直流快充，電池要承受多大電流
對於電動車的直流快充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？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）。IEC也有類似的分類。CHAdeMO（CHArgede MOve）標準最早由TEPCO、Nissan、Mitsubishi、Fuji重工和豐田在2010年提出（CHAdeMO標準在IEC62196裡面屬於Type4），第一個CHAdeMO協議是在TEPCO的專利中提出，允許高達500V的電壓和125A電流。在2016年，CHAdeMO定義了新的協議，允許100kW的連續功率以及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（高電壓平台的應用也會對整個高壓系統部件的設計提出新的要求，這裡不討論）。
2月14日EVCIPA在官微發布了一份關於快速充電的專項調研報告，下圖是從中選取的數據。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年才考慮規划到350kW。歐美由大型整車製造企業主導，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據，目前最大電流在200-240A，電壓多數在300-400V左右，少數到了500V和700V左右，功率大概在50-100kW左右。
下圖是DOE關於不同電壓平台在不同充電功率下對應的充電電流關係圖。400V應該是目前市場上大多數電動車的電壓等級，>100kW後，充電電流的增加非常快，對電池和充電設施的挑戰很大（到350kW時，>800A的電流簡直就是個災難）。隨著電壓平台上升，電流增加相對較慢，因此，高電壓平台的需求對於電池充電電流的是比較有利的一個發展方向（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，在到今後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，對於500A的充電電流，對於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於電池的熱管理和壽命還是值得商榷的。（可以參考純電動汽車直流快充對電池的影響）
快充不僅僅是電池的問題，也是關係到充電設施的問題。這裡簡單說一下高功率快速充電（HPC，high power charging）的冷卻問題。對於普通的充電槍，沒有冷卻系統，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）。加入冷卻系統後，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，對需要對充電槍重新設計（下圖右是PHOENIX帶冷卻的充電槍示例）。
參考文獻
中國充電聯盟快速充電系統聯合行動專項調研報告。中國充電聯盟
Fast charging just got fasterDevelopments in High Power Charging。ABB, Sep 2017
Enabling Fast Charging:A Technology Gap Assessment。DOE，Oct 2017
High Power ChargingCCS-based fast charging with up to 500 A。PHOENIX CONTACT
TAG:129Lab |