大功率充電樁已有突破性的發(fā)展，被看作是救世主。但是，大功率充電，絕非充電設(shè)施企業(yè)一家之事，孤軍作戰(zhàn)可不行!
雖然景色誘人，但前往的道路也許并未就緒。
“我們的500kW大功率充電樁，一個小時可以充500度電，普通的純電動車10分鐘左右即可充滿。”星星充電戰(zhàn)略市場中心總經(jīng)理向冀介紹說。
這是一組新能源汽車行業(yè)夢寐以求的數(shù)字，在打消續(xù)航焦慮的道路上，大功率充電樁似乎被視為救世主，它讓純電動車變成近乎完美的交通工具。
但世間，哪有完美二字。
充電設(shè)施企業(yè)為了縮短充電時間不遺余力，技術(shù)研發(fā)上也有了喜人的突破。但面向未來的市場化目標(biāo)，充電接口的另一端，或許才是更應(yīng)被重視的大山。
大功率充電樁，顧名思義，具備大輸出功率的充電設(shè)施，一般來說數(shù)據(jù)上的定義為傳導(dǎo)大功率充電技術(shù)充電功率≥350kW，充電時間約為10-15分鐘，續(xù)航里程可達(dá)300公里。它的出現(xiàn)，一方面可以提高整個充電場站的運(yùn)營效率和收益，更大的意義在于，其將有效縮短充電等待時間，解決續(xù)航焦慮的問題。
日本電動汽車用快速充電器協(xié)會(CHAdeMP)將快速充電的輸出功率定義在120kW-180kW，最大充電電流300A。根據(jù)規(guī)劃，到2025年以后充電功率將進(jìn)一步提高到350kW-400kW，最大充電電流400A，電壓平臺設(shè)定為1000V。
國內(nèi)也有相關(guān)的技術(shù)路線，即2018年-2019年，大功率充電關(guān)鍵技術(shù)研究、關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)制定(如大功率充電接口、液冷電纜組件、通信協(xié)議)、小規(guī)模試運(yùn)行;2020年-2022年，投入商用;2023年-2025年，開始大規(guī)模投入使用。
去年9月，中國電力企業(yè)聯(lián)合會與日本電動汽車用快速充電器協(xié)會(CHAdeMO)簽署備忘錄，雙方會在充電設(shè)施國際標(biāo)準(zhǔn)化方面進(jìn)行協(xié)商，并重點推進(jìn)電動汽車大功率充電領(lǐng)域合作。據(jù)悉，雙方將在2020年前共同研發(fā)大功率充電樁，目標(biāo)是10分鐘即可將車輛充滿電。
關(guān)于大功率充電的界定，國內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)一直比較模糊，功率值的界定并不清晰。不過，針對快速充電標(biāo)準(zhǔn)，新的國標(biāo)有望在1-2年內(nèi)發(fā)布實施。“據(jù)我所知，目前有一個正在計劃中的國家標(biāo)準(zhǔn)還未正式出臺，出臺后將定義基于未來的大功率充電樁，現(xiàn)在還處于試點階段。”普天新能源充電設(shè)備負(fù)責(zé)人彭博向記者透露。
目前全球充電標(biāo)準(zhǔn)大致可分為五大類，分別為日本CHAdeMO、中國GB/T、美國COMBO(CCS1)、歐洲CCS以及特斯拉自己的標(biāo)準(zhǔn)。彭博口中的新國標(biāo)，即新版GB/T快速充電標(biāo)準(zhǔn)，新版本中1500V和600A時最大功率可達(dá)到900kW(現(xiàn)版GB/T在950V和250A時提供237.5kW)。
各國都在努力推進(jìn)大功率充電標(biāo)準(zhǔn)的同時，技術(shù)儲備進(jìn)度如何?
