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电动车自燃 你别上来就怪电池

發布時間:2023/12/10 综合教程 35 生活家
生活随笔 收集整理的這篇文章主要介紹了 电动车自燃 你别上来就怪电池 小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

劉師傅是一名北京電動出租車司機。他的車冬季得一天三充,夏天得充兩回電。為此,他的后備箱里常備著一套折疊桌椅,以便在每次去充電的時候,去一個遠離充電樁的地方待一會兒。

“看新聞說,我們這款車老出事兒,還都是在充電的時候炸的。怕了,躲遠點。”劉師傅說道。

這并不是劉師傅多慮。據國家應急管理部消防救援局的最新數據顯示,2022年第一季度,國內接報的新能源汽車火災共計有640起,同比上升32%。平均下來,中國每天發生超過7例的新能源汽車火災。

與燃油車經常在行駛中起火不同,純電動車與充電相關的自燃情況較為常見。我們在新聞里也總能看到,在充電站燒得火花四濺的電動車。究其本質,目前大部分充電樁,都在通過提高電流來實現大功率充電。

但電流越大,電纜發熱量也越大。這對工作溫度極為敏感的電池來說,是一個極為危險的因素。

一個有意思的現象是,大家并不在乎是什么原因導致的車輛自燃,只會怪罪車企的電池技術不成熟和不安全。事實上,解決自燃問題,并非只靠改進動力電池就萬事大吉。高壓平臺和大功率快充技術的同步發展,才能盡快根治電動車自燃的“老毛病”。

有一個誤區是,造電動車只要做好電池就行了。

對消費者來說,續航當然是越多越好。于是,車企們就開啟了續航里程“內卷”,導致新推出的電動車續航參數越堆越高。在進入工信部名錄的新車中,2019年有6款續航里程超過600公里,而到2021年就有了58款。

截止虎嗅發稿,2022年的前四批名單里,就已經有37款新車續航里程超過600公里。

當續航里程變長了之后,消費者又發現充電太慢了。以2020年熱銷的部分純電動車型為例,其直流快充的理論平均充電倍率約為1C(即1小時可充滿100%SOC),完成30%-80%SOC需30min,NEDC續航里程約為227km。如果出現低溫、電量過低、分流等情況時,充電時間甚至要到2個小時。

這也就是為什么,高速充電站逢年過節就會出現“排長隊”乃至“打架搶位”的情況。這并不是因為電動車續航不夠,而是因為充電太慢,致使每輛車占用充電槍的時間過長,“翻臺率低”。

因此,一部分車企開始琢磨加大充電功率以實現快速充電。根據初中物理學過的功率、電壓、電流關系公式P=U·I,其他條件保持不變,充電的電壓或電流其中任一提高,即可提高充電效率。

第一種流派,是“大電流”快充。

特斯拉就是“代表選手”,其中特斯拉V3超充樁能在400V電壓的條件下達到250kW的峰值充電功率,15分鐘可補充Model 3約250公里續航所需電量。但充電電流的加大,意味著更多的發熱量、更粗更重的線束等等,這對車輛和充電樁都是挑戰。

就拿散發的熱量來說,根據焦耳定律Q=I?·R·t,當通電時間與電阻不變時,熱量與電流的二次方成正比。所以,大電流快充勢必會在充電過程中產生巨大的熱量。這既考驗車輛的熱管理系統,也對充電樁的運營商和制造商也是不小的難題。

因此,目前也只有在橫向和垂直兩個方向高度整合的特斯拉,才把這條路走通。

再說線束,也是極大的問題。對于電動車來說,要承受大電流就必須靠高壓線束。然而,高壓線束的橫截面會很大,這就會導致線束剛度強且難以彎曲。這不僅在車內難以布局,而且可能在碰撞后刺入駕駛艙,增加安全風險。

更要命的是,大功率充電樁的充電槍和線纜通常又重又粗,對力氣比較小的女車主非常不友好。值得關注的是,特斯拉V3超充樁峰值工作電流超過600A,但它采用了采用液冷散熱設計,減輕了充電線的橫截面積和重量。

然而,并不是每家號稱能實現“快充”的車企,都能像特斯拉一樣做好熱管理,因此自燃的隱患也就因此埋下。

要知道,當充電樁輸出鋰電池難以承受的大電流時,在電池內部過快流動的鋰離子會在負極表面形成像樹枝一樣的枝晶。這些枝晶像針尖一樣又細又硬,一旦生長到一定長度,就會戳破隔膜誘發內短路,從而發熱引發自燃。


枝晶穿透現象

第二種流派,是相對來說更安全的高壓快充。

以保時捷為例,該公司將電壓平臺從400V提高至800V后,實現300kW充電功率,可以在22.5分鐘內把Taycan Turbo S容量93.4kWh的動力電池從5%充至80%,提供300公里的續航能力。同時,保時捷高壓線束的截面積僅為400V架構下的二分之一,線束減重4kg。

根據焦耳定律可知,熱量只跟電流、通電時間、電阻有關。而當電壓翻倍之后,理論上電流即便是減半,仍可以達到同樣的功率。這也就意味著,快充時所產生的熱量大大減小,從而不會對嬌貴的

動力電池帶來過熱、不穩定等安全隱患。

在保證安全的基礎上,高壓快充的效率提升空間也會更大一些。作為對比,400V平臺的充電功率到了200kW時就接近系統設計的極限,而800V高壓系統可以將極限突破到400kW。

