电池快充的原理是什么?

不请自来,哈哈。

第一部分,电池快充的原理是什么?

电动汽车的电池快充,是有一套完善的标准的,并不是随随便便就直接给电池充电(如果大家随便用电、接线来进行充电,通用性差不说,还存在比较大的风险),目前我国的电动汽车的充电相关标准如下图所示,是国标的GBT 18487、GBT 20234以及 GBT 27930。

当然,上述标准中包括了快充和慢充,应题主的要求,今天只回答电池快充的原理。

下面展示一部分和快充原理相关的东西:

呐,下面这幅图呢,就是快充的原理电路结构图了。就不展开详细讲了,大概意思就是,规定了快充桩内部电路和车辆端的内部电路,及其连接方式 (不做过多的详细解释,要细说能说上一整天啊……捂脸,可以自己查查国标文档去)

嗯,下面这两幅图呢,就是快充的接口造型结构图了。包括了 充电枪的接口(插头端),和车辆端(插座端)的插座接口图(也不详细描述了,看图看图,要说也能说很久……)

再上两张实物图,左图是国标的快充接口。右图是特斯拉中国版的充电接口,美国车要在中国使用快充,得改成中国的国标接口…由于特斯拉的快充和慢充的充电口是在一起的,到中国后,要适应中国的标准,不得不把充电口区分出快充和慢充。因为设计空间已经不足,特斯拉只能在原来充电口的位置旁新增一个中国国标接口,导致了不少问题,比如充电时另一个口裸露,还有就是防水几乎完全没有…

最后再介绍一下充电时序流程控制图,参考下面几张从简单到复杂的几张流程图,我们可以大致了解整个控制流程的方案。

不要认为这是机密,因为全中国生产的电动汽车和快充桩都是按照这个标准的流程去设计开发的。毕竟中国那么多电动车厂家,如果没有一个统一的标准,那么多的电动车和充电桩怎么相互通用匹配嘛。当然,细节方面,各厂家还是会有一点点差异,比如绝缘检测时间、等待反馈周期等,这些在国标的文件里都会有一定的余量。

OK,实物插头插座、充电电路、充电控制时序,三个部分都凑齐了,我们就可以开始正式充电了。

进入到充电这个过程的时候,就开始考验厂家的业务水平了,什么30min充电80%啊,最大200A充电啊,超级充电啊等等。

要指出的是,这里的业务水平,不仅仅是指整车厂,还有充电桩厂家。充电效率这件事,需要双方配合,才能达到最完美的结果。

从车辆方面来说,快充有多完美,取决于电池和电池管理系统(以下简称BMS)。当然,本质上还是电芯的能力,电芯的材料、容量、温升等性能,再结合电池包的结构(影响电芯数量,散热等)。BMS根据电芯状态及电池包结构等特性,计算出电池的充电需求,并把这些需求发送给充电桩(以下简称CHM)。这些需求,也是有固定的一些报文的,参考国标 GBT 27930(微笑),主要包含充电功率,电压,电流,还包括一些监控的信号,比如温度,单体电压,绝缘阻值等等……以保证整个充电过程处于可监控的状态。

从充电桩方面来说,快充有多完美,取决于充电桩的输出能力。我们继续上面的描述,CHM收到BMS发送的充电需求之后,是否能满足BMS的需求。比如说,BMS发送充电功率是100kw,而充电桩的最大输出能力才60kw,不好意思,那么呈现出来的充电功率最多只能是60kw,这也就是经常市场上出现的一种情况:

“明明厂家告诉我30min可以充满,这都充了1小时了还没到80%…”

其实,车有这个能力,桩却支持不了啊。更何况市面上很多充电桩都是早期的快充桩,设计能力甚至比60kw还要小,所以,目前各大充电桩厂家(如果没有倒闭的话)也都在做充电桩升级的工作,以适应发展越来越迅猛的新能源汽车市场。

言归正传,如果一个电动车企业,既做整车又做充电桩呢?

那么车和桩的匹配,将达到最完美的状态。国外最著名的,就是特斯拉了。如果比较关注新能源行业的鹏友,也都或多或少的了解,特斯拉的超充桩要升级了,从V2升级为V3了。

下面大致展示一些关于特斯拉超充的参数对比,能够比较直观的看出差异(感谢电池工程部同学的大力支持),简单的结论就是,从数据来看,Model 3 V3快充性能较V2快充性能有较大幅度提升,8~90%SOC的充电时间能减小50%,最大充电功率从原来的125kw提高到250kw;

不过特斯拉的超充桩,不兼容其他品牌车辆的充电!

特斯拉不用考虑中国国标兼容问题啊,它有自己的一套标准,充电桩,充电线,完全按照自己想要的最大功率去设计,但是这样也确实存在一定的风险,后面会再说一下。(不知道国产化后,特斯拉的充电桩协议是不是会对中国的电动车放开)

小鹏汽车也是拥有自营超充站的, 小鹏汽车的快充桩,目前已经在全国各大主要城市开始建设了,可以达到单车充电桩支持最大125kw的能力,而且,支持国内大部分电动汽车进行充电。我们也正在研发支持更大功率充电的充电桩以满足市场的需求。

咳咳,经过漫长而简单的快充原理介绍及一波硬广后,我们正式进入第二个问题:

快充是否影响电池寿命,答案是,会!

照旧,咱们用数据说话,大家看到的是来自于某品牌的电芯,在经过分别用连续快充循环和连续慢充循环后,电芯的容量保持率的对比(感谢电池工程部的同学)

可以很明显的看得出来,连续的使用快充,确实会导致电池的容量下降。(请原谅不能展示采集的报文和原始数据,仅能展示结论性的东西)

我们再做一点横向对比,以增强数据的说服力,下面再展示几组不同厂家的电芯测试数据结果对比。(采用相同的测试条件,给三种电芯分别进行充放电测试)

以上的一些数据和结论可以看出,频繁的使用单一的快速充电,确实会在次数多了以后,影响到电池的单体容量。

不用过分担心这件事,想想看,连续几百次的快充,才会导致电池容量的衰减,而我们的车主在常规使用车辆的过程中,通常的操作方式会用快慢充相互结合的方式。几百次,通常也是在正常的质保期内用完吧,使用得当的话,衰减也并不会这么严重。我们的时代在进步,技术也是在进步,产品也是越做越好。现在的电动车技术,电池技术,也已经不是多年前的技术可以比拟的。

作为企业,无论中间的研发过程如何,最终展示给客户的,是产品或者良好的客户体验。

电池快充这件事,最终体现到客户端,重点无非是以下几条:

  1. 我的车能立刻充上电,不影响我正常使用。(功能)
  2. 我的车充电要快,要不然咋叫快充呢。(性能)
  3. 我的车能尽量长久的使用下去,寿命要保证。(质保)

做到以上三点,电池快充功能才叫真的可以交到用户手上了。

到了这里,大概给大家总结一下本次回答的总结和建议:

  1. 电动车的快充原理,国内的车和桩,基本通用,因为大家采用的是一套标准。
  2. 电动车主在使用电动车的时候,其实只要条件允许,尽可放心大胆的使用快充甚至超级充电,因为这是正常的客户使用操作。
  3. 在条件允许的情况下,使用慢充确实会比快充,更加有利于延长电池寿命。如果车主想要确实延长电池使用寿命,合理的使用快充和慢充,是比较好的方法。

来源:知乎 www.zhihu.com

作者:小鹏汽车

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