1. Ключевая технология для решения болевой точки – суперзарядка
1.1 Зарядка автомобиля: источник энергии
Рынок транспортных средств на новых источниках энергии показал хорошие результаты. В настоящее время темпы роста производства транспортных средств на новых источниках энергии значительно ускорились.
Ускорение электрификации: оно создало огромный спрос на зарядку. Глобальная тенденция электрификации очевидна, что неизбежно приведет к огромному спросу на зарядку.
Бортовая зарядка: источник энергии для транспортных средств на новой энергии. В отличие от транспортных средств, работающих на топливе, электромобили в основном полагаются на бортовую батарею для обеспечения энергией. Электромобили постоянно потребляют электроэнергию во время движения. Когда электричество исчерпано, энергию аккумулятора необходимо пополнить. Его энергетическая добавка заключается в преобразовании энергии сети или других устройств хранения энергии в энергию аккумулятора, и этот процесс называется зарядкой. В то же время OBC (встроенное зарядное устройство) стало ключевым компонентом процесса зарядки, который в основном отвечает за зарядку аккумулятора посредством подключения напряжения сети через зарядную секцию или интерфейс переменного тока.
Классификация зарядки: Медленная зарядка переменного тока: традиционный метод зарядки аккумулятора, также известный как обычная зарядка. Зарядное оборудование переменного тока не имеет преобразователя мощности и напрямую выдает мощность переменного тока и подключает ее к автомобилю. Встроенное зарядное устройство преобразует мощность переменного тока в мощность постоянного тока для зарядки. Таким образом, решение для медленной зарядки переменным током можно заряжать, подключив его к бытовой электросети или специальной зарядной установке через портативное зарядное устройство, поставляемое в комплекте с автомобилем.
Мощность зарядки переменным током зависит от мощности бортового зарядного устройства. В настоящее время бортовые зарядные устройства основных моделей делятся на модели мощностью 2 кВт, 3,3 кВт, 6,6 кВт и другие. Ток зарядки переменного тока обычно составляет около 16–32 А, ток может быть постоянным или двухфазным переменным и трехфазным переменным. В настоящее время полная зарядка гибридных автомобилей при медленной зарядке переменным током занимает 4–8 часов, а скорость зарядки при переменном токе в основном ниже 0,5C.
Преимущество медленной зарядки переменным током заключается в том, что стоимость ее зарядки невелика, и зарядку можно выполнять, не полагаясь на зарядные устройства или общие сети зарядки. Однако недостатки обычной зарядки также весьма очевидны. Самая большая проблема заключается в том, что время зарядки длительное. В настоящее время запас хода большинства трамваев превышает 400 км, а время зарядки, соответствующее обычной зарядке, составляет около 8 часов. Для автовладельцев, которым необходима поездка на дальние расстояния, беспокойство по поводу зарядки в дороге гораздо сильнее других факторов. Во-вторых, режим обычной зарядки — слаботочный, а режим зарядки — линейный, что не позволяет эффективно использовать характеристики литиевых батарей.
Быстрая зарядка постоянным током. Проблема зарядки электромобилей с помощью медленной зарядки переменным током всегда была серьезной проблемой. С ростом спроса на более эффективные решения для зарядки транспортных средств на новых источниках энергии, как того требует время, появились решения для быстрой зарядки. Быстрая зарядка — это быстрая зарядка или наземная зарядка. Блок зарядки постоянного тока имеет встроенный модуль преобразования энергии, который может преобразовывать мощность переменного тока сети или оборудования для хранения энергии в мощность постоянного тока и напрямую подавать ее в аккумулятор в автомобиле, минуя встроенное зарядное устройство для преобразования. Мощность зарядки постоянным током зависит от системы управления аккумулятором и выходной мощности зарядной батареи, и в качестве входной мощности принимается меньшее из двух значений.
Представителем режима быстрой зарядки является суперзарядная станция Tesla. Ток и напряжение в режиме быстрой зарядки обычно составляют 150–400 А и 200–750 В, а мощность зарядки превышает 50 кВт. Этот метод в основном представляет собой метод подачи постоянного тока. Мощность зарядного устройства на земле велика, а диапазон выходного тока и напряжения широк. В настоящее время мощность быстрой зарядки Tesla на рынке достигает 120 кВт, что позволяет заряжать 80% электроэнергии за полчаса, а скорость зарядки близка к 2C. BAIC EV200 может достигать 37 кВт, а скорость зарядки составляет около 1,3C.
