近日,美国宾夕法尼亚州立大学王朝阳教授带领团队在动力电池快速充电领域取得重大进展,该团队提出一种名为速热快充法的快充技术。据悉,该快充技术成功实现了高比能动力电池的10分钟极速充电,同时使电池拥有超过2500个循环的超长寿命。

从电动汽车发展起始,“里程焦虑”就一直是困扰其发展的瓶颈,虽然目前在中国新能源汽车市场所售部分纯电动汽车标榜续航里程已超过400公里甚至突破500公里,但在综合使用或长途驾驶中,续航里程依旧很难达标,充电难、充电慢更是限制了新能源汽车驶入“快车道”的速度。

但针对充电慢等难题,最近两年或将被完全破解。近日,美国宾夕法尼亚州立大学王朝阳教授带领团队在动力电池快速充电领域取得重大进展,该团队提出一种名为速热快充法的快充技术。据悉,该快充技术成功实现了高比能动力电池的10分钟极速充电,同时使电池拥有超过2500个循环的超长寿命。

这种极速充电技术可在10分钟内,为电动汽车补充超过320公里的续航电量。当下,包括中国在内的世界各国都在积极部署超高功率,例如欧洲曾发布过一款350kw的DC快充设备,但截至目前车用电池还无法承受如此高效率的快充,为此奥迪曾表示,在推出e-tron GT高性能版车型后,才会支持此类快充设备。

的确,当前所有车用锂电池在高功率充电下均无法避免析锂现象的发生,这极大缩短了电池寿命并可能造成安全隐患。据资料显示,目前提升电池快充能力的主流手段是电池材料改性,如提升电解液电导率、增加石墨材料比表面积等,但这些手段效果不佳且以牺牲电池在正常工作条件下的寿命和安全性为代价。

速热快充法或将有效解决这些难题。据王朝阳表示,该快充技术一方面将电池快速预热至60°C后进行充电,温度的升高可以显著加快电池内部的传输过程和反应速率,从而避免析锂。另一方面,电池仅在快速预热和近10分钟极速充电过程中处于60°C高温状态,其它时间都处于常温状态,这可有效抑制高温对电池材料造成的老化。

在实验中,王朝阳团队使用10.5A能源密度在210Wh/kg的软电池报进行测试。结果显示,采用速热快充法的电池在2500个极速充电循环后仍具有92%可用容量,电池热衰减率极低。同时,速热快充法将充电过程中电池的冷却需求减少至1/12,显著降低了对电池热管理系统的要求。

和许多实验室研发的技术不同,速热快充技术基于现有电池开发,均采用工业级量产化电池材料,可迅速实现商业化。

此前这位化学工程教授、材料科学与工程教授就研发出自行加热电池,可在零下42?C快速充电15分钟。据王朝阳此前介绍,这种电池的独特之处在于它可自行加热并自动转换到充电模式。此外,无需改变已安装好的充电站,控制加热和充电都仅需在电池内部发生,和充电桩无关。这种可以随时随地充电的方式可令汽车制造商在车辆上配备更轻、更安全的小型电池。

车企押注快充技术

在快速充电技术逐步成熟的当下,各大新能源车企也都在探索快充的可能性。九天前,北汽新能源曾公开展示其研发的“超级快充”技术。根据现场展示,一辆北汽新能源EX3使用超充五分钟后,续航里程增加了大约150公里。充电时,EX3充电电流大于260A,充电电压超过600V的大功率充电,充电功率达150kW。

除北汽新能源外,更多海外车企也在研发相对成熟的超级充电系统,例如特斯拉。自2012年特斯拉首次推出快速充电桩至今已有7年历史,在2019上半年,这家电动汽车头部企业正式投入V3超级充电桩。据悉,这套充电系统最高可在250kW的功率下执行充电工作。以Model 3为例,一台V3超级充电桩可在5分钟内为车辆补充约120km的续航电量,相比目前半小时补充 270 公里续航里程的充电效率要成倍提升。同时,特斯拉也拥有一套名为On-Route Battery Warmup电池预加热技术,和速热快充技术原理颇为相似。

不过特斯拉V3超级充电桩数量寥寥无几,也仅针对单一品牌车型。

特斯拉在超充领域走在前端,但保时捷或许比它更为激进。据悉,保时捷为其首款电动汽车Taycan独家研发了800V高压快充技术,充电功率可达450kW。在超充领域,蔚来、小鹏汽车等造车新势力也均有涉足,截止目前前者充电功率约在105kW,后者则可达120kW。

短期普及难度大

不过超级充电虽好,但普及却存在难度。据了解,目前充电桩运营排名前三的企业特来电、星星充电、国家电网推出的充电桩最高充电功率都在120kW(240A/500V)上下,在提高充电电压和电流之后,超级快充所使用的充电接口和现有的快充接口完全不同,普通快充标准将面临不再适应乃至作废的情况。

在目前中国新能源汽车所售车型中,绝大多数纯电动车型都无法使用超级快充技术,只有在设计之初就考虑到需要超级快充的高端车型,才能满足要求享受极速充电。据悉,想要使用超级充电,除了充电桩和接口需达标外,普通车辆要对三电系统的绝缘等级、冷却系统、电压等级进行全面升级,这会给车企和消费者双方带来压力。

在此前发布的《电动汽车大功率充电技术与标准预研主题报告》就有指出:发展大功率充电技术是一项系统工程,需要车企、电池企业、充电设施企业以及电网等各行业共同努力、协调发展。

在全球大力推广大功率充电技术之时,现有电动汽车也并不会被迅速淘汰。以中国为例,我国大功率充电技术的目标是实现10-15分钟充满80%,逐渐实现900kW功率,实现更快速度的能量补充。在未来很长时间内,大功率充电技术将和现有充电技术长期并存,超级快充短期普及难度较大。

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