Stellantis公司2024战略更新

最近这一年，三元和铁锂两个化学体系都已经有快充型电池已经推向了市场。快充对于改善我们新能源汽车的使用体验有着重要意义，而几C/几kW充电/xx分钟充满（充xx公里）的宣传也开始越来越多的进入公众视野。 然而对于广大普通用户，甚至是很多业内的从业者来说，快充的最核心概念“几C充电”可能一定程度上90%以上的人都不见得明白这到底是什么意思（根据笔者的观察），而考虑到电池快充与大家使用汽车体验的强相关性，刘博觉得有必要给大家带来一课基础科普，重点告诉大家“几C充电”到底是什么，并简单回答一些快充相关的问题。 所以这一篇文章会更偏向于硬科普，主要分为以下几个部分 l几C充电到底是什么——基础版回答 l几C充电到底是什么——高阶版回答 l为什么快充曲线常会有先平后降的特征呢？ l那为什么快充的表述这么混乱，不能统一一下吗？ l所以快充伤电池吗？ 本文为本人业余时间所作，不代表任何组织、机构观点。 几C充电到底是什么——基础版回答 几C是电芯工作的电流大小。1C就是一个电池（电芯）1小时从没有电到充满对应的电流大小，2C就是该（1C）电流的2倍，即意味着0.5小时充满，1/3C则是该电流的1/3大小，就是3小时充满。 比如一个10Ah的的电芯，1C就是10A -> 1小时充满，2C就是20A -> 0.5小时充满，1/3C则是3.33A -> 3小时充满。 这个也就是大家最常见的最基础的“几C充电”是什么的扫盲。它有问题吗？它没问题，也有问题。没问题在于：对于大部分普通背景的人来说，把几C搞的很明白似乎有点困难，先这样大概理解一下，总比完全不明白要强；而有问题则在于：这个解释太过简化，与实际情况相距甚远。 如果想要把这个问题搞的明白些，尤其是对于业内从业者，那我建议大家看下面的高阶版回答： 几C充电到底是什么——高阶版回答 电流大小，充放均可。几C是电芯工作的电流大小，它可以对应充电，也可以用于放电的工况。 归一化单位，互相可比较。几C是一种归一化的物理量，10Ah的电芯的1C如上所示对应的是10A，它的2C则是2倍于10A是20A，0.5C则是10A的二分之一是5A；而如果是100Ah对应的1C/2C/0.5C的电流则分别是100A，200A，50A。所以一个大容量电芯和一个小容量电芯，其实也是可以拉出来互相PK快充/放电能力的：用几C归一化掉自己的基础容量后，互相就可比了。（大家注意，在这里我只说xC对应电流是1C的x倍，而不再说充电时间变成1C的x分之一了，原因在后面。 可以是峰值，也可以是平均值，但是请说清对应条件。在业内，当我们严谨地使用几C充/放电术语时都要把其对应的条件说清楚，从电量（SOC）的x% 充到y%，该过程中对应的平均充电电流为几C（放电同理），峰值电流为几C，而且最好说明开始和结束的温度（最起码要说开始），那为什么这么麻烦呢，来给大家上栗子： 几款不同车型的充电曲线，摘自报告 P3 Charging Index 22/07，纵轴是充电功率（该值除以电池包的容量（这个是常数）以及实时电压（这个数值是随着充电过程在不断升高的要注意）后就可以得到对应几C的数据：瞬时几C=功率/电压(实时)/容量即可得到），横轴则是电量SOC 上图就是摘自 P3 Charging Index 22/07的几款不同车型的充电曲线，纵轴是充电功率（大家尤其是从消费者侧一般不会直接能得到几C的数据，都是直接看功率多少kW，但是基本可以直接换算得到几C），横轴则是SOC电量，然后就不难看出，其中除了奥迪e-tron的黄曲线比较平（不知道为啥），其它的几个车的充电功率都呈现出了类似特征：先平着最大值，然后在充到一定SOC后就开始逐渐（阶梯式）下降。 这才是一般电池快充时展现出的典型行为：即先平台，后逐渐降低：低电量SOC时，充电电流（几C）大，然后到了一定SOC电量后，就必须开始逐渐的降低倍率（De-rating）。所以，你要说几C充电，得说明白对应了哪一段SOC区间，这段区间内平均几C，比如：10~80%SOC（也是业内目前最为常用的区间）我用了14min充满，那如果线性外推对应的是：14min/(80%-10%)*100%=20min对应20min从0充到100%SOC，那对应在这一段区间的平均充电倍率就是：60/20min=3C。 注意了是平均3C，但是如果大家仔细看一下上面的曲线就知道，平均3C，必然在低SOC开始段的电流是大于3C的（即峰值电流大于3C），而在后半段的实际电流则远小于3C。 