理論上來說,一臺電池容量為100kWh的純電動汽車,從20%充電到80%,僅需9分鐘,基本等于傳統燃油車加油的時間,完全消除充電時間焦慮。

雖然優點頗多,但目前能把高壓平臺大規模量產的還只有保時捷Taycan一款車。最接近大規模量產的,可能就是搭配華為高壓三電平臺、支持800V高壓快充的極狐阿爾法S 華為Hi版,在今年5月剛宣布上市。

此外,現代Ioniq5也支持800V高壓平臺,或于今年引入國內投產。還有,今年8月即將發布的小鵬G9,基于800V高壓平臺,可以實現充電5分鐘、續航200公里。

與激光雷達、固態電池等前沿技術類似,高壓平臺也面臨著“雷聲大雨點小”的尷尬處境。大家就連被“卡脖子”的原因也幾近相同——材料。

要知道,從400V平臺切換為800V平臺架構,需要對電氣系統零部件重新驗證,尤其是功率器件的要求更高。目前市面上幾乎所有的車型上,車規級的功率半導體都是硅基IGBT。但如果要推800V以上高壓平臺,那就必須切換為碳化硅材料,原因有以下幾個。

第一,碳化硅的耐高壓能力更強。

在450V直流母線電壓下,IGBT模塊承受的最大電壓為650V左右。在800V以上直流母線電壓下,功率器件耐壓需要提高到1200V以上。雖然英飛凌、富士等廠家都推出了1200V耐壓的車規級IGBT,但因為成本較高并未實現規模化應用。相比之下,碳化硅器件天然就耐壓高。目前,碳化硅MOSFET目前量產產品的耐壓可達3300V。

第二,碳化硅的能量損耗更低。

碳化硅在導通損耗、開關損耗表現方面優于 IGBT。在400V母線電壓下,應用1200V碳化硅模塊的整車損耗較750V的IGBT降低6.9%;若電壓升至800V,整車損耗將進一步降低7.6%。最終,碳化硅上車以后的效果不僅是充電快,而且能耗也會相應降低,反過來提升續航里程。

第三,是抗高溫。

在高電壓快充方案下,盡管在相同充電功率情況下電流增加幅度較大電流方案要小,但大功率快充需要電壓、電流同增。這導致系統發熱量增加,對功率器件抗高溫能力也提出了更高要求。碳化硅理論上能夠在遠超175℃高溫的正常工作,降低了對熱管理系統的要求,提升了可靠性和安全性。

相比傳統的硅基材料,碳化硅材料的高壓性能極為突出,但初期成本較高。

因為大三電(電池、電機、電控)、小三電(OBC、PDU、DCDC)等部件都要能在800V甚至 1000V的電壓下正常工作。所以,別看只是電壓的提升,整個產業鏈也要隨之調整。

從400V平臺升至800V平臺,其中部件成本是原來的2-3倍,系統總成本增加10%-20%。但考慮到當下動力電池的原材料價格上漲迅猛,堆電池容量的方法難以維系。那么在這種情況下,同樣是增加成本,把錢花在高壓平臺上的收益顯然是更大的。

碳化硅雖好,但產業鏈的話語權仍不在我們手里。

目前,全球碳化硅產業格局呈現了美國、歐洲、日本三足鼎立的態勢。美國仍然獨大,占據全球碳化硅產量的70%-80%,代表公司是科銳;歐洲擁有完整的碳化硅襯底、外延、器件以及應用產業鏈,代表公司是英飛凌、意法半導體等;日本則在設備和模塊開發方面處于領先,以羅姆半導體、三菱電機、富士電機為代表。

這些巨頭們,都在不斷通過擴大產能、合作結盟或兼收并購等方式在碳化硅市場跑馬圈地、加速布局。相比之下,中國的碳化硅產業稍顯貧弱,在技術領先度、市場份額占比等方面都較為落后。

即便是材料的難關攻克了,高壓快充仍需要面臨基建的現實問題。

因為,目前市面上幾乎所有的充電樁,都不能適配800V高壓平臺。這也就意味著,你買了一臺800V架構的電動車,但實際充電速度達不到宣傳預期。


保時捷Taycan的各個電壓系統部分

以保時捷為例,Taycan上額外搭載一臺直流車載充電機,首先將400V充電樁輸出的充電電壓升壓至800V后,再對電池進行充電。類似的方式,還比亞迪在e平臺 3.0上,引入了首創的“利用電機電控的電路拓撲泵升充電樁電壓”的思路。通過這種方式,來實現充電5分鐘,最大續航150公里。

當然,這種利用車載部件支持800V,即電驅升壓兼容400V直流樁的方案,在當下公共充電資源緊張的階段,未嘗不是一種解決續航里程焦慮的好辦法。但未來,想要真正發揮800V平臺的全部實力,自建超級高壓充電樁就是必然的選擇。

但是,車企絕對不能寄希望于國家電網去幫你建樁。因為以現階段的目標來看,國家的目標是普及充電網絡,而不是向上探索。連最基本的覆蓋率和車樁比數據都沒達標,談何充電速度呢?所以,高壓快充這事,只有車企自己來干——自主研發高壓平臺,自主建高壓充電樁,才是唯一的出路。

以后,如果你要買純電動車,一定要多考慮這個問題——“該品牌是否有自建充電網絡?”

總結

以上是生活随笔為你收集整理的电动车自燃 你别上来就怪电池的全部內容,希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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