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电动车大功率充电“山雨欲来”

2017-10-02 · 来源: 高工锂电网 关注度:9090 次
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快充
摘要:中国电动汽车百人会执行副理事长欧阳明高表示, 我国需要启动大功率充电方面的研究。要围绕大功率充电展开超前研究,整车企业可以先进行尝试,也为标准的制定积累数据和经验。

汽车动能新旧转换的大变革下,传统车企不仅仅是在加快推动电动车型,同时,在充电配套设施的技术上也在加大马力,这其中,大功率快充就是当下一个聚焦点。

今年早些时候,宝马、戴姆勒、保时捷、奥迪等车企和美国福特成立了合资公司,希望用2年的时间在欧洲建立大功率充电网络,目前来看,今年底可能在欧洲会建成10座以内的充电站,2019年计划建成400余座350KW以上的充电站。

在此之前的 2016年底,特斯拉CEO马斯克宣布将充电功率从120KW提升至350KW。

支持欧美车企巨头布局大功率充电的一个背景是,多数用户希望在驾驶电动乘用车时,能够拥有与燃油车相同的加油体验,大功率充电就能满足这种需求。尤其对于300公里续驶里程以上的电动汽车而言,要想打入市场,如果没有大功率充电的支持,面临很大的难题。

其次,商用车方面,充电时间将会直接影响到运营收益,南京南瑞集团国际部副主任倪峰表示,从全球来看,商用车、出租车、网约车等营运车辆对于大功率充电的需求最为迫切。

在国内,大功率充电也开始受到关注,倪峰介绍,2016年,由中电联和中汽研两家单位牵头,成立了大功率充电标准工作组,充电组成员包括充电设施厂家、连接器厂家、电缆厂家、车企和电池企业,将近20家企业参与了这方面工作,对大功率充电技术进行了探讨和研究,也做了相关实验和设计。

对于如何实现大功率充电,国内目前有两种技术路径,一是沿用2015版充电连接器,该方案可以与现有标准端面兼容,但难以改进现有的不足,提升空间有限;二是重新设计具有向前兼容但物理结构有所改进的连接器,改进现有方案的部分固有问题,减小尺寸,提升安全性能,能更好地适应新的工作方式,但该方案需要采用转接头的方式实现向前兼容。

不能忽视的是,无论通过何种方式实现大功率充电,都会对于整车、动力电池、充电零部件以及充电设备都提出严峻的挑战。

对于整车企业而言,应研发高电压平台车型。高工锂电了解,国外的车企已经尝试将乘用车的电压平台提升到了1000V,而我国即便是商用车的电压平台最高也只达到了820V。因此,业内建议我国乘用车企业趁着大功率充电还没有到来之前,要将高电压平台的产品列入到研发规划之中,甚至可以根据国内电动汽车市场的发展情况有序地推进研发,并验证技术可行性,且不可由于技术门槛高而不去尝试,防止重蹈覆辙,继续走用“市场换技术”老路。

在充电零部件上,部件供应商应注重高压零部件的研发。北京新能源汽车股份有限公司技术高级经理白健介绍,大功率充电技术需要改进PEU(动力控制单元),如:MCU(电机控制单元)中IGBT(绝缘栅双极型晶体管)需要重新选型、OBC(车载充电机)输出侧变压器需要调整、电容和二极管等元器件要选用900V以上的耐压等级器件;DC/DC方面,也需要调整输入侧变压器;动力电池系统(BMS)和整车控制系统(VCU)方面,主要是温度方面传感器的增加,控制策略和保护策略的调整和设计。另外,高压线束方面也需要进行优化设计。

以IGBT为例,如果系统是300V,IGBT电压等级需要600V,国产的产品即可满足要求。但如果系统是1000V,IGBT电压等级需要达到1400V,则只能从国外进口,而且国外能生产的企业也不多,如三菱、英飞凌。

而如果IGBT提高到1700V的,则只有英飞凌可以提供,况且垄断企业的产品售价也不会便宜。因此,我国零部件供应商应把自身的技术研发规划与全球电动汽车的发展趋势相结合,尽早突破高压零部件的技术障碍,实现国产化,为“弯道超车”做好准备。

对于动力电池企业而言,应关注高比能量的快充电池研发。假设未来电动汽车平均续航里程为500km,每百公里耗电量为20kWh,因此,需要搭载100kWh的电量,同时又要保证在350kW的充电功率下,充电时间在10-20分钟(充电功率设定在350kW),就现阶段我国车用锂离子动力电池行业整体水平而言,面临的挑战还是比较严峻的。

首先,对于乘用车而言,电池的单体能量密度要达到300Wh/kg,否则对于100kWh的电量装载难度较大(重量和体积都是瓶颈);其次,充电倍率也要在2-6C,否则无法保证充电时间。由于锂离子电池的特性决定了能量密度与充电倍率是鱼和熊掌不可兼得的,单独实现高能量密度或较大的充电倍率还比较容易,但如何平衡这两种特性是我国动力电池企业必须要面对的问题。

此外,充电设备企业应提早布局柔性智能充电技术的研发。即使未来大功率充电成为事实之后,对电动汽车来讲,可能还是会有一些小功率充电的车存在,这种情况下如何提高整个设备的功率兼容性,是一个比较关键的问题。当电压提升到1000V之后,如果仍然给电压平台为350V的车来充,用现有的技术方案功率利用率只有原来的1/3不到,对设备的利用率是特别低的。

因此,建议充电桩的生产企业要提前布局柔性智能充电技术的研发,在充电模式的拓补上要考虑宽范围功率的兼容性和保持全范围的高效性。

大功率充电短期内很难实现。中国电动汽车百人会执行副理事长欧阳明高表示, 我国需要启动大功率充电方面的研究。要围绕大功率充电展开超前研究,整车企业可以先进行尝试,也为标准的制定积累数据和经验。而到2020年前后,我国必须要把大功率充电的问题摸透,届时将进行相关标准的制定。

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