大功率充电技术详解(包含液冷充电、800V充电)
从车辆用途来看,目前纯电动汽车主要包括私家车、出租车、租赁车,下表为按照车辆用途,纯电动车月均快充数量和比例(2018年统计)。
纯电动车分类 |
累计充电车次 |
累计快充车次 |
快充比列 |
出租车 | 522219 | 46885 | 90% |
私家车 | 777272 | 104942 | 13.5% |
租赁车 | 176351 | 71760 | 41% |
从数据可以分析市场期望:
(1)出租车表现出明显快充意愿。由于充电时间直接影响其运营收益,所以出租车用户有明显的快速补电需求,车辆换电模式特别适合出租车辆;
(2)租赁车快充比例都在40%左右;
(3)私家车快充比例低,但是用户基数大,快充用户数量很多,快速补电需求同样明显。快充需求多来源于没有便捷慢充资源的用户,需要去公共快充站进行充电,另外在长途行程过程中补电需求。
根据网络调查,大部分纯电动车用户习惯在soc在10%~30%开始充电,一般来说电池的高效充电区间为20%~80%,超过80%涓流充电。
代表 | 时间 |
地点 |
技术特点 |
输出功率 |
保时捷 Taycan |
2017年7月 | 德国 | 800V高电压+液冷充电 | 350KW充电桩,800V电压平台,15分钟充电80%,续航里程400KW。 |
特斯拉V3 Supercharer |
2019年3月 | 美国 | 液冷充电 | 250KW、15分钟充电50%,随后功率下降至150KW,充电至80%。 |
保时捷Taycan,00V电压平台,15分钟充电80%
特斯拉V3 Supercharer,
250KW、15分钟充电50%,充电时间缩短一半
以下我们以800V高电压充电、液冷充电两种技术特点,结合保时捷Taycan、特斯拉V3,开展两项技术详细讲解。
液冷充电
目前大功率充电主要以不提高整车电压平台的条件下,提高充电电流大小。但充电电流增大后端子及线缆的发热量会快速增加,导致温度迅速升高,持续高温易损害充电装置的电子元件,严重的还会引起烧毁安全事故。为了避免安全事故的发生,我们必须要将充电枪端子及线缆的发热量及温升降低,增大导体截面积是我们首先想到的解决方法,但增大导体截面积后会增加线缆的重量,线缆重量加重后会导致用户无法正常使用,而采用液冷大功率充电技术后线缆的截面积可以大幅度减小,充电枪线缆的重量更轻,用户的操作体验感更好。
特斯拉V3超级充电的宣传海报,表明液冷充电线更加轻便。
大功率液冷充电枪是通过一个电子泵来驱动冷却液流动,冷却液在经过液冷线缆时(液冷线缆在工作时由于承载大电流会发热),带走线缆及充电连接器的热量,回到油箱(储存冷却液),然后通过电子泵驱动经过散热器散发热量,如此循环工作,可以达到小截面积线缆通载大电流、低温升的要求。
以下为一种电池包及高压线束冷却方案。
下方曲线图显示了特斯拉V3、V2、V1soc区间对应充电功率,V3充电soc在10%~25%区间充电功率达到250KW,25%~60%区间充电功率降至150KW。
注:此图仅供参考,网络发布的实测视频有一定的差异。
电流时间对应表格如下表
以下是特斯拉新型液冷式充电连接器专利介绍。
“The charging connector includes a first electrical socket and a second electrical socket. A first sleeve and a second sleeve are provided, such that the first sleeve is concentrically coupled to the first electrical socket and the second sleeve is concentrically coupled to the second electrical socket. A manifold assembly is adapted to enclose the first and second electrical sockets and the first and second sleeves, such that the first and second sleeves and the manifold assembly create a hollow interior space there between. An inlet conduit and an outlet conduit within the manifold assembly such that inlet conduit, the interior space, and the outlet conduit together create a fluid flow path.”
翻译:充电连接器包括第一电插座和第二电插座。提供第一套筒和第二套筒,使得第一套筒同心地联接到第一电插座,并且第二套筒同心地联接到第二电插座。歧管组件适于包围第一电插座和第二电插座以及第一套管和第二套管,使得第一套管和第二套管以及歧管组件在它们之间形成中空的内部空间。歧管组件内的入口导管和出口导管,使得入口导管,内部空间和出口导管共同形成流体流动路径。”
大功率液冷充电连接器在研发过程中,对充电过程中的发热点进行了分析及实验验证,充电过程中的发热主要有接触件与导线的压接位置,针孔接触位置,其中针孔接触位置的发热最大,如图3所示,通过红外成像仪对接触件的发热进行了测试,成像越亮,发热越大,因此在设计过程中使得液冷系统冷却至针孔的接触部位,可以对充电插座端的接触件也有一定的冷却作用,同时在功率接触件上安装有温度传感器,充电桩可以通过反馈的温度对液冷源进行启停控制,液冷源上安装了流量传感器,压力传感器对冷却系统中的流量及压力进行检测,通过传感器的数据,可以确保充电过程中的安全。
发热点分析
大功率液冷充电连接器温升曲线
800V架构
2019年底一豪华纯电品牌推出了其电动车型,将高压电气电压平台直接由传统400V提升到了800V,第一款800V高电压电气架构横空出世,他就是保时捷的Taycan。
其高压电气架构图如下:
不同充电功率的充电时间
我们再来看一下Taycan和Model 的快充曲线对比。我们会发现Taycan(蓝色)可以达到更高的充电功率。
Taycan和Model 的电平台对比
2、A6 e-tron concep,800V电气架构,高功率充电270KW。
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