鉅大LARGE | 點擊量：2907次 | 2019年02月16日
揭秘電動汽車超級快充
國內車市在2018年迎來20多年來首次下滑，但新能源車產銷量卻雙雙突破百萬成為增長的關鍵力量。就在新能源車快速普及的當下，續(xù)航里程一直是電動車產業(yè)和消費者最關注的問題。
毫無疑問，更遠的續(xù)航里程，將為新能源車的大規(guī)模普及起到重要推動作用。但由于動力電池技術還未取得革命性突破，通過增加電池容量來解決里程焦慮的進展較慢。
不過不用擔心，目前特斯拉、保時捷、北汽新能源等一眾國內外車企和供應商都在積極研發(fā)超級快充技術，像是保時捷首款純電跑車Taycan的800V超級快充，4分鐘即可充入100公里的行駛里程。
如果這種充電技術得以普及，即使電池容量不增加，里程焦慮也將不復存在。
日前，車東西采訪了北汽新能源、新特、國家電網等多家車企與充電樁企業(yè)的技術高管，就超級快充的技術原理、研發(fā)難點、行業(yè)現(xiàn)狀等關鍵問題有了更明確的認識與了解。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
20分鐘充滿一輛純電SUV
1月11日的北京已是嚴冬，但在首都北部的昌平未來科學城一隅卻熱鬧非凡。
就在這一天，國家電網在未來科學城內設立了北京地區(qū)首個乘用車超級快充樁，并且聯(lián)合北汽新能源一道，進行了乘用車超級快充測試。
在活動現(xiàn)場，一輛改裝過的白色的北汽新能源EX3純電SUV（該車還未上市）緩緩駛近充電樁，工作人員向車頭的充電口插入充電槍后開始充電。
過了沒多大一會兒，國家電網超級快充樁的顯示器上顯示出了相關信息，充電電流達到263.3A、電壓611.1V，算下來充電功率達到了160kW。
160kW的充電功率是什么概念？即1小時可以充電160kWh，30分鐘可充電80kWh。
作為對比，目前常說的電動汽車快充技術指使用60kW的直流充電樁進行充電，而號稱超級快充的特斯拉，最大充電功率為145kW。
目前，大部分純電動汽車的電池容量都在50-80kWh，按照這個功率計算，理論上30分鐘即可充滿80kWh的電池。即使是目前電池容量最大的特斯拉P100D車型，也僅僅需要37分鐘左右即可充滿。
當然，實際充電式不可能全程最大電流/電壓，實際所需時間要略長一些，但仍是巨大的提升。
據(jù)了解，北汽新能源這套車載快充技術由北汽新能源工程院自主研發(fā)，可在700V的高壓下實現(xiàn)最大400A的直流快充，即最大充電功率可達到280kW。
據(jù)報道，EX3未來或將搭載61kWh的鋰電池組，按照160kW充電功率計算，理論上22分鐘充滿，而280kW下則僅需13分鐘（實際會略長）。
很明顯，這種超級快充技術較目前1小時+的快充技術有了質的提升，將大幅提升用戶體驗，消除里程焦慮，同時也將成為車企之間的一個熱點競爭方向。
豪華品牌激戰(zhàn)大功率快充
正如上文所言，目前一般電動汽車支持的直流快充技術充電功率多在60kW左右。而對于售價更高的豪華品牌來說，搭載更大功率的快充技術，則是提升產品競爭力的一個關鍵動作。
在這方面，特斯拉可謂是量產電動車中的急先鋒。
這家致力于研發(fā)制造豪華電動汽車的公司自誕生之日起就盯上了超級快充技術，其ModelS和X車型使用自家的SuperCharger超級裝電站的最大充電功率為145kW（此前為120kW），屬于量產電動汽車中的充電速度最快的選手，也是充電標桿。
正如500公里續(xù)航和自動駕駛系統(tǒng)一樣，特斯拉所探索的設計都成了豪華電動汽車的“標配”。
2018年，奔馳EQC、奧迪e-tron相繼發(fā)布，在續(xù)航向500公里看齊的同時，也均提供了大于100kW的快充技術，EQC的快充功率為110kW，而奧迪e-tron則達到了150kW（如下圖）。
2018年6月9日，保時捷宣布旗下首款電動跑車MissionE的量產車定名Taycan，正式加入戰(zhàn)局。
MissionE除了擁有高達440kW（約合600馬力）的動力和3.5秒的百公里加速實力外，保時捷也一直在強調其800V超高壓電氣系統(tǒng)帶來的極速快充體驗。
按照保時捷官方的說法，Taycan在15分鐘內即可充電80%，或者充電4分鐘即可行駛100公里。據(jù)外媒報道，Taycan的超級快充系統(tǒng)最大功率或可達到350kW。
很明顯，待Taycan在今年年底量產后，其也將成為充電速度最快的量產電動汽車。
除了給自家的新款電動車配備超級快充技術，寶馬、戴姆勒在2016年還聯(lián)合大眾、福特等歐美一線車企成立了一家名為IONITY的充電設施運營商在歐洲推進充電基礎設施的建設。
