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如上图所示,在 2020 年之前(蓝色圆圈:电流;金色圆圈:功率),Bolt EV 的快充曲线像一个个台阶组成,每一个台阶都持续一定的充电时间,然后跳跃到下一个台阶,这里把这种充电策略称为阶梯式;在今年 BOLT EV 快充进行了升级(蓝色、红色实线),在高功率充电持续一定时间后,就变成了像一个缓缓下降的山坡,这里把这种充电策略称为斜坡式。
基于这种线型的划分,这里把几款代表性车型的快充曲线类型,电芯类别和电芯的厂家,做了下梳理,我们可以看看这两种快充策略的整体使用情况。
阶梯式的充电,是一种分段快充策略,根据不同数量的段落,比如可分为3段式或5段式,这种充电的策略相对简单,在设定的 SOC 值、规定的温度下,充电以恒定的电流进行,然后在下一个临界点进行突变。而斜坡式的充电,很像是传统意义上的 CC-CV (constant current-constant voltage),但实际上又不完全一样,你可以认为是一种 control current-control voltage,即每个阶段控制不同的参数。
目前,国内快充的策略大多是阶梯式的,这个方式简单易行,包括一些测试也都是采用的阶梯式。国外车型的快充,以斜坡式的充电为主,尤以特斯拉为主要代表,从 Model S 到 Model3 都是按照这种方式在演变。斜坡式的充电的难度在于需要对大量变化的点进行析锂窗口的判定,主要是电流值的判断,不同温度下、不同 SOC 都要去判定,超过这个电流限值,负极表面就会达到析锂电位,发生析锂。相比之下,阶梯式需要判断的点就少得多。
以这两种快充策略为基础,整车和电芯企业在更新车型或软件 OTA 升级时,会进行不断地迭代。一种是原有策略的优化迭代,通常来说,会让较大的功率能持续更宽的 SOC 区间,以 Bolt EV(2017-2019)和 Leaf 的的演变为典型的代表,如下两图。
这个图中前两个图是充至 100%,第三个图是到 80% 截止,Bolt 或是 LG 在最初的时候还是非常谨慎,在大功率的持续时间上较小,很快就降低到下一个台阶。
Leaf 的这个迭代就更明显了,不断地增大高功率可以持续的 SOC。但有个现象提下,就是 40kWh 又回撤到比 30kWh 更小的区间上了,这应该是基于安全的考虑。这个现象在特斯拉上也有发生,如 Model S 85kWh 的变化,在去年 4 月份连续的自燃事件后,对充电功率进行了回撤。
以特斯拉为例,来说下斜坡式充电自身迭代的方式,除了拓宽高功率充电的SOC区间,另一个有效的方式就是进一步提高充电功率,然后缩小新高功率充电的 SOC,即斜坡变得更高、坡顶部持续的时间小。V2 到 V3 的变化就是一个好的对比。
另一种策略的演变就比较大,即从阶梯式的充电转变为斜坡式充电,这个典型代表也是 Bolt,如前文的图所示。在 2017 -2019 三年的阶梯式内部优化后,2020 年 LG 的电芯也做了调整,BOLT 的电量由 60kWh 增加至 66,此时 Bolt 的快充策略直接改为了斜坡式。
也有一种是部分采取斜坡式,像蔚来 ES6,在最后的高 SOC 区间低功率充电的阶段,像是斜坡的方式。
这个快充策略的转变,对于电芯企业来说,LG 化学是最具有代表性的,它在早期配的车型,基本都是阶梯式的,最近配套的几款代表性新车,像 I-PACE,e-tron,Taycan 等,都是斜坡式的。
就目前的情况来看,斜坡式充电是未来的方向,国内的车型会陆续地跟进。但这里面的门槛也很高,尤其是集中在电芯上,电芯企业要有海量的数据来做支撑,建立起曲线所需要的对应关系,并且,这种曲线还应该随电池老化发生变化,以避免发生安全事故,就像特斯拉在去年所遇到的问题。