今年3月，占據(jù)全美70%充電樁份額的ChargePoint宣布，將推出Express Plus模塊化平臺，專為主要道路或運(yùn)輸倉庫的企業(yè)和充電中心而設(shè)計，可為純電動車提供高達(dá)400kW的充電輸出功率。
同月，特斯拉首席執(zhí)行官埃隆·馬斯克在一份聲明中表示，第三代特斯拉超級充電站即將投入運(yùn)營，站內(nèi)的充電樁輸出功率或高達(dá)350kW。
國內(nèi)方面，星星充電自主研發(fā)的大功率充電樁已蓄勢待發(fā)，“我們?yōu)楣缓?C倍率的電池配套的大功率快充，已經(jīng)與保時捷的產(chǎn)品做了對口測驗，可以實現(xiàn)非常快的充電，(功率為)500kW、(電壓為)1000V、(電流為)500A。這個產(chǎn)品正常情況我們至少需要18個月的研發(fā)周期，但是因為我們有工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，在前期已經(jīng)采集了大量的用戶數(shù)據(jù)和大量的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，所以極大的壓縮了我們的研發(fā)成本，壓縮了研發(fā)時間，大概用了12個月的時間，提高了我們研發(fā)的效率50%，這個產(chǎn)品已經(jīng)下線。” 星星充電董事長邵丹薇介紹說。
“普天新能源已有充電功率400kW以上的液冷充電樁處于驗證階段，目標(biāo)是15分鐘從20%充到80%。”彭博說。
特來電技術(shù)研究院副院長、電氣技術(shù)中心總經(jīng)理穆曉鵬向記者表示：“特來電的大功率充電樁充電功率可達(dá)450kW，今年已經(jīng)在和車企進(jìn)行對接測試，將根據(jù)國標(biāo)的推進(jìn)情況安排投放市場。”
除充電設(shè)施企業(yè)外，新能源車企也在布局自己的超級充電站，但充電功率要小不少。小鵬超級充電樁采用180kW雙槍直流快充樁，通過柔性分配單槍可實現(xiàn)最高120kw的充電功率，平均功率可達(dá)90kw;不久前，蔚來官方宣布，105kW超級充電樁在蘇州蔚來交付中心開啟試運(yùn)營。
液冷和密封，大功率充電樁的關(guān)鍵
從技術(shù)上說，大功率充電樁需要做諸多特殊的設(shè)計和調(diào)整，其中散熱系統(tǒng)和密封技術(shù)是保證可靠性與安全性的關(guān)鍵。
動輒數(shù)百千瓦的充電功率，傳統(tǒng)的風(fēng)冷已無法滿足大功率充電樁的散熱需求，用一位充電設(shè)施企業(yè)技術(shù)負(fù)責(zé)人的話來說，“液冷技術(shù)是可見范圍內(nèi)最實際的解決方案。”
液冷技術(shù)的原理并不復(fù)雜，簡單來說，即在電纜和充電槍之間設(shè)置一個專門的循環(huán)通道，通道內(nèi)加入起散熱作用的冷卻液，通過動力泵推動液體循環(huán)從而把熱量帶出。
液體冷卻方式可以縮小電纜直徑，使其輕量化。記者在詢問多家充電設(shè)施企業(yè)后發(fā)現(xiàn)，各家的技術(shù)思路比較統(tǒng)一，只是由于核心元器件的來源(進(jìn)口或自主研發(fā))不同，造成了細(xì)節(jié)上的差異而已。
這里就要提及成本問題，雖然星星充電、特來電等頭部企業(yè)均表示IGBT等功率元器件已實現(xiàn)自主研發(fā)，但多數(shù)企業(yè)的相關(guān)零部件還是依賴于進(jìn)口。“國內(nèi)還是依靠進(jìn)口，產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對保守一些，還是按照既定的技術(shù)路線走，一些核心器件受控于進(jìn)口。”萬馬愛充相關(guān)負(fù)責(zé)人曾表示。
此外向冀坦言，液冷技術(shù)難度還是比較高的，在電流、電壓非常大的情況下，系統(tǒng)非常容易發(fā)熱，電損也會比較高。
一位星星充電相關(guān)技術(shù)的負(fù)責(zé)人向記者表示，充電設(shè)備散熱問題直接決定設(shè)備的使用壽命和穩(wěn)定性，通過熱仿真技術(shù)研究大功率充電系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)熱量及選擇合適的散熱方式極為關(guān)鍵。采用液冷技術(shù)對大功率充電設(shè)備散熱時，需要解決系統(tǒng)設(shè)計散熱管道排布，冷卻液的選擇等問題。
目前應(yīng)用最多的冷卻液為復(fù)合型絕緣油，線纜為一體式液冷線纜，與普通線纜相比，液冷線纜可以一邊導(dǎo)電，一邊用冷卻液散熱。
液冷不同于風(fēng)冷，此前特斯拉的大功率充電樁曾被曝有冷卻液泄露的隱患，密封技術(shù)需要被格外重視。
在穆曉鵬看來，特來電大功率充電樁在密封方面需要做特殊的設(shè)計和處理，以確保可靠性。“當(dāng)管路發(fā)生泄露時，容易導(dǎo)致冷卻系統(tǒng)失效，需要進(jìn)行實時監(jiān)控。”
他給出了三種對策：第一，基于流量信號變化的檢測，采用質(zhì)量/體積平衡法，評判質(zhì)量/體積是否平衡;第二，基于壓力信號變化的檢測，采用負(fù)壓波檢漏法，捕捉壓力下降波;第三，基于次聲壓力信號變化的檢測，采用聲波泄漏檢測，檢測與背景不同頻率的次聲波 ，來做判定保護(hù)。
技術(shù)準(zhǔn)備好，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠
縱然大功率充電樁有了突破性的發(fā)展，但前方道路上依舊存在很多未知數(shù)。
問題主要有二：其一，大功率充電如何保證電池安全和壽命，現(xiàn)在的電池技術(shù)是否能應(yīng)對?其二，渴望大功率充電盡早落地的整車企業(yè)，產(chǎn)品是否能承受這種充電方式?
