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直流快充,电池到底要承受多大电流?

电动车的直流快充(DCFC)对电池而言,需要了解到底多有快,也就是说要多少安培(A)或者多少倍率(C)?

美国汽车工程师学会(Society of Automotive Engineers,SAE)把DCFC进一步分成DC Level 1和DC Level 2(下图),每个DC Level对应不同的充电峰值功率Pmax和最大的电流Imax。此外,新的DC Level 3定义的充电峰值功率高达240kW(400A)。

国际电工委员会(IEC)也有类似的分类。CHAdeMO标准最早由TEPCO、Nissan、Mitsubishi、Fuji重工和丰田在2010年提出(CHAdeMO标准在IEC62196里面属于Type4),第一个CHAdeMO协议是在TEPCO的专利中提出,允许高达500V的电压和125A电流。在2016年,CHAdeMO定义了新的协议,允许100kW的连续功率以及150-250kW的风中功率(350A/500V),目前还在研究峰值功率350-400kW(350-400A)、电压等级为1000V的标准,计划在2020年推出(高电压平台的应用也会对整个高压系统部件的设计提出新的要求)。

2月14日,中国电动汽车充电基础设施促进联盟(EVCIPA)官微发布了一份关于快速充电的专项调研报告,下图是从中选取的数据。日本对快速充相对谨慎,对充电功率大幅提高可能带来的风险更为关注,未来三年内计划将快充功率控制在150kW~200kW,到2025年才考虑规划到350kW。欧美由大型整车制造企业主导,在2020年将快速充电功率定义在350kW~400 kW,充电最大电流达到500A。

下图是报告中国内量产乘用车的充电电流数据,目前最大电流在200-240A,电压多数在300-400V左右,少数到了500V和700V左右,功率大概在50-100kW左右。

下图是美国能源部关于不同电压平台在不同充电功率下对应的充电电流关系图。400V应该是目前市场上大多数电动车的电压等级,>100kW后,充电电流的增加非常快,对电池和充电设施的挑战很大(到350kW时,>800A的电流简直就是个灾难)。随着电压平台上升,电流增加相对较慢,因此,高电压平台的需求对于电池充电电流的是比较有利的一个发展方向(这跟手机快充的原理是类似的)。

对应电池能量的趋势,从5-8年前的20多kWh,在如今30-60多kWh,在到今后3-4年内增加到70-100kWh甚至更高,直流快充的需求会越来越大,>=350kW的快充需求变得十分紧迫(下图)。假设>60Ah电池,对于500A的充电电流,对于nPmS设计,如果n=3-4, 则需要2-3C左右的充电能力。这种程度的快充使用频率对于电池的热管理和寿命还是值得商榷的。

快充不仅仅是电池的问题,也是关系到充电设施的问题。这里简单说一下高功率快速充电(HPC,high power charging)的冷却问题。对于普通的充电枪,没有冷却系统,大电流高功率的充电很快会让温升超过上限∆Tmax,产生安全问题(下图左)。加入冷却系统后,即使500A的电流,充电枪的温升也可以控制在∆Tmax之下,提高了充电安全性,这需要对充电枪重新设计(下图右是PHOENIX带冷却的充电枪示例)。

参考文献

中国充电联盟快速充电系统联合行动专项调研报告。中国充电联盟

Fast charging just got faster Developments in High Power Charging。ABB, Sep 2017

Enabling Fast Charging: A Technology Gap Assessment。DOE,Oct 2017

High Power Charging CCS-based fast charging with up to 500 A。PHOENIX CONTACT

来源:aniolybiznesu网

作者:129Lab

本文地址:https://aniolybiznesu.info/kol/62877

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