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淺談大功率汽車充電技術(shù)

2022-04-09 09:29:42·  來源:新能源高壓連接器聯(lián)盟  
 
大功率充電是一個比較熱門的話題,也是我們眾多前沿的課題之一,這個內(nèi)容其實不太好聊,因為涉及的內(nèi)容很多,是一個系統(tǒng)性的話題;既然不知道從哪里下手,就按照

大功率充電是一個比較熱門的話題,也是我們眾多前沿的課題之一,這個內(nèi)容其實不太好聊,因為涉及的內(nèi)容很多,是一個系統(tǒng)性的話題;

既然不知道從哪里下手,就按照個人的從面到點的思維方式開始聊聊吧先看看什么是充電,充電的過程就是把電網(wǎng)的電送到汽車電池里面的這個過程,無論你是在家里用交流充電(AC charging),還是在商場、高速上用直流電快速充電(DC charging),都是在把電網(wǎng)的電能傳輸?shù)狡嚨碾姵厣线M行儲存,因為電池只能儲存直流電,所以一般交流電是不能直接到電池的,一般都得通過車載充電機進行(OBC)AC/DC的轉(zhuǎn)換;

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什么是大功率?大功率是相對而言的,功率是由電壓和電流決定的,所以大功率基本上可以理解為這2個指標(biāo)的提升;目前還沒有一個明確的定義來說明大功率的功率范圍,我們可以看見歐美普遍是定義在350KW(1000v,350A)  而特斯拉也把其大功率充電定義在350KW甚至更高的范圍;我們未來的標(biāo)準(zhǔn)有可能定義為:1500V*600A/900KW(max power),按照2015版的標(biāo)準(zhǔn),目前充電口最大的電壓為750/1000V,電流最大也只有250A;而我們的大功率充從未來有可能會和日本聯(lián)合開發(fā);

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功率充電系統(tǒng)的兩側(cè)我們把充電系統(tǒng)分成車輛端(EV)和充電設(shè)施端(EVSE)來看,這個里面涉及到的關(guān)聯(lián)企業(yè)比較多,比如在EVSE端,有電網(wǎng)、充電設(shè)施廠家、充電運營商等,這里面的任何一個企業(yè)都可以單獨拿出來和歐美做比較寫點東西,因內(nèi)容太多,暫不展開敘述;大功率的充電對電網(wǎng)的挑戰(zhàn),很多人有很多的擔(dān)擾,例如電網(wǎng)負荷不夠、利用率不夠高等,其實我認(rèn)為對電網(wǎng)的挑戰(zhàn)沒有說的那么夸張,而且不管怎么樣,提前預(yù)研總是好的,不要等歐美國家都把技術(shù)做完了,我們又得追趕。。但是還是需要統(tǒng)籌的規(guī)劃和布局,這一點我覺得日本人的做法是可以參考的,以政府統(tǒng)籌管理,OEM聯(lián)合成立公司負責(zé)運營和維護,不盲目的上;再看我們國內(nèi)的做法也是沒有貿(mào)然的上大功率的樁,更多的是聯(lián)盟企業(yè)這種類似“校企”實驗試點,總結(jié)經(jīng)驗,最后再出相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn),這一點比以前好很多,沒有上來就”頭疼醫(yī)頭”,而且我們也看見了一些OEM廠加入到對設(shè)施的投入和研究當(dāng)中,這是一種比較好的現(xiàn)象;因為這個產(chǎn)業(yè)本來就是一個系統(tǒng)的行業(yè),單方面的EVSE端做研究是不夠的;

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大功率充電對于電纜和充電接口廠家的影響現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)按照直流接口額定的電壓電流來計算250KW(1000V/250A)電纜直徑也至少70平,如果未來我們的充電電流最大到600A,這個是非常嚇人的,按照3.5/平的經(jīng)驗來推算,電纜也要至少高達170平,這個么大的電纜是不可接受的,無論重量還是損耗、熱故障、折彎半徑等都不可接受,所以大電流帶來的熱損耗和問題還是比較多,所以我們需要降低電纜的熱損耗,目前比較流行的做法是采用液冷的方式,其原理沒有那么復(fù)雜,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,但是要想把這一套做好絕沒有那么容易,因為涉及到的問題比較多,國內(nèi)大多數(shù)從事這塊產(chǎn)品開發(fā)的人員知識儲備量還是不夠的,液冷不是個新事物,但是加到充電接口上,組合起來它就是新事物了;


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上圖為PHOENIX的HPC

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上圖為TESLA的HPC

國內(nèi)目前已經(jīng)有了很多廠家在做此產(chǎn)品,中航光電、星星充電等都推出過自己的液冷充電接口,國外的菲尼克斯、HS等也都有自己的產(chǎn)品,其實說到底都是對熱的管理,我記得以前做直流充電槍開發(fā),就在思考怎么把T-S加到DC的contact上,目的其實都是希望為了能夠?qū)崟r的檢測溫度的變化,從而第一時間發(fā)出指令,因為你的T-S加到塑膠上的溫度差是有可能在突發(fā)情況下會引起重大的問題的;所以溫度的管理是一個非常重要的課題;液冷充電基本上都是局限于從設(shè)施端到車輛端的單方向的液冷循環(huán),其實個人覺得車輛端也完全可以和電池的系統(tǒng)冷卻一起來看,從而實現(xiàn)雙向的液冷循環(huán);對于熱管理,我覺得如何模擬整個高壓輸電路徑上的熱損耗是一個值得研究的內(nèi)容,需要大量的模型代入計算,最終拿出相對可靠的曲線出來;