成立合資公司并不新奇，新奇的是IONITY計劃在歐洲主要路線周圍鋪設400座350kW的超級充電樁。
這一動作背后的意義很明顯，即寶馬、戴姆勒、福特、大眾等車企巨頭都準備在自家車型上落地350kW快充技術（保時捷與奧迪都屬于大眾集團）。
當然，傳統(tǒng)車企巨頭們的動作也都被特斯拉和馬斯克看在眼里。
馬斯克在2016年就在Twitter上透露了特斯拉正在研發(fā)第三代充電技術——SuperChargerV3。而當有網友詢問其輸出功率是否為350kW時，馬斯克竟然回復稱“只有350kW？你以為這是兒童玩具？”
言下之意即SuperChargerV3的充電功率將遠大于350kW。
不過經過兩年多的研發(fā)后，SuperChargerV3的部署時間從2018年夏天推遲到了2018年底，又推遲到了2019年。
在2018年第一季度財報會議上，特斯拉CTOStraubel表示，其并不看到350kW左右的大功率快充，因為這會犧牲車輛電池的續(xù)航里程和耐用性，而馬斯克隨后也表示更看好200—250kW的充電技術。
去年11月，馬斯克在Twitter上透露，特斯拉的超級充電樁在2019年將翻倍（即達到2.3萬個），同時也會部署SuperChargerV3。
至于特斯拉的超級快充技術能達到多少kW，到今年部署時才能知道結果。
超級快充：車和樁都需要升級
電動汽車充電速度快不快，關鍵要看充電功率。
目前，國內電動汽車使用交流電的家用充電樁充電功率多在10kW以內，叫做慢充。使用直流電以50-60kW左右的功率進行充電的系統(tǒng)叫做快充。
而特斯拉的145kW快充系統(tǒng)則遠高于普通快充，因此特斯拉將其命名為SuperCharger超級充電站（樁）。
而隨著保時捷MissionE的350kW快充系統(tǒng)和IONITY的成立，350kW大功率快充技術成為充電技術的前沿熱點，各國車企和供應商都在積極研究，這一技術被稱為大功率快充HPC（HighPowerCharging）。
目前，全球的研發(fā)范圍在200-500kW，其中又以350kW和500kW為研究重點。
從物理學來說，功率=電壓X電流，所以大功率充電系統(tǒng)需要在充電樁和車輛兩個層面，同時關注電壓和電流問題。
1、車和樁都需要升級
目前國內常見電動汽車的電壓平臺多在400V左右，即其電機、電池、電控等相關系統(tǒng)的工作電壓均在這個范圍。因此想要在400V電壓平臺下實現(xiàn)350kW的大功率快充，其車內電流就要達到350kW/400V=875A，而目前電動汽車內部線路能夠承受的電流則多在250A左右。
大電流需要極粗的線纜才能承受，而線纜粗了之后又會產生極大的熱量，即影響車內空間布置，同時又需要液冷系統(tǒng)進行熱管理，效率較低。
因此保時捷的做法與城市輸電網絡一樣——采用超高壓，所以能看到Taycan的整車電壓平臺提升到800V，這樣其內部線纜只需要承受437A的電流。
小鵬汽車負責的充電相關的技術總監(jiān)王敏告訴車東西，目前乘用車零部件供應商幾乎都沒有800V相關的功率部件，因此只有保時捷這種豪車巨頭才有能力調動其自己的供應商一起，研究一款800V電壓機構的電動汽車，進而使用350kW快充系統(tǒng)。
北汽新能源技術總監(jiān)李玉軍向車東西確認，北汽新能源進行大功率快充測試的EX3也沒有使用量產部件，其通過更換電容、IGBT，提升絕緣等級等辦法進行了整車平臺的升壓處理。
熱管理層面，王敏和李玉軍都表示目前主流的做法就是液冷，除了提升電池的液冷能力，還需要給直流充電線路、充電口提供液冷系統(tǒng)，具體做法相當于是電線外包上一層管道，讓其循環(huán)冷卻液。
2、電池技術還有待提升
落地大功率充電技術，除了車輛平臺需要升壓，車外的充電樁也需要配套升級。
相比車輛，充電樁需要更換更大功率的功率模塊、帶有液冷系統(tǒng)的充電槍和線路即可提升功率，技術難度要比車輛部分容易。
這也是為什么保時捷、IONITY、國家電網、現(xiàn)代汽車等企業(yè)都已經部署了350kW的大功率充電樁，但是卻仍然沒有看到支持350kW快充的量產車的原因。
小鵬汽車研究院的技術總監(jiān)王強軍認為，對車輛和充電樁進行升壓并部署熱管理系統(tǒng)并非核心難點，真正的難題在于動力電池。
據(jù)其介紹，目前車用動力電池的充放電倍率多在1-1.2C之間，而如果要達到350kW的快充功率，100kWh的電池就需要達到3.5C的充電倍率，遠高于目前的技術水平。
不過北汽新能源技術總監(jiān)李玉軍則認為，動力電池本身就分為功率型和能量型等類別，目前乘用車使用的多為能量型（三元鋰電池），因此充電倍率較低，其實商用車領域已經擁有支持大功率快充的動力電池。