面對大功率充電下的電池問題，通用汽車中國首席技術(shù)專家杜江凌認(rèn)為，重點在于電池的負(fù)極材料。“快充是一個充滿潛力的研究領(lǐng)域，也是通往‘零排放’未來的路上必須解決的問題。電池負(fù)極就像一個大海綿，吸引鋰離子從正極向負(fù)極傳輸。如果充電太快，相當(dāng)于這些離子跑得太快，就會在負(fù)極表面形成結(jié)晶，從而降低負(fù)極的效率。好的負(fù)極材料可以使離子在傳輸時，迅速鑲嵌到負(fù)極，不會在表面形成結(jié)晶，這樣就不會影響到電池的循環(huán)次數(shù)。這也是我們電池研發(fā)團(tuán)隊目前的一個研究項目。”
記者在與通用中國科學(xué)研究院電池研究員孔德文的溝通中得知，通用中國前瞻技術(shù)科研中心已經(jīng)將最新研發(fā)出的新型高功率電池授權(quán)給兩家國際電池供應(yīng)商進(jìn)行量產(chǎn)，這款電池通過混合兩種性能完全不同的電核貯能材料作為極耳，提高了低溫功率特性和高溫耐久性。
動力電池研究領(lǐng)域一直將此視為研發(fā)方向，但作為動力電池生產(chǎn)企業(yè)來說，日益白熱化的競爭環(huán)境，或許不允許他們把過多的精力放在相對遙遠(yuǎn)的事情上。
當(dāng)被問及是否有計劃針對大功率充電進(jìn)行技術(shù)升級時，安馳科技總經(jīng)理徐小明坦言，“暫時不考慮。”他認(rèn)為，大功率充電對電芯的發(fā)熱、散熱、安全、壽命都會提出新的挑戰(zhàn)，“現(xiàn)有的電池，要進(jìn)行PCAK的重新設(shè)計才有適應(yīng)350kW大功率充電的可能性，我們目前不考慮做相關(guān)的技術(shù)升級的研發(fā)。”他還表示，大功率充電對電網(wǎng)負(fù)荷也是很大的挑戰(zhàn)，目前中國的政策沒有考慮這種情況的充電。
動力電池的主要問題在于安全和壽命，整車層面需要升級的則是電池管理系統(tǒng)、充電控制系統(tǒng)以及電壓平臺。
對此愛馳汽車動力系統(tǒng)副總裁吳畏認(rèn)為，目前在售的車型，沒有一款電池可以承受連續(xù)350kW的大功率充電，更不用說500kW。“充電樁具有350kW、450kW、甚至500kW的大功率充電能力，代表可以涵蓋大電量電池包的充電功率需求，但是電池包的充電電流和功率邊界要以不影響安全和壽命為前提。”
他表示，能適用大電流充電的電池包、電芯、模組、高壓系統(tǒng)以及電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，必須具有足夠的耐受大電流能力，電池管理系統(tǒng)也需要做適應(yīng)性的調(diào)整。
升級電壓平臺成為可行的方案之一，“如果要做大功率的充電，最佳的辦法是提高電壓平臺，目前國外做350kW快充的電壓平臺都提高到700V-800V，這就需要所有的高壓器件也要做相應(yīng)的調(diào)整，或者通過大功率的DCDC進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換。” 但吳畏也提出了自己的擔(dān)憂，“目前國內(nèi)電動車及高壓部件的電壓平臺還是以350V為主，高電壓零部件的資源有限。”
大眾汽車學(xué)院技術(shù)培訓(xùn)師陳慶貴也提出了類似的觀點，他表示大眾品牌電動車目前還無法承受大功率充電，“大眾的電動車電壓平臺都在400V，現(xiàn)在的車還做不到。”
這些困難，大家心知肚明，于是一些新能源整車企業(yè)將換電看作是更切實際的解決方案。“蔚來的能源補(bǔ)充，包括家充樁、超充樁、移動充電車、換電站、充電地圖(公共樁)、蔚來能源云(一鍵代客加電調(diào)度體系)等，這是一個系統(tǒng)的組合，根據(jù)用戶使用場景各取所長，互相補(bǔ)充。”蔚來汽車傳播總監(jiān)萬銳認(rèn)為，相對于大功率充電樁，換電要更加合理。
大功率充電一定是未來的發(fā)展趨勢，這點毋庸置疑。但在起步階段，大功率充電將會更多的應(yīng)用于公共車輛、商用車、物流車、出租車等領(lǐng)域，并主要建設(shè)在高速公路上，對電網(wǎng)的短時沖擊不得不考慮。此外，一些充電設(shè)施企業(yè)之所以能較快的實現(xiàn)商業(yè)化落地，離不開與整車企業(yè)的深度合作，普天新能源充電設(shè)備負(fù)責(zé)人彭博的一句話頗有深意，“乘用車領(lǐng)域短期內(nèi)還無法大規(guī)模實現(xiàn)大功率充電，這需要充電設(shè)備和整車雙輪驅(qū)動才行。”
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