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上圖來源于TE的HPC

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上圖自繪

對于液冷充電接口,我覺得有2個內(nèi)容非常重要,一個就是上面所述的溫度管理,另外一個就是對防護的管理,因為你增加了液冷的管道,你需要防止磨損泄漏,(特斯拉之前就暴過這個問題,HS好像也有過類似的問題,)同時你還需要檢測流體的壓力,因為冷卻的循環(huán)是需要通過一定的流體壓力推動冷卻液的流動從而帶走熱量的;這兩個內(nèi)容都非常的復(fù)雜,沒有那么容易解決,但是比較令人欣喜的是在和國內(nèi)的一些同行溝通時,發(fā)現(xiàn)很多的廠家在花精力去研究這些內(nèi)容;大功率的標(biāo)準(zhǔn):
我們從網(wǎng)上的消息來看,我們未來的大功率充電標(biāo)準(zhǔn),按照乘用車和客車會加以區(qū)分,技術(shù)目標(biāo)也會有所不同

乘用車遠期目標(biāo)-充電電壓1000(1500)V 充電電流:不帶冷卻,最大電流120A,功率120kW;帶冷卻,最大電流400~500(600)A。接口標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)向前兼容。也就是說基本上我們大功率的標(biāo)準(zhǔn)接口是要重新開發(fā)了,原來的15版的繼續(xù)保留;電動客車-遠期目標(biāo),終端充電:2015版接口或大功率充電接口 。途中充電:充電弓補電。3)向前兼容方案大功率充電機將配備大功率充電和2015版兩種接口,可以隨車配套接口適配器,可在現(xiàn)有充電設(shè)備上繼續(xù)使用2015版充電。導(dǎo)引電路向前兼容并繼續(xù)使用與2015版相同的CAN 物理接口,適配器只完成物理尺寸轉(zhuǎn)換,成本控制在非常低的范圍內(nèi)。網(wǎng)絡(luò)

所以我們看,我們的標(biāo)準(zhǔn)是比較全面的,在客車的大功率充電當(dāng)中,也包括了“送電弓”的充電,歐洲、日本也都有此客車的產(chǎn)品,目前日本人對于送電弓產(chǎn)品也是購買的歐洲人的,標(biāo)準(zhǔn)也是在起草階段,我們國內(nèi)也有類似的產(chǎn)品,及客車在運行;

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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)。上面有提到對于未來我們新大功率的充電標(biāo)準(zhǔn)計劃是和日本一起聯(lián)合開發(fā)的,而且目前也有類似的接口雛形產(chǎn)品出來了,因為中日雙方都是采用CAN通訊,所以未來的路能走成什么樣,要看物理接口的最終會按照哪方的建議來實施了;目前就是CAN和PLC的2個陣營;

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采用什么方式充電,我覺得未來可能會比較靈活,不一定會局限于某一種充電方式,甚至還有可能是換電(當(dāng)然,個人認(rèn)為這個非主流)
總結(jié):大功率充電并不是說立馬在幾分鐘內(nèi)就可以把車輛充滿電,而是在短時間采用較大的功率給車輛充滿期望的續(xù)航里程,更接近消費者燃油車加油的習(xí)慣和狀態(tài),當(dāng)然大功率的充電對于電池的安全要求也較高,5C以上的充電時間是非常短,但是溫度的問題還是一個比較嚴(yán)峻的話題,尤其大多數(shù)乘用車采用的鋰電池對溫度更不“敏感“,所以中期階段,我們的充電更多的是增大電流,同時降低溫度;長期階段,我們應(yīng)該更多的選擇是提高車輛電壓平臺,我們看到國外也在往1000V及未來1500V上電壓平臺上靠(作為連接器開發(fā)廠家從業(yè)人員,我們下一代的連接器的電壓也在1500V),當(dāng)然電壓平臺如果提高,涉及到很多的電子元器件的重新選型,因為很多的部件在1000~1500V的平臺下還很難有良好的商業(yè)化的成本空間,所以這個需要各個廠家自身去努力;

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最后,前端時間網(wǎng)上有篇文章被很多人關(guān)注,主要是說目前市場上的這些充電樁的各種問題及安全隱患,我個人認(rèn)為,文章中有些內(nèi)容比較客觀,有些內(nèi)容則顯”外行“,比如750V,這個電壓為標(biāo)準(zhǔn)的電壓,話說,如果沒有高電壓,幾乎電動車輛不可能這么快的保有量,充電就得把人充崩潰,AC漫充基本上要7~8個小時,試問這種時間,消費者誰還想買電動車呢,所以說,高壓沒有問題,有問題的是你是否按照標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格執(zhí)行去做了;比如該接地的你是否接地了呢?很多時候并不是這些廠家做的不好,也更上升不到國人”偷工減料“的大帽子上,主要還是因為成本的問題,整個汽車產(chǎn)業(yè)鏈下游被壓縮的相當(dāng)厲害,所以如果要活下去,很多的性能指標(biāo)就被”閹割“了。

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