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发展大功率充电技术需循序渐进

2022-05-13 15:54来源:中国汽车工业协会关键词:电动汽车动力电池新能源汽车收藏点赞

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电动汽车新能源汽车中最重要的组成部分,截至2022年3月底,我国新能源汽车保有量达891.5万辆,其中纯电动汽车保有量724.5万辆。另据中国电动汽车充电基础设施促进联盟(以下简称“充电联盟”)统计,截止到2022年3月,我国公共充电桩保有量已达到123.2万个。无论是新能源汽车保有量还是充电基础设施建设,我国都走在了世界前列。

动力电池是电动汽车的核心零部件,近些年来随着研发力度的持续加大,电池性能不断提升、成本不断下降。与2012年相比,2021年动力电池单体比能量提高了1倍,销售价格仅为当年的1/4,充电倍率也显著提升。目前,已有主流电池企业根据整车企业需求开发充电倍率达到3C及以上的动力电池,10~20分钟充电容量可达80%,循环1000周左右,电池SOC(荷电状态)保持率在95%以上。

对动力电池而言,大功率充电的难点在于如何平衡因增加防止热失控采取的措施而导致电池系统能量密度下降以及成本上升的问题。因此,大功率充电需要综合平衡相关要素渐进推广。经过约10年的发展,动力电池的技术性能已逐步适应大功率充电需求,电动汽车已基本具备和传统燃油汽车进行市场竞争的最关键要素——即两者之间相近的能源补给效率。

充电联盟曾在2021年上半年对电动汽车大功率充电相关情况进行调研,并完成相应的研究报告。在该报告中,将大功率充电定义为充电功率在350kW以上,充电10~15分钟(与传统燃油车的加油时间接近),以单枪方式给车载动力电池传导充电的技术。由于传导大功率充电的充电电流超过250A,充电电压可达1000V,部分技术要求超出了2015版国标所要求的充电接口及通信协议的参数范围,因此需采取必要措施进行温度管理以及充电过程控制,才能适应大功率充电要求。早在2017年,充电联盟已就大功率充电有关情况对整车企业进行了摸底,发现乘用车量产车型的电压平台普遍集中在300~500V之间,而充电电流则普遍不到250A。

基于行业现状,近日工信部发布了GB/T 20234.1《电动汽车传导充电用连接装置第1部分:通用要求》推荐性国家标准的征求意见稿(以下简称《征求意见稿》)。《征求意见稿》在2015版国标的基础上进一步明确了3项内容:一是交流充电接口和直流充电接口的型式与尺寸分别在GB/T 20234.2和GB/T 20234.3的基础上保持不变;二是提出液冷系统作为主动冷却的常见方式,在不改变2015版国标接口尺寸和具备主动冷却条件的前提下,为充电电流提供最高至1000A的电流优选值;三是提供1000V和1500V的电压优选值供行业选用。根据上述技术指标,可以满足高达1000kW的充电功率,为动力电池及电动汽车留出了足够大的技术发展空间。此次修订,除了规定为适应实现大功率充电所需要的高电压大电流及其所必需的热管理要求外,还针对2015版国标在近7年的行业应用中所暴露出来的其他操作性问题和潜在的安全风险进行技术优化,是在保持新能源汽车及充电设施平稳发展基础上所做的一次系统性修订。

调研数据显示,有65%的被调研企业(包括11家整车制造企业、3家设施运营企业和1家设施制造企业)明确表示,希望国家层面尽快在2015版国标基础上升级以满足大功率快充的应用需求。目前,市场上已有多款车型续驶里程在500公里以上,多家企业还将陆续推出续驶里程在700~1000公里的车型。随着车辆续驶里程的不断增加,不少用户迫切需求更大功率的充电技术和更快的充电速度,希望充电时长在20分钟甚至更短。而按照2015版国标充电接口的要求,续驶里程在450公里及以上的电动汽车直流充电需要1~2小时甚至更长时间。在“里程焦虑”已基本解决的情况下,“充电焦虑”将成为电动汽车市场化路上最大的拦路虎。目前,用户的“充电焦虑”主要是由于自用充电桩建设难度较大、公共充电点位布局不够合理和公共充电桩充电功率较低这3方面原因造成。根据《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》,我国将推广“智能有序慢充为主、应急快充为辅”的居民区充电服务模式,加快形成适度超前、快充为主、慢充为辅的高速公路和城乡公共充电网络。为此,一方面要进一步破解充电桩进居民区难题,结合智能有序充电技术加大居民区自用慢充桩的建设力度,以实现用户回家充电的远期愿景;另一方面,要有针对性地建设点位布局合理、设施数量适当,能够实实在在发挥应急补电作用的大功率快充网络。

在自用充电设施得到大力发展后,没有改造空间的老旧居民区的电动汽车用户,出租车、物流车等时间成本较高的运营车辆用户,以及高速公路长途行驶的车辆用户这3大类群体的充电需求将较多依靠大功率快充网络来满足。

从调研情况看,由于大功率充电需要优化动力电池安全管理和提高车辆电压平台,成本会增加15%~20%。因此,相当长一段时期内,车企仅会针对运营车辆、高端私家车型配备满足大功率充电的动力能量系统。总体来看,发展大功率充电技术,需要综合车辆安全管理、高压器件自主可及以及成本等因素,是一个循序渐进的过程。发展大功率充电技术能有效缓解充电焦虑,不过需要设施端和车辆端的紧密协同,以保障充电设施行业平稳有序发展。


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