電池快充

直流快充，電池到底要承受多大電流？

第一電動大牛作者 129Lab 2018-02-22 08:34

電動車的直流快充（DCFC）對電池而言，需要了解到底多有快，也就是說要多少安培（A）或者多少倍率（C）？

美國汽車工程師學會（Society of Automotive Engineers，SAE）把DCFC進一步分成DC Level 1和DC Level 2（下圖），每個DC Level對應不同的充電峰值功率Pmax和最大的電流Imax。此外，新的DC Level 3定義的充電峰值功率高達240kW（400A）。

國際電工委員會（IEC）也有類似的分類。CHAdeMO標準最早由TEPCO、Nissan、Mitsubishi、Fuji重工和豐田在2010年提出（CHAdeMO標準在IEC62196里面屬于Type4），第一個CHAdeMO協(xié)議是在TEPCO的專利中提出，允許高達500V的電壓和125A電流。在2016年，CHAdeMO定義了新的協(xié)議，允許100kW的連續(xù)功率以及150-250kW的風中功率（350A/500V），目前還在研究峰值功率350-400kW（350-400A）、電壓等級為1000V的標準，計劃在2020年推出（高電壓平臺的應用也會對整個高壓系統(tǒng)部件的設計提出新的要求）。

2月14日，中國電動汽車充電基礎設施促進聯(lián)盟（EVCIPA）官微發(fā)布了一份關于快速充電的專項調研報告，下圖是從中選取的數(shù)據(jù)。日本對快速充相對謹慎，對充電功率大幅提高可能帶來的風險更為關注，未來三年內計劃將快充功率控制在150kW~200kW，到2025年才考慮規(guī)劃到350kW。歐美由大型整車制造企業(yè)主導，在2020年將快速充電功率定義在350kW~400 kW，充電最大電流達到500A。

下圖是報告中國內量產乘用車的充電電流數(shù)據(jù)，目前最大電流在200-240A，電壓多數(shù)在300-400V左右，少數(shù)到了500V和700V左右，功率大概在50-100kW左右。

下圖是美國能源部關于不同電壓平臺在不同充電功率下對應的充電電流關系圖。400V應該是目前市場上大多數(shù)電動車的電壓等級，>100kW后，充電電流的增加非常快，對電池和充電設施的挑戰(zhàn)很大（到350kW時，>800A的電流簡直就是個災難）。隨著電壓平臺上升，電流增加相對較慢，因此，高電壓平臺的需求對于電池充電電流的是比較有利的一個發(fā)展方向（這跟手機快充的原理是類似的）。

對應電池能量的趨勢，從5-8年前的20多kWh，在如今30-60多kWh，在到今后3-4年內增加到70-100kWh甚至更高，直流快充的需求會越來越大，>=350kW的快充需求變得十分緊迫（下圖）。假設>60Ah電池，對于500A的充電電流，對于nPmS設計，如果n=3-4，則需要2-3C左右的充電能力。這種程度的快充使用頻率對于電池的熱管理和壽命還是值得商榷的。

快充不僅僅是電池的問題，也是關系到充電設施的問題。這里簡單說一下高功率快速充電（HPC，high power charging）的冷卻問題。對于普通的充電槍，沒有冷卻系統(tǒng)，大電流高功率的充電很快會讓溫升超過上限?Tmax，產生安全問題（下圖左）。加入冷卻系統(tǒng)后，即使500A的電流，充電槍的溫升也可以控制在?Tmax之下，提高了充電安全性，這需要對充電槍重新設計（下圖右是PHOENIX帶冷卻的充電槍示例）。