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        補能焦慮何解?多家電池企業超級快充技術“亮劍”

        放大字體 縮小字體 發布日期:2022-02-24 09:02:09   來源:新能源網  編輯:全球新能源網  瀏覽次數:3052
        核心提示:2022年02月24日關于補能焦慮何解?多家電池企業超級快充技術“亮劍”的最新消息:近年來,我國純電動汽車產銷量同步增長,2021年分別完成294.2萬輛和291.6萬輛,同比分別增長約1.7倍和1.6倍。據統計,截至2021年年底,全國新能源汽車保有量約784萬
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        近年來,我國純電動汽車產銷量同步增長,2021年分別完成294.2萬輛和291.6萬輛,同比分別增長約1.7倍和1.6倍。據統計,截至2021年年底,全國新能源汽車保有量約784萬輛。其中,純電動汽車保有量640萬輛左右,約占新能源汽車總保有量的81.6%。

        機構預計,2022年國內新能源汽車保有量有望超1400萬輛,按現有占比計算的話,純電動汽車保有量或將突破1100萬輛。然而,隨著國內純電動汽車滲透率的逐年提高,保有量的大幅提升,使得補能焦慮,尤其是長途中的補能焦慮已成為車主們關注的核心問題。

        政策端,國家已在積極推動緩解純電動汽車的補能問題。

        2020年,充電設施作為七大“新基建”之一首次被寫入政府工作報告。而在2021年的政府工作報告中,明確提出要增加充電樁、換電站等設施。后續還提出了實現純電動汽車與電網的協同互動;對公共充電樁建設給予財政支持等諸多新政。

        市場端,龐大的補能需求催生出巨大市場空間的同時,也推動了不同補能模式的進步。

        換電模式在《蟄伏已久的換電,今年或許真的不一樣》一文中已探討過,本文僅圍繞另一個補能方式——超級快充,進行分析。

        受政策和市場導向影響,包括動力電池企業、汽車企業等在內的各方參與者競相布局超充領域,但技術路徑卻不盡相同。

        眾所周知,P(功率)=U(電壓)×I(電流),那么,提高電動車單位時間內的充電功率,就需要提高作用于動力電池的輸入電壓和電流。

        因此,發展超充技術目前有兩個方向:一是大電流直流超充,二是高電壓直流超充,通過加大電流或提升電壓,從而提高充電功率。

        其中,大電流直流超充方案,目前屬于少數派陣營。以特斯拉為典型代表,其V3超充樁最大輸出電流接近520A。

        雖然V3的峰值充電功率可達250kW,但從車主們實際使用情況來看,基本上在電量5%-20%時才能達到峰值充電功率。當電量超過20%后,充電功率則會逐漸下降。在電量30%-90%時,充電優勢并不明顯。也就是說它是一個先快后慢的充電過程。

        在安全隱患方面,以線束為例,加大了輸入電流,通常需要更粗的線束,以防線束過熱導致熔斷事故。雖然目前,在充電樁端,V3超充樁采用循環水冷等技術用于線束降溫,使V3較上一代V2超充樁線束更細,緩解充電時線束溫度過高問題,但如果再進一步大幅加大輸入電流,仍然面臨線束需要加粗,導致成本提高和使用不便等問題。而在汽車端,線束加粗難度則更大。由于線束橫截面積增大,使其剛度增強、難以彎曲,不僅在車內難以布局,而且可能在遭遇碰撞后刺入駕駛艙,造成危險。

        再者,業內認為,520A已逼近充電電流上限,進一步提升的空間較為有限。

        因此,使用高電壓平臺和與之配套的超級充電樁,是目前多數派陣營看好的主要方向。高電壓平臺是指整車三電系統工作電壓,從當前主流的200-400V平臺,提升至800-1000V高壓平臺,通過提高電壓,從而提高充電功率。

        相較大電流超充方案,高電壓超充不易造成上述產熱和線束隱患。相較400V平臺,800-1000V高壓平臺,可以提升動力電池能量使用效率。

        車型方面,自保時捷Taycan成為首款量產的800V平臺電動車后,國內外眾多車企在去年紛紛宣布入場,包括比亞迪、吉利極氪、北汽極狐、廣汽埃安、東風嵐圖等國內車企,以及現代、通用、大眾、奔馳等國外車企,均已跟進800V高壓平臺配套車型,部分有望在2022年起實現量產。