Система управления: Процесс преобразования зарядного оборудования BMS также должен взаимодействовать с системой управления BMS (системой управления аккумулятором) силовой батареи электромобиля. Самым большим преимуществом BMS является то, что во время процесса зарядки он меняет схему зарядки аккумулятора в соответствии с состоянием аккумулятора в реальном времени, а режим нелинейной зарядки обеспечивает быструю зарядку при соблюдении двух условий: безопасности и срока службы аккумулятора. .
Функции BMS в основном включают в себя следующие категории:
Мониторинг состояния электропитания. Самым основным содержанием мониторинга состояния электропитания является мониторинг состояния заряда (SOC) аккумуляторной батареи. SOC относится к проценту оставшегося заряда аккумулятора и емкости аккумулятора и является основным параметром, позволяющим владельцам автомобилей оценить запас хода электромобилей. BMS отслеживает информацию о параметрах батареи (напряжение, ток, температура и т. д.) в режиме реального времени, вызывая данные нескольких высокоточных датчиков на аккумуляторной батарее, а точность ее мониторинга может достигать 1 мВ. Точный мониторинг информации и превосходная обработка алгоритмов обеспечивают точность оценки оставшегося заряда батареи. Во время ежедневного вождения владельцы автомобилей могут установить целевое значение SOC, чтобы добиться динамической оптимизации энергопотребления автомобиля.
Мониторинг температуры батареи: литиевые батареи очень чувствительны к температуре. Независимо от того, слишком высокая или слишком низкая температура, это напрямую повлияет на производительность аккумулятора, а в крайних случаях приведет к необратимому повреждению работоспособности аккумулятора. BMS может контролироваться датчиками, чтобы обеспечить безопасную среду для работы от аккумулятора. Зимой, когда температура низкая, BMS вызывает систему отопления для нагрева элементов батареи до достижения подходящей температуры зарядки, чтобы избежать снижения эффективности зарядки батареи; Летом, когда температура высокая или температура аккумулятора слишком высока, BMS немедленно проходит охлаждение. Система снижает температуру аккумулятора, чтобы обеспечить безопасность вождения.
Управление энергопотреблением аккумуляторов. Ошибки производственного процесса или несоответствие температуры аккумуляторов в реальном времени приводят к изменению их напряжения. Поэтому в процессе зарядки некоторые элементы аккумулятора могут быть полностью заряжены, а другая часть элементов может быть заряжена не полностью. Система BMS контролирует разницу напряжений аккумуляторных ячеек в режиме реального времени, регулирует и уменьшает разницу напряжений между каждым отдельным аккумуляторным элементом, обеспечивает баланс зарядки каждого аккумуляторного элемента, повышает эффективность зарядки и снижает потребление энергии.
1.2 Ожидается, что 4C станет отраслевой тенденцией
Проблема зарядки стала болевой точкой для потребителей. Скорость зарядки всегда использовалась при использовании электромобилей. Нынешнее быстрое проникновение и распространение электромобилей в мире еще больше усилило влияние скорости зарядки на эффективность вождения владельцев автомобилей и опыт пользователей. Психологическая привязка: восполнение энергии традиционных топливных транспортных средств происходит очень быстро. В общих сценариях заправка транспортных средств от въезда на заправочную станцию до выезда с заправочной станции занимает не более 10 минут. Каждая остановка на шоссе. Если взять в качестве примера традиционный электромобиль со скоростью 400 км/ч, то скорость зарядки электромобилей обычно превышает 30 минут, а небольшое количество зарядных станций продлевает время ожидания предварительной зарядки. Существующая технология зарядки не имеет преимуществ перед методом заправки автомобилей топливом. 10-минутное психологическое время привязки автомобилей, работающих на топливе, всегда является первым стандартом для клиентов, измеряющим скорость зарядки электромобилей.
Был задуман стандарт Supercharging. Определение C: Обычно мы используем C для выражения скорости заряда и разряда аккумулятора. При разряде разряд 4C представляет собой силу тока, при которой аккумулятор полностью разряжается за 4 часа. Для зарядки 4С означает, что при заданной силе тока для полной зарядки аккумулятора до 400% его емкости требуется 1 час, то есть при заданной силе тока аккумулятор можно полностью зарядить за 15 минут. Что такое 4C: 4C — это не новый индикатор, а расширение традиционных индикаторов зарядки и разрядки, таких как 1C и 2C. Предельный эффект повышения слабее. Когда скорость зарядки аккумулятора превышает 4С, техническая трудность возрастает и токовое давление на аккумулятор увеличивается, но положительный эффект от технического усовершенствования становится меньше. Поэтому мы считаем, что 4C на данный момент является оптимальным решением, сочетающим в себе повышение производительности и доступность аккумуляторных технологий.
