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美国能源部研究800V极速充电,直流快充对电池影响几何

影响纯电动汽车(BEV)普及的因素,除了动力电池的价格,另外一个因素就是充电时间。直流(DC)快充是减少充电时间的重要手段,例如50kW或120kW的直流充电桩,可以在一定程度上缓减里程焦虑。

下图是采用ABB 50kW DCFC给2015款日产聆风(Nissan Leaf)BEV充电的曲线图,这是典型的CCCV充电模式,电池总能量是24kWh,最高DC电流在115A-120A之间,持续时间15分钟多一点,随后切换到CV模式,继续充电20分钟+,整个过程耗时不到40分钟,比美国能源部制定的Level1&2充电标准的几个小时充电时间要快很多。

考虑到电池是2P96S,单个电芯容量约33.1Ah,实际在2P的并联回路中,每个电芯的平均最高电流不超过60A,单个电芯大概在2C左右的水平。早在2012年,美国能源部下属先进车辆测试活动规划项目(AVTA)在亚利桑那州凤凰城进行了道路测试,考察了50kW直流快充对2012款日产聆风在实际使用中对电池的影响,每天使用两次快充。

结果发现,在前3万英里,50kW直流快充和交流充电对电池衰减几乎都没有影响。3万英里之后,电池衰减都在1kWh之内,不算明显。

但是在30万英里之后,可以看到比较明显的电池容量衰减。相对于快充对电池容量的影响,快充对电池功率输出能力的影响相对更大一点,并且在50kW快充过程中,电池平均温升要比交流充电高2-5摄氏度。

2016年的时候,宝马、戴姆勒、福特、大众奥迪保时捷签署了谅解备忘录,在欧洲合作建设350kW高功率直流充电网络,规划了大概400个超快充站点,采用的是CCS标准。与此同时,为了能够实现与燃油车真正进行竞争,美国能源部也开展了关于更快速的充电研究,功率高达400kW,或者称为极速快充(Extreme Fast Charge,XFC)

下图简单对比了几种充电方式(假设电能消耗为0.3kWh/英里,忽略充电效率)。XFC的提出目标是实现低于10分钟的充电时间,同时整个电压一下子提高到800V左右,远高于现行的300-400V左右的高压储能系统,这对于电池设计又是一个挑战。

一方面,为了实现长续驶里程(>300英里),要求电芯能量密度增加,通常极片涂敷量增加,或者厚度增加,这对于快充是不利的。厚度增加,充电时间也会相应增加,否则会产生析Li的可能。因此更薄的电极更有利于实现更快的XFC充电,但是除了不利于实现高容量,这也会在一定程度上增加电池成本。

美国能源部的一项研究显示,专门为快充设计的电芯成本比一般的电芯成本高将近90%左右。

另外,XFC快充需要更好的热管理来配合使用,温度高于50摄氏度时,电池衰减有加快的趋势,目前电池行业多采用45摄氏度的数据来考察高温对电池寿命的影响。高温还可能带来电池安全隐患。另外更高电压的电池系统对于电气安全的设计也是一个需要考虑的方面,例如充电过程中电芯的均衡问题,等等。

XFC极速快充的充电需求出现时,对于车载储能系统的设计也需要有一次重新的认识。

来源:aniolybiznesu网

作者:129Lab

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