快充樁,尤為重要。

但在國內(nèi)與國外,快充充電樁的功率似乎是兩個世界。

在超高功率的快充樁建設(shè)上,國外走得非常超前。

去年11月,戴姆勒、大眾、福特、寶馬等汽車巨頭組建的歐洲快速充電聯(lián)盟Ionity,宣布首個350KW快速充電站已啟用,Ionity計劃,到2018年底總共配置100個充電站。到2020年,在整個歐洲配置400個350KW充電站。

350KW正是保時捷Taycan的最大充電功率,但這還不是充電樁的最高紀(jì)錄。2017年初,美國充電服務(wù)公司Chargepoint宣布打造400KW的直流快充樁。一家澳大利亞公司Tritium則把這一紀(jì)錄刷新至475KW。而Chargepoint又通過自研的ExpressPlus充電系統(tǒng)將這一功率提升至500KW。

而國內(nèi),最主流的快充充電樁功率是60KW。

通過查閱國內(nèi)最大充電樁運營商國家電網(wǎng)的招標(biāo)公告,車東西發(fā)現(xiàn)在2017年第二批公開招標(biāo)時,60KW直流快充樁訂單在所有快充樁中占比90%。

但動力電池能量密度不斷提升、電動車帶電量不斷提高,對快充技術(shù)的呼聲也越來越響。大眾的MEB電動車平臺,支持的快充功率就是100KW起步,最高125KW。顯然,60KW的快充不夠用了。

在充電樁功率的競賽中,國內(nèi)似乎完全落后了。而一位充電樁運營商向車東西解釋,實際情況并非如此。

以350KW的充電樁為例,它的最大輸出功率要求電動車動力電池至少擁有4C-5C的倍率性能,而國內(nèi)目前根本沒有這樣的純電動乘用車。目前國內(nèi)的主流需求是,實現(xiàn)100KW快充樁的普及。因此,國網(wǎng)在2018年的招標(biāo)中也大幅度提高了100KW以上快充樁的比例。今年國網(wǎng)第一批充電樁招標(biāo)時,100KW以上快充樁的比例已經(jīng)提升至30%。

目前的高功率充電樁基本都是為搭載快充電池的電動大巴服務(wù),而電動大巴、電動公交充電場地固定,超高功率充電站不需要建設(shè)太多即可滿足需求。如果要論功率,目前國內(nèi)其實也有星星充電自研的500KW超級充電站。

不過,由于建設(shè)大功率充電站需要的高壓功率半導(dǎo)體目前基本掌握在國外半導(dǎo)體巨頭手中,國內(nèi)企業(yè)需要進口,因此高功率充電樁確實是一個待解的短板;同時,日美歐在高功率快充上的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)上,也比中國更快。

結(jié)語:快充的奇點正在到來

毫無疑問,透過這三場在新能源車產(chǎn)業(yè)之戰(zhàn)快充技術(shù)的熱度已經(jīng)越來越高。

并且,超高功率的快充已經(jīng)開始從商用車型上,向乘用車開始滲透。在動力電池能量密度提升遭遇瓶頸時,快充提供了另外一種解法,就如智能手機產(chǎn)業(yè)曾經(jīng)發(fā)生的趨勢一樣。

當(dāng)然,同提高動力電池能量密度一樣,電動車快充的應(yīng)用也需要完善的安全保障措施、健全的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。同時,快充技術(shù)更加依賴基礎(chǔ)設(shè)施。

不過,當(dāng)越來越多的電動車帶電量達到50度、60度乃至70度時,快充技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用臨界點已經(jīng)到來了。

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