純電5C超充剛開始大規(guī)模量產(chǎn),然而HEV電池早已實現(xiàn)50C

2024-8-28 9:16:00
  • 純電5C超充剛開始大規(guī)模量產(chǎn),然而HEV電池早已實現(xiàn)50C

隨著電動汽車的發(fā)展,補能作為電動汽車的最大缺點之一,如今也隨著快充技術(shù)的發(fā)展逐漸改善,充電樁功率越來越大,充電速度越來越快。在很多電動汽車的宣傳中我們可以看到,比如4C充電的電池、5C電池等。這里的C是代表電池充放電倍率,放電倍率=充放電電流/額定容量。

在充電過程中,比如1C電池就意味著一小時內(nèi)可以將電池充滿,5C電池則是只要1/5個小時,也就是12分鐘就可以將電池充滿。而放電倍率方面,由于純電車型電池包額定容量較大,主流在50kWh到100kWh之間,而常見的電驅(qū)功率一般在150kW到300kW,所以實際上對于純電車型的電池包而言,放電倍率需求并不高。一般的純電汽車電池放電倍率小于3C,高性能的車型也僅在6C左右。

不過這種情況在PHEV(插電混動)、REEV(增程式)以及HEV(混合動力)等車型上就不同了,電池包的額定容量較小,導致這些電池包的各項要求都有所差異,比如一些HEV用電池放電倍率可以高達50C。下面我們就來看看各類新能源汽車的電池包性能指標要求的差異。

電池包性能指標的取舍

一般來看電池包的性能指標可以分成6個部分,包括能量密度、容量大小、充電倍率、放電倍率、功率密度、循環(huán)壽命。

電池的能量密度電池的能量密度受電池化學體系的限制,正負極材料的容量和工作電壓是關(guān)鍵因素。提高能量密度可以通過采用高容量的正極材料如高鎳三元材料(NCM)和富鋰正極,以及高容量的負極材料如硅碳復合材料或鋰金屬負極。此外,采用原位固態(tài)化技術(shù)、超薄固體電解質(zhì)包覆的正極材料、固體電解質(zhì)涂覆隔膜等關(guān)鍵技術(shù)也能顯著提升電池的能量密度。

不過,充電倍率于電池能量密度往往只能二選一,這是源于電池設(shè)計和材料選擇上的一些權(quán)衡。在高能量密度的電池中,比如使用NCM和富鋰正極材料時,可能在高倍率充放電時的離子擴散速率和電子導電性方面存在限制,從而影響其在高倍率條件下的性能。

而為了實現(xiàn)高能量密度,電芯在設(shè)計上可能采用較厚的電極,這有助于增加存儲的電量。但較厚的電極會增加鋰離子在電極內(nèi)部的傳輸距離,降低其在高倍率充放電時的傳輸速率,導致無法實現(xiàn)較高的充放電倍率。

另外,循環(huán)壽命也是限制目前高能量密度電池實現(xiàn)高充放電倍率的一個關(guān)鍵指標。首先電芯內(nèi)部有內(nèi)阻,在電池包額定電壓一定時,要提高充電倍率就需要增大充電電流,那么這就意味著快充就會使得電芯內(nèi)部產(chǎn)生更多的熱量。同時在快充過程中,可能出現(xiàn)負極材料結(jié)構(gòu)的應(yīng)力累積和損傷、析出鋰枝晶等造成安全隱患。

所以實際應(yīng)用場景需求,會對電池的各項性能指標有所取舍,這也包括在PHEV、REEV、HEV、EV等各類車型中。

純電、混合動力車型對電池性能的要求差異

對于純電車型來說,今年的主流車型來看,電池的充電倍率在1.5C到3C之間。一些主打快充的車型,比如理想MEGA、嵐圖知音、極氪007/001等最高已經(jīng)實現(xiàn)5.5C的充電倍率。放電倍率則一般在6C內(nèi),普遍在2C到3C之間,一些功率極大的車型,比如極氪001FR、仰望U9等車型的電池放電倍率則可以超過10C。

相比于PHEV、REEV、HEV等,EV純電車型的電池容量往往是最大的,因此較為注重能量密度和成本。電池容量大,因此對于EV車型來說,電池壽命的計算方式又不只是看循環(huán)次數(shù)了。比如兩款車型,一款電池循環(huán)壽命較低,但容量較大,能量密度高,每次充滿電可以行走的里程較長;那么相比于搭載循環(huán)壽命較長,但容量較小,能量密度低的電池,兩款車型實際在使用壽命中行駛的總里程可能相當。

REEV由于本質(zhì)上是在EV的基礎(chǔ)上增加了增程器,相當于在EV上增加了一個由燃油驅(qū)動的“充電寶”,所以電池與EV類似,只是為了成本和整車重量考慮,相對容量會較小。

PHEV是插電混合動力汽車,即是可以由燃油發(fā)動機直接驅(qū)動,也可以由電機驅(qū)動,同時還可以進行充電,綜合了電動機和內(nèi)燃機兩種驅(qū)動形式。PHEV一般會使用功率密度更高的電池包,即充放電倍率相比EV車型都更高,同時電池容量也要更小,一般提供100km以內(nèi)的純電續(xù)航里程,不過隨著市場發(fā)展,PHEV的電池包容量也越來越大,甚至可以提供200km以上的純電續(xù)航里程。

與EV和REEV相比,PHEV由于電池包容量較小,但又需要在電動模式下快速釋放能量,并且在制動時能夠快速充電實現(xiàn)動能回收。這要求PHEV電池在設(shè)計上能夠承受較大的充放電電流,有較高的充放電倍率。

另一方面,因為電池容量較小,自然充電的次數(shù)也會更頻繁,因此要求循環(huán)壽命也要更高。比如蜂巢能源去年推出的一款短刀電池,脈沖放電倍率高達15C,循環(huán)壽命超過3000次。

HEV則是更為傳統(tǒng)的模式,即以內(nèi)燃機為主,電為輔,主要是通過動能回收以及內(nèi)燃機帶動發(fā)電機等來為電池充電,在起步等低速場景使用電機驅(qū)動,無法通過外部充電樁等為電池進行充電,同時HEV電池容量相比PHEV更小,一般小于2kWh,一些HEV車型甚至只有0.7kWh。

極小的電池容量,但是要承受高的動能回收充電和電機使用的功率,這就意味著要有極高的充放電倍率,且有極高的循環(huán)壽命。比如捷威動力的HEV電芯可以實現(xiàn)4萬次循環(huán)壽命,50C的持續(xù)放電倍率;星川科技甚至推出了放電倍率達到135C的HEV電池,循環(huán)壽命達到30000次以上。