近年來電動(dòng)汽車發(fā)展速度很快，得到了廣泛的關(guān)注與討論。續(xù)航里程、充電速度這些詞匯在各種場合被越來越多提及，今天我們主要談一下快充。

充電速度是影響電動(dòng)汽車普及的主要障礙之一，隨著越多主流車型續(xù)航里程提升到400公里以上，續(xù)航問題得到了明顯的改善，而相對之下，充電速度問題就顯得較為突出，尤其影響長途出行能力。

一、什么叫快充

實(shí)際并沒有很明確的定義具體多塊算快充，充電的速度，我們通常用C倍率來表示，C是電池容量Capacity的首字母，比如某塊電池標(biāo)稱容量30kWH，那么1C=30kWH，簡單理解就是1C充電，即一個(gè)小時(shí)充滿，2C充電，即半個(gè)小時(shí)充滿，數(shù)值越大，充電速度越快。目前比較流行的電動(dòng)車快充能力，比如特斯拉和一些其他的主流車廠，可在30分鐘充滿80%的電，相當(dāng)于1.6C?？斐渑c慢充充電速度差異如下圖：

區(qū)分慢充樁和快充樁很簡單，慢充樁體積小，導(dǎo)線細(xì)，充電槍小，如下圖：

快充樁體積大，導(dǎo)線粗，充電槍大，如下圖：

二、快充的原理

純電動(dòng)乘用車快充就是采用高電壓、大電流，短時(shí)間內(nèi)將電動(dòng)汽車充滿電。不管快充還是慢充，都是在外部電能的作用下將電芯正極的鋰離子遷移到電芯負(fù)極的過程。而快充和慢充的區(qū)別就在于充電過程中電芯正極鋰離子Li+遷移速度的快慢。理論上電壓和電流越大，充電速度就越快。如下圖是特斯拉超級充電樁，可以提供約120-145kw的充電功率。

三、快充的缺點(diǎn)。

快充在提升充電速度的同時(shí)，也并非沒有缺點(diǎn)。

1、 頻繁快充會加速電池電芯的極化。

一般在鋰離子電池的充電過程中，電極內(nèi)部擴(kuò)散的Li+遷移速度相比電解液很小，電極內(nèi)部擴(kuò)散是Li+擴(kuò)散速率的控制步驟，由于Li+在電極顆粒內(nèi)部的遷移速率遠(yuǎn)小于其表面發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)速率，因此引起了電極的濃差極化現(xiàn)象，會進(jìn)一步加劇正負(fù)極電極電勢差偏離平衡電勢。

當(dāng)持續(xù)充電電流較大時(shí)，電極處的離子濃度升高，極化加劇，電池端電壓無法與充入的電量/能量直接線性比例地對應(yīng)起來。同時(shí)大電流充電，內(nèi)阻的增大會導(dǎo)致焦耳發(fā)熱效應(yīng)加劇帶來副反應(yīng)，如電解液的反應(yīng)分解、產(chǎn)氣等一系列問題，危險(xiǎn)系數(shù)驟然增加，對電池安全性產(chǎn)生影響。

2、 頻繁快充可能導(dǎo)致電芯析晶。

在充電過程中，我們對于鋰離子的控制實(shí)際上是很弱的。我們只能保證鋰離子會遷移到負(fù)極表面，但無法保證鋰離子會均勻的分布在負(fù)極表面。而在鋰電池快充即意味著鋰離子快速脫出并"游向"負(fù)極，這時(shí)候就需要負(fù)極材料具有快速的嵌鋰能力。用于鋰電池快充的負(fù)極材料包括碳材料、鈦酸鋰及其它的一些新型材料。對于碳材料來講，由于嵌鋰電位和鋰析出的電位差不多，常規(guī)充電的情況下一般是鋰離子優(yōu)先嵌入石墨，但是在快充或低溫條件下，鋰離子可能會在表面析出形成枝晶鋰（又稱析晶）。枝晶鋰會刺穿隔膜（SEI），會造成Li+二次損耗，降低電池容量。當(dāng)鋰晶體達(dá)到一定量后就會從負(fù)極向隔膜生長，造成電池短路的危險(xiǎn)。

如果車輛頻繁使用快充，是會對電池造成損害的，注入造成電量衰減等，但目前開發(fā)電源管理都會針對電池的剩余電量、電池性能等因素設(shè)計(jì)合理的充電策略，盡量減小快充對電池的傷害。所以偶爾用下快充，是不用擔(dān)心電池?fù)p壞的。

四、快充技術(shù)的發(fā)展。

特斯拉當(dāng)前量產(chǎn)的超級充電已經(jīng)是目前市場上最快的充電技術(shù)，但仍然需要30分鐘-1個(gè)小時(shí)的時(shí)間才能將車輛充滿電，比加油速度慢了數(shù)倍，顯然仍無法與燃油車競爭。為了解決這個(gè)問題，各汽車企業(yè)都在發(fā)展更快的充電技術(shù)。

保時(shí)捷發(fā)布的首款純電跑車Taycan，具備800V超級快充，4分鐘即可充入100公里的行駛里程，15分鐘即可充電至80%。

而國內(nèi)的汽車廠家北汽新能源也與國家電網(wǎng)一起發(fā)布了自己快充技術(shù)，充電功率達(dá)到了280kw，充電10分鐘即可超過400公里續(xù)航。

理論上只要提高電壓和電流，就可以輕松提高充電速度，但事實(shí)卻并這么簡單。實(shí)際上，特斯拉早在2016年前就宣稱要推出SuperCharger V3，將超級充電提升至超過350kw的功率，但一直跳票至今仍未發(fā)布。