因此比如某款5C电池，其实对应的是平均4C，峰值5C——在这方面人家C公司严谨着呢，不信你看人家的表述。 摘自B站C公司宣传号对麒麟电池介绍的视频 为什么快充曲线常会有先平后降的特征呢？ 其实简单来说：快充就是能量从电网流向车，再进入每一节电芯，那在这个过程中，任何一个环节成为了短板，充电都可能发挥不出最大功率，那这里就分别掰扯一下： 电网，功率得够：电网要先发电，然后经输-配再送到用电侧（即充电桩这），那首先电网侧的功率供给得足够（大于快充需要的最大功率）——这一点取决于当时发电情况，旁边用电负荷等因素，要想发挥最大的充电能力，得条件满足，当然这一点常常我们的各家充电企业/服务商应该是已经努力准备好了，如果搞不定，要向消费者提前说明。 充电桩，功率也得够：只要电网能送过来足够的功率，第二关就是充电桩了。如果你这车峰值需要500多kW，但是充电桩就能干300kW，那干着急也没用——没法发挥车的最大充电能力哈。目前500kW以上的超充桩很多都是各家企业开发的品牌桩，就是为了先人一步为自己家的快充车型匹配最好的服务。当然随着整个行业的发展，更高功率的快充桩也会不断普及进入我们的生活，为大家带来便利。 整车侧，能接住大功率：对应300kW以上的快充常常需要800V的技术，原因很简单：P=U*I，大功率进来，电流太大了对于系统的发热电线粗细影响大，就只能高电压化：400V升到800V，但是同时也要在电子电气件设计，绝缘性能方面下不少力气。总之经这些设计，要能接的住这个大功率充电。 电芯侧，析锂边界是关键：先强调一点，虽然是高电压充电，但是最后落给每一节电芯仍然还会是大电流不是大电压。电芯的大流充电的最大限制因素一般就是析锂边界：即电流太大了，锂离子进入负极后就不能进入石墨基体而是以枝晶形式析出，这会导致加速衰减以及带来安全隐患。析锂边界电流一般就是随着电量SOC不断下降的，所以整车的的允许最大充电电流常体现出随SOC上升不断下降的特性；另外温度越低该允许电流也越低，因此低温下充电难，常要用加热来帮助充电。 图中蓝色曲线为负极电位，其不应该高于0V（析锂边界），对应红色的电流为允许的最大充电电流，摘自Int J Energy Res. 2021; 45:7918-7932 那最后我们回过头来再看一下这个充电曲线：低SOC下的平台瓶颈段，常常可能来自于整车/充电桩/电网任意一个环节的最短板（再大了就撑不住了），以及析锂边界这两个短板中的二选一（如刚才所说有可能是电池能力够但是桩不行，也可能是桩提供的了功率但是析锂边界的因素）。而一但整个曲线开始逐渐下降（中高SOC区），基本大概率就不再是车/桩/网的问题了，就100%是电芯本体析锂边界的锅了。 那为什么快充的表述这么混乱，不能统一一下吗？ 的确有点乱，信息量略大而且有一定技术门槛。问题就在于，目前现在各国其实对于快充如何表达，都没有法规认证上的要求。 所以啦：大家都可以相对随便的来表述——比如刚才说的5C的广告，人家在法规上还真没什么问题。 但是如笔者刚才介绍，建议是峰值要说明峰值功率/几C，然后如果是说平均几C还是要讲明白是对应的哪一段SOC电量区间中的结果，这样才严谨一些。 所以快充伤电池吗？ 如刚才所述，快充对于电芯的核心瓶颈还是析锂边界，那如果/只要我们的开发验证是严谨的，给不同使用条件的电芯的析锂边界都标定好了也留好了余量，那使用起快充来就是正常使用不是滥用，就不应该发生异常老化。 但是注意：正常使用也会有正常的老化，这来自于锂离子电池本身电化学反应的本征特性，它总会慢慢老去，只是设计以及生产的好与坏，这个正常老化的速度可以差别很多。但是总体来说，快充还是比对应慢充电池老化要快一点（常来自于热效应的日历寿命衰减以及反应动力学更迅速带来材料微结构上的损坏），但是到底衰减会快多少，得一事一议。个人认为：只要是符合了电池厂和车厂的开发要求（来自于产品定义），而且与用户也充分沟通得到了车主的认可，那就应该是没问题的。 当然这个快充边界的寻找在技术上是有点门槛的，因为电池充电整个的动态过程涉及了力、热、电多因素叠加，电池随着不断充电其随着发热，析锂窗口也在不断变化，电池系统内不断电芯的温度分布又可能有一定梯度。因此在这个过程中，把整个动态过程精准跟踪分析好，把热和力的匹配与电结合好，都是有一定技术挑战的。 结语 这篇文章应该基本说清了电池快充几C到底是个啥，严谨定义是怎么回事，以及背后的物理意义。希望大家看了有所收获，有什么问题可以问，还有什么基础科普小讲解想听我讲也请留言。 感谢阅读，欢迎转发给需要的人。 来源：弗雷刘