Итеративный процесс скорости зарядки аккумуляторной батареи: в первые дни, ограниченный технологическим уровнем того времени, ни технология зарядки, ни технология аккумуляторов не позволяли заряжать аккумулятор с более высокой скоростью. Скорость составляет всего 0,1C, и увеличение скорости зарядки окажет большое влияние на срок службы батареи. Благодаря постоянному прорыву в технологии литиевых батарей и постоянному совершенствованию BMS скорость зарядки и разрядки батареи значительно улучшилась. Скорость зарядки самой ранней схемы медленной зарядки переменным током ниже 0,5C. Благодаря ускоренному проникновению электромобилей по всему миру в последние годы технология зарядки силовых аккумуляторов совершила большой прорыв, и электромобили от 1C быстро превратились в 2C. В 2022 году на рынок выйдут отечественные автомобили, оснащенные аккумуляторами 3С. 23 июня 2022 года компания CATL выпустила новую батарею Kirin и сообщила, что зарядка 4C ожидается в следующем году.
Суперзарядка станет единственным способом обновления технологии зарядки. Как и новые энергетические транспортные средства, мобильные телефоны также имеют большой спрос на скорость зарядки, и технология зарядки также постоянно совершенствуется в процессе разработки мобильных телефонов: с 1983 года Motorola DynaTAC8000X обеспечивала зарядку в течение 10 часов и разговор в течение 20 минут, а в 2014 году , OPPO Find 7 продвигает зарядку Разговаривая 5 минут в течение 2 часов, теперь многие модели могут полностью зарядить аккумулятор емкостью 4500 мАч за 15 минут. Протокол зарядки смартфонов также был обновлен с 5 В 1,5 А USC BC 1.2 в 2010 году до USB PD 3.1 в 2021 году, а максимальное напряжение может поддерживать 48 В. Мы считаем, что будь то смартфон или новый энергетический автомобиль, реализация быстрой зарядки значительно улучшит качество продукта, а также это единственный способ обновить технологию. В будущем зарядка 4C для электромобилей также станет отраслевой тенденцией.
1.3 Внедрение суперзарядки на нескольких предприятиях
В настоящее время многие компании выпустили свои собственные планы расположения быстрой зарядки, а соответствующие модели выпускаются с 2021 года: Porsche выпустила первый электромобиль с платформой быстрой зарядки 800 В; Была выпущена платформа BYD e 3.0, соответствующая концептуальной модели Ocean-X; Geely Jikrypton 001 оснащен платформой быстрой зарядки на 800 В. В то же время компания Huawei выпустила полнофункциональную высоковольтную платформу для флэш-зарядки с использованием искусственного интеллекта, которая, как ожидается, обеспечит быструю 5-минутную зарядку к 2025 году.
1.3.1 Huawei: полнофункциональная высоковольтная платформа для флэш-зарядки с использованием искусственного интеллекта будет осуществлять быструю зарядку за 5 минут
Пути «высокого тока» и «высокого напряжения» сосуществуют, и последний более экономически эффективен. Чтобы достичь более высокой мощности зарядки для достижения цели быстрой зарядки, необходимо увеличить ток или напряжение. В настоящее время на рынке существует больше компаний, которые используют больше технологий «высокого напряжения», чем «сильноточных». Компания Huawei заявила: при использовании технологии «высокого напряжения» стоимость BMS и аккумуляторных модулей автомобиля такая же, как и при использовании «сильноточного» пути, но поскольку не требуется учитывать воздействие высокого тока, стоимость его высоковольтная проводка и система терморегулирования относительно низкие. 800 В может стать мейнстримом. Сегодняшние основные модели по-прежнему используют архитектуру напряжения 200–400 В. Чтобы достичь более высокой мощности для удовлетворения требований быстрой зарядки, ток может удвоиться, что повлияет на рассеивание тепла и производительность автомобиля. В настоящее время компоненты, в том числе силовые устройства, такие как SiC, высоковольтные разъемы и высоковольтные зарядные пистолеты, достигли зрелости. Лучше выбрать более высокое напряжение, гарантируя, что ток находится в относительно безопасном диапазоне.
Английский