在當(dāng)前普遍使用的400v電壓平臺上，如果要實(shí)現(xiàn)350kw的快充，電流要達(dá)到875A，這已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出汽車內(nèi)部線路能夠承受的最大電流250A了。所以最為可行的方案是采用高電壓平臺，保時(shí)捷Taycan的整車電壓平臺提升到800V，這樣其內(nèi)部線纜只需要承受437A的電流。

相對車輛來說，設(shè)計(jì)制造高功率充電樁反而簡單很多，只需要使用高功率部件、改進(jìn)熱管理系統(tǒng)、改造線路即可。

相對更難做到的，是動(dòng)力電池。為了防止產(chǎn)生析鋰、電解液分解、電池過熱等危及安全的問題以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)塌陷造成的循環(huán)壽命衰減問題，無論是主機(jī)廠還是動(dòng)力電池廠商，都對超大功率的充電持謹(jǐn)慎態(tài)度。

在日前舉辦的“動(dòng)力·儲能電池前沿技術(shù)和應(yīng)用”論壇上，工信部裝備工業(yè)司汽車處處長陳春梅透露，目前工信部正在加快起草和編制《促進(jìn)汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》?！兑庖姟穼⒚鞔_，到2025年，在加快國家動(dòng)力電池創(chuàng)新中心建設(shè)、加強(qiáng)鋰電池的升級和新體系電池的研發(fā)、推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同發(fā)展、加強(qiáng)產(chǎn)品安全的質(zhì)量檢查、完善管理業(yè)務(wù)體系等方面制定進(jìn)一步措施。

“可以說，《意見》的出臺將對未來鋰電池行業(yè)的發(fā)展提供一個(gè)清晰的路徑。”北京有色金屬研究總院副院長熊柏青在接受《經(jīng)濟(jì)日報(bào)》記者采訪時(shí)表示，近年來，隨著新能源汽車產(chǎn)銷量的爆發(fā)式增長，鋰電池特別是動(dòng)力電池的需求不斷上升，給鋰電池行業(yè)發(fā)展帶來了很大的機(jī)遇。

中國汽車工業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)顯示，上半年，我國新能源汽車產(chǎn)銷分別達(dá)17.7萬輛和17萬輛，同比分別增長125%、126.9%。國聯(lián)汽車動(dòng)力電池研究院預(yù)測數(shù)據(jù)也顯示，到2020年，我國新能源汽車產(chǎn)能將達(dá)200萬輛，而動(dòng)力電池需求量將達(dá)1000億瓦時(shí)。

市場向好不僅帶來了鋰電池需求的增長，也推動(dòng)了動(dòng)力電池效率的不斷提升。熊柏青介紹說，10年前，裝載1千瓦時(shí)電需要20公斤的電池；現(xiàn)在，裝載1千瓦時(shí)電只需9至10公斤的電池；到2020年，裝載1千瓦時(shí)電，電池重量將降至4到5公斤，“電池重量減輕了，正極材料、負(fù)極材料、制造工藝等制造電池的原材料就會減少，成本也會隨之下降。如今，電池的生產(chǎn)成本已從10年前每瓦時(shí)5元到6元，降至1.5元。”科技部部長萬鋼在2016中國汽車論壇上也表示，到2020年，要努力把動(dòng)力電池單位能量密度再提高1倍，把制造成本降低50%。在使單位電池能量達(dá)到300瓦時(shí)以上的同時(shí)，成本降至1元以下。

成本的降低主要源于技術(shù)的不斷進(jìn)步。然而，與一些發(fā)達(dá)國家相比，我國鋰電池行業(yè)目前仍面臨電池壽命短、環(huán)境適應(yīng)性差等問題，特別是鋰電池企業(yè)小、散、亂的情況非常嚴(yán)重，盲目投資和重復(fù)建設(shè)的現(xiàn)象也日益凸顯。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國鋰電池企業(yè)高達(dá)200多家，****的企業(yè)每年實(shí)際銷售量僅幾十億瓦時(shí)。

“鋰電池行業(yè)的技術(shù)需求發(fā)展很快，沒有創(chuàng)新就會退步。”熊柏青分析認(rèn)為，由于我國沒有特大鋰電池企業(yè)，創(chuàng)新資源比較分散，大多數(shù)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)規(guī)模、盈利能力、研發(fā)能力與國外企業(yè)相差甚遠(yuǎn)。

可喜的是，一系列利好政策的支持給鋰電池行業(yè)發(fā)展注入了強(qiáng)大動(dòng)力。據(jù)了解，自2012年提出新能源汽車發(fā)展目標(biāo)以來，我國先后出臺了財(cái)政補(bǔ)貼、路權(quán)優(yōu)先、牌照開放等政策措施，而新近出臺的《中國制造2025》戰(zhàn)略更是明確提出繼續(xù)支持電動(dòng)汽車、燃料汽車發(fā)展。作為新能源汽車的心臟，鋰電池行業(yè)也因此受到了高度重視

但隨著新技術(shù)的發(fā)展，陶瓷涂層隔膜、耐高壓高溫電解液、正極材料包覆、新型負(fù)極材料的開發(fā)等陸續(xù)成熟，為高功率快充的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造了可能。

此外，快速充電的電流大，電池及充電系統(tǒng)的發(fā)熱量大，對車輛的熱管理系統(tǒng)是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。

總結(jié)：相信隨著技術(shù)的進(jìn)步，及產(chǎn)業(yè)鏈的升級演化，電動(dòng)車的快速充電問題會很好的解決，實(shí)現(xiàn)與加油同樣的高效率并不是遙不可及