        要適應800-1000V高電壓平臺,對于所有的用電部件,都是系統性的提升。涉及到汽車用電部件的升級迭代,首當其沖的就是動力電池。

        據了解,保時捷Taycan可把最大充電功率提升到350kW,在22.5分鐘內實現容量為93.4kWh的動力電池從5%到80%的補能,提供300km 續航。800V高壓平臺搭配350kW超級充電樁所能實現的充電速度,相比目前常見的120kW充電樁將大幅提升。

        目前,制約高電壓平臺動力電池的主要因素在于,高電壓超充容易導致動力電池正極材料、電解液界面的穩定性降低,引起副反應的增加,進而影響鋰離子電池的工作性能和循環周期。

        但是,縱有重重難關,作為全球動力電池行業發展的主要策源地之一,中國多家頭部動力電池企業包括寧德時代、孚能科技、蜂巢能源、欣旺達等,都在就這一技術積極研發創新。

        具體來看,電池的充電速度主要取決于鋰離子的脫嵌和遷移速率,當采用800V高電壓平臺后,充電倍率最大可達6C(目前普遍為2C以下)。在高充電倍率下,鋰離子脫嵌和遷移的速率加快,部分鋰離子來不及進入正負極,易形成副產物,導致活性物質損失,加速電池壽命衰減。且析鋰現象容易加劇,所產生的鋰枝晶一旦刺穿隔膜,將導致電池內部短路,造成起火等安全風險。

        有鑒于此,動力電池企業從多個方面開拓攻關。

        正極材料方面,蜂巢能源的前驅體定向生長精準控制技術,通過控制前驅體合成參數,一次粒徑放射狀生長,打造離子遷移“高速公路”,提高離子傳導速度。

        還有,廣汽埃安石墨烯電池,將石墨烯與鎳鈷錳酸鋰三元正極材料混合制成,由石墨烯形成一個近似球面的三維結構,與三元正極分子結合,增大相互之間傳遞電荷的面積,從而提升電荷傳遞效率,將充電速度提升。

        負極材料方面,是充電倍率突破的重點方向。寧德時代在負極石墨的表面,利用“快離子環”技術讓石墨結構兼具超級快充和高能量密度的特性,使石墨層增加鋰離子嵌入速度后可達4C-5C的超充能力,相當于15分鐘完成主要的充電過程;蜂巢能源推出的負極表面改性技術,采用液相包覆技術在石墨表面包覆無定形碳,降低阻抗,提升了鋰離子通道工作效率。

        電解液方面,以提高導電率且不與正負極反應為主攻方案,同時能夠抗高溫、阻燃、防過充。寧德時代通過調控極片多孔結構的梯度分布,實現上層高孔隙率結構,下層高壓實密度結構等。蜂巢能源則采用含硫添加劑/鋰鹽添加劑等低阻抗添加劑體系電解液,降低正負極界面成膜阻抗,從而提高電解液導電率。

        此外,還可以通過改善制漿、涂布等生產工藝,提高電池倍率性能。

        從技術成果來看,較早布局的寧德時代,2019年宣布其超充技術僅需15分鐘可將SOC從8%增加到80%。結合超充型電芯產品,可實現電動車充電5分鐘,續航150km。

        孚能科技于2021年已率先發布800VTC超充超壓技術,也是國內首個宣布可量產的800V高壓平臺,預計2022年10月將正式進入量產階段。該平臺技術可達2.7C,整包充電等效2.2C。SOC 10%到80%充電僅需15分鐘,高于當下的充電速度。據介紹,其下一代產品技術可將這一過程縮短至7分鐘。

        蜂巢能源為其短刀電池全品類已可以提供包括蜂速4C快充技術,面向800V電池系統,可以提供適應800V高壓平臺的高效熱管理技術、冷蜂熱阻隔技術。

        車型方面,搭載寧德時代電池的長安阿維塔首款車型,支持200kW超充。小鵬G9 SUV以800V高壓碳化硅+480kW超充技術作為一大優勢,亮相去年年底車展,成為國內首款基于800V高壓碳化硅平臺的量產車。據介紹,可實現“充電5分鐘,續航200km”。有媒體報道,小鵬G9 SUV動力電池A供為欣旺達4C超充技術電池。

        另外,為充分發揮800V高壓平臺超充技術優勢,廣汽埃安、小鵬汽車等企業已開始加速鋪設最大功率480kw高壓超充樁。

        現階段,國內補能仍將是“超充”+“換電”2種模式并行推進的格局。不管哪種,逼近燃油車加油速度是繞不開的目標,對于頭部動力電池企業而言,在技術研發積累曲線下,能夠真正滿足市場快速充電需求的產品,要想實現量產還有很長一段路要走。

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        關鍵詞: 純電動汽車 新能源汽車 充電樁 超級充電樁

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