裡程焦慮和充電焦慮是純電動汽車發展最重要的兩道坎,第一個是由電池的能量密度決定的,目前最先進的锂電池汽車綜合續航裡程都在500km上下,處于瓶頸期,暫時進步空間不大;而充電時長則是由電池本身、充電設備以及電網多方決定的,目前,主流快充系統極限基本是“在30分鐘内将電量沖到80%”,這個數據遠沒有達到當前技術瓶頸,還有很大進步空間。
目前,在電池能量密度(續航裡程)沒啥搞頭的大環境下,怎樣提高電池充電效率(壓縮充電時長)也就成了各國和各大廠商的重點攻堅對象。
●什麼是大功率充電系統?
大功率充電系統是一個相對的概念,目前國網最大功率的直流電樁(快充)的功率在60千瓦左右(500V/120A),如果從電量少于10%開始充電,充滿需要的時間普遍大于1小時,即使是特斯拉的超級充電站,其功率也就120千瓦,而加油則隻需要10分鐘就能搞定,乘員順便還能小個便。想要達到這個标準,充電樁的功率(電壓X電流)要遠高于當前的60千瓦快充系統(5倍以上),這就是大功率充電系統的概念。
●相比“慢充”“快充”有什麼優勢?
站在用戶的角度,我們需要的就是能在10分鐘内搞定的“超級充電樁”,這有助于打消客戶的充電焦慮,增加購買信心。而對于公交、物流這類運營車輛來說,高效的充電設備也将大大增加運營效率。本質上,充電效率的提高還是增強純電動汽車的競争力,擴大市場份額。
●哪些車企/國家在做該系統?
保時捷在很久之前就開始大功率充電設備的開發計劃,從50千瓦到1400千瓦,預計在2020年達到350千瓦的充電功率,已經跨入了“大功率充電設備”的門檻,顯然這套系統主要是為即将推出的Taycan純電動車(Mission E概念車量産版)準備的。
根據官方發布的消息,保時捷已經在德國柏林總部裝了兩個“800伏/350千瓦”的“樣本充電樁”,可在15分鐘内,使Taycan電池組的電量從較低的狀态充至80%。目前Taycan已經開始接受全球消費者預定,個人猜測,以Taycan的超高定位,這台大功率充電樁初期很有可能是走“私人定制”的路線,說白了就是“想裝?交錢!”
近日,奧迪對外發布了一款名為PB18 e-tron的純電超跑,同期披露的還有800V/350Kw的充電設備,奧迪明言,這套充電設備确實借鑒了保時捷的思路,相同的體系也便于今後保時捷、奧迪旗下純電動車産品共享大功率充電系統。
目前日本本土的快充系統是150千瓦、而國内最高也就60千瓦。日前,中國電力企業聯合會(CEC)和日本電動汽車快速充電器協會(CHAdeMo)已經同意标準化下一代電動汽車(EV)快速充電系統,雙方将在2020年前共同研發一款充電樁,可在不到10分鐘的時間内将車輛充滿電,該标準被稱之為“推薦性國家标準(GB/T)”。
面對大功率充電這一新能源車的重要趨勢,各國也在不遺餘力推行該系統的标準化、規模化、網絡化。雖然,在路上暫時還看不到這種“大殺器”,但GB/T概念的出現也算讓消費者看到了大功率充電系統的曙光。
●需要解決哪些問題?
想要提高充電效率,可不單單是提高充電電壓那麼簡單,這對電池、電樁以及電網都提出了更高的要求。
▲鋪設專用的電網系統是必須的
國内的民用電是220V(單相交流)、工業用電是380V(三相交流),而我們需要的是高達800V的高壓直流電,以保時捷350kW的額定功率來算,其額定電流将超過400A,這對任何供電設備和用電設備來說都是一個非常恐怖的數值。
不管是民用還是工業用電都遠不到這個标準,必須要從高壓電網另外拉出一套完全獨立的供電系統,顯然,這不是汽車廠商能夠辦到的,如果能夠建成并普及,那完全稱得上得是國家電網能吹一百年的“超級工程”。
▲充電設備标準更高
搞電氣的都知道,大電流是供電系統的“天敵”,所以輸電線路都采用的特高壓輸電,目的就是限制電流,降低熱效應(I^2Rt),減少輸電的能量損耗。現在你跟我說,給汽車電池充電的電流是400A,換誰都是“黑人問号臉”。
這樣超大電流需要怎麼樣的設備支持?作為直流充電設備,輸電設備阻值必須是極低的,電線要多粗有多粗,接口要多結實有多結實,充電過程也得是逐漸加壓和逐漸減壓。除此之外,還需要專屬的散熱系統,給設備降溫,最理想的是配冷卻系統,搞成超導狀态(造價驚人)。
▲安全評估十分重要
即使是現在的60kW充電樁,在炎熱環境下也常出現自燃的情況,這在國内已經不是什麼大新聞,說到底都是大電流的熱效應導緻的,現在還要将電流提升5倍甚至更高,其帶來的安全隐患也是驚人的,破壞力也是驚人的。
锂電池畢竟不是電容器,其本身也是有阻值的,在大功率充電時也必然會産熱,這對整車的高壓防護等級、熱管理等安全性能要求更高,特别是這種必須跟大電流“零距離接觸”的情況。
作為一個搞電氣出身的汽車媒體工作者,無論是供電廠、變電站、還是特殊工廠,提到800V/400A的這種工作環境,任何人都會将其視為“高危區域”,敬而遠之。現在,你竟然告訴我,我屁股後面不到1米的區域就是這樣的地方。不吹不黑,就算你把車子安全防護吹出一朵花來,我都不敢坐在車裡等充電結束。
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