例如寧德時代，其就擁有5C、甚至6C的磷酸鐵鋰電池，但是能量密度要低于三元鋰電池。
所以正如特斯拉CTOStraubel所言，目前的電池技術下，如果要實現(xiàn)350kW的大功率快充，就會犧牲一定的續(xù)航和耐久性。
所以電池技術的矛盾點在于，充電快的車單次跑不遠，而單次跑的遠的車，充電慢。
落地超級快充還要邁過三道坎
1、行業(yè)標準未確定
在小鵬汽車充電系統(tǒng)技術總監(jiān)王敏和北汽新能源技術總監(jiān)李玉軍看來，目前大功率快充還沒量產的核心原因并非是車輛和充電樁方面的技術問題，而是因為行業(yè)標準未確定和產業(yè)成熟度不足。
目前全球大功率快充有兩大標準，一是日本的CHAdeMO標準和歐洲的CSS標準，兩者均為當?shù)氐能嚻?、電力企業(yè)和政府共同制定。
在國內，中國電力企業(yè)聯(lián)合會（簡稱中電聯(lián)）也在推動中國大功率快充標準的建立與推廣，國家電網、北汽新能源等企業(yè)都是標準制定小組的成員單位。
值得一提的是，2018年8月份，中電聯(lián)還與CHAdeMO簽署了合作協(xié)議，雙方將共同推進快充技術的落地，以方便車企在中日兩地部署大功率快充技術。
小鵬汽車充電技術總監(jiān)王敏告訴車東西，中電聯(lián)剛剛啟動大功率快充國家標準的制定工作，2019年最多也就是出臺一個征求意見稿。在標準未定的前提下，車企、供應商、充電服務商其實都無法推出相關產品。
“如果推出的產品跟標準不一致，后續(xù)就會被淘汰?！蓖趺粽f道，“這也是遲遲沒有量產的零部件和車型面世的關鍵原因。”
2、市場尚未成熟
除了標準問題，北汽新能源技術總監(jiān)李玉軍則認為，大功率快充會較大程度增加車輛成本和售價，對于普通消費者來說，其并不愿意花費幾十萬元購買一臺具備大功率快充的電動汽車。
與此同時，隨著續(xù)航里程的日益增加，電動汽車已經能夠滿足城市通勤使用，對大功率快充的需求并不強烈。
“對于北汽新能源這種車企來說，我們會根據(jù)市場的需求和成本來提供產品，而非是什么前沿搞什么?！崩钣褴娬f道。
不過需要注意的是，保時捷為了配合Taycan的量產交付，已經開始在全球布局大功率快充站。
今年1月份的電動汽車百人會論壇上，萬幫新能源/星星充電董事長邵丹薇告訴車東西，星星充電就是保時捷在中國的獨家合作伙伴，未來將利用保時捷的技術在國內布置大功率快充站，同時還將幫其進行技術迭代升級。
3、電網負荷的矛盾有待解決
事實上，就車輛與充電樁技術本身之外，普及大功率快充的另外一個難點在于電網的負載問題。
目前，大功率家用電器多在1-4kW之間，而一個大功率充電樁就高達320kW，相當于數(shù)百個家庭的家用電器同時工作。
相關數(shù)據(jù)顯示，全北京每日電網負荷在2300萬kW左右，換算一下只能支持7.18萬個350kW充電樁同時工作，電網負荷的壓力有多大可想而知。
不過一位國家電網的工作人員卻告訴車東西，雖然現(xiàn)實中確實存在這樣的矛盾，但國家電網和相關機構也在研究新的策略。例如目前比較前沿的V2G（車輛—電網）技術，就是要將未來數(shù)千萬臺電動汽車變成一個個儲能單元，從而平衡電網供需。
“目前相關標準仍在制定中，后續(xù)會通過電網擴容、V2G反向充電、錯峰充電等多種策略來解決電網負荷問題?！眹译娋W的工作人員這樣向車東西說道，“推廣大功率充電樁是一個逐步完成的工作?！?/p>
結語：超級快充即將到來
總結來看，超級快充技術目前確實還在研發(fā)之中，涉及車輛和充電樁的電壓/功率平臺升級、系統(tǒng)和線束熱管理，以及標準的建立和配套零部件產業(yè)的成熟，眼下還沒有一臺可供使用的量產車型。
但也不必失望，以大功率為核心指標的超級快充技術畢竟與L4/L5級自動駕駛技術不同，已經到了臨門一腳到的時候，保時捷、IONITY、國家電網、現(xiàn)代汽車等公司已經設置了第一批350kW快充樁，中國的行業(yè)標準在未來1-2年內也即將出臺。
2019年，我們至少能看到保時捷Taycan在歐洲用上350kW的超級快充。而隨著特斯拉SuperChargerV3的陸續(xù)部署、奧迪e-tron等車型的量產，國內電動汽車充電系統(tǒng)也將步入150-200kW時代，并將引領更快汽車廠商搭載大功率快充技術。
而到2020年，國內或許就將迎來第一款支持350kW快充的量產車型，進而真正解決電動汽車的充電問題。
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