影響純電動汽車(BEV)普及的因素,除了動力電池的價格,另外一個因素就是充電時間。直流(DC)快充是減少充電時間的重要手段,例如50kW或120kW的直流充電樁,可以在一定程度上緩減里程焦慮。
下圖是采用ABB 50kW DCFC給2015款日產(chǎn)聆風(fēng)(Nissan Leaf)BEV充電的曲線圖,這是典型的CCCV充電模式,電池總能量是24kWh,最高DC電流在115A-120A之間,持續(xù)時間15分鐘多一點,隨后切換到CV模式,繼續(xù)充電20分鐘+,整個過程耗時不到40分鐘,比美國能源部制定的Level1&2充電標準的幾個小時充電時間要快很多。
考慮到電池是2P96S,單個電芯容量約33.1Ah,實際在2P的并聯(lián)回路中,每個電芯的平均最高電流不超過60A,單個電芯大概在2C左右的水平。早在2012年,美國能源部下屬先進車輛測試活動規(guī)劃項目(AVTA)在亞利桑那州鳳凰城進行了道路測試,考察了50kW直流快充對2012款日產(chǎn)聆風(fēng)在實際使用中對電池的影響,每天使用兩次快充。
結(jié)果發(fā)現(xiàn),在前3萬英里,50kW直流快充和交流充電對電池衰減幾乎都沒有影響。3萬英里之后,電池衰減都在1kWh之內(nèi),不算明顯。
但是在30萬英里之后,可以看到比較明顯的電池容量衰減。相對于快充對電池容量的影響,快充對電池功率輸出能力的影響相對更大一點,并且在50kW快充過程中,電池平均溫升要比交流充電高2-5攝氏度。
2016年的時候,寶馬、戴姆勒、福特、大眾、奧迪、保時捷簽署了諒解備忘錄,在歐洲合作建設(shè)350kW高功率直流充電網(wǎng)絡(luò),規(guī)劃了大概400個超快充站點,采用的是CCS標準。與此同時,為了能夠?qū)崿F(xiàn)與燃油車真正進行競爭,美國能源部也開展了關(guān)于更快速的充電研究,功率高達400kW,或者稱為極速快充(Extreme Fast Charge,XFC)。
下圖簡單對比了幾種充電方式(假設(shè)電能消耗為0.3kWh/英里,忽略充電效率)。XFC的提出目標是實現(xiàn)低于10分鐘的充電時間,同時整個電壓一下子提高到800V左右,遠高于現(xiàn)行的300-400V左右的高壓儲能系統(tǒng),這對于電池設(shè)計又是一個挑戰(zhàn)。
一方面,為了實現(xiàn)長續(xù)駛里程(>300英里),要求電芯能量密度增加,通常極片涂敷量增加,或者厚度增加,這對于快充是不利的。厚度增加,充電時間也會相應(yīng)增加,否則會產(chǎn)生析Li的可能。因此更薄的電極更有利于實現(xiàn)更快的XFC充電,但是除了不利于實現(xiàn)高容量,這也會在一定程度上增加電池成本。
美國能源部的一項研究顯示,專門為快充設(shè)計的電芯成本比一般的電芯成本高將近90%左右。
另外,XFC快充需要更好的熱管理來配合使用,溫度高于50攝氏度時,電池衰減有加快的趨勢,目前電池行業(yè)多采用45攝氏度的數(shù)據(jù)來考察高溫對電池壽命的影響。高溫還可能帶來電池安全隱患。另外更高電壓的電池系統(tǒng)對于電氣安全的設(shè)計也是一個需要考慮的方面,例如充電過程中電芯的均衡問題,等等。
XFC極速快充的充電需求出現(xiàn)時,對于車載儲能系統(tǒng)的設(shè)計也需要有一次重新的認識。
來源:第一電動網(wǎng)
作者:129Lab
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