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補能焦慮何解?多家電池企業(yè)超級快充技術(shù)“亮劍”
日期:2022-02-24   [復(fù)制鏈接]
責(zé)任編輯:sy_shenlu 打印收藏評論(0)[訂閱到郵箱]
近年來,我國純電動汽車產(chǎn)銷量同步增長,2021年分別完成294.2萬輛和291.6萬輛,同比分別增長約1.7倍和1.6倍。據(jù)統(tǒng)計,截至2021年年底,全國新能源汽車保有量約784萬輛。其中,純電動汽車保有量640萬輛左右,約占新能源汽車總保有量的81.6%。

機構(gòu)預(yù)計,2022年國內(nèi)新能源汽車保有量有望超1400萬輛,按現(xiàn)有占比計算的話,純電動汽車保有量或?qū)⑼黄?100萬輛。然而,隨著國內(nèi)純電動汽車滲透率的逐年提高,保有量的大幅提升,使得補能焦慮,尤其是長途中的補能焦慮已成為車主們關(guān)注的核心問題。

政策端,國家已在積極推動緩解純電動汽車的補能問題。

2020年,充電設(shè)施作為七大“新基建”之一首次被寫入政府工作報告。而在2021年的政府工作報告中,明確提出要增加充電樁、換電站等設(shè)施。后續(xù)還提出了實現(xiàn)純電動汽車與電網(wǎng)的協(xié)同互動;對公共充電樁建設(shè)給予財政支持等諸多新政。

市場端,龐大的補能需求催生出巨大市場空間的同時,也推動了不同補能模式的進步。

換電模式在《蟄伏已久的換電,今年或許真的不一樣》一文中已探討過,本文僅圍繞另一個補能方式——超級快充,進行分析。

受政策和市場導(dǎo)向影響,包括動力電池企業(yè)、汽車企業(yè)等在內(nèi)的各方參與者競相布局超充領(lǐng)域,但技術(shù)路徑卻不盡相同。

眾所周知,P(功率)=U(電壓)×I(電流),那么,提高電動車單位時間內(nèi)的充電功率,就需要提高作用于動力電池的輸入電壓和電流。

因此,發(fā)展超充技術(shù)目前有兩個方向:一是大電流直流超充,二是高電壓直流超充,通過加大電流或提升電壓,從而提高充電功率。

其中,大電流直流超充方案,目前屬于少數(shù)派陣營。以特斯拉為典型代表,其V3超充樁最大輸出電流接近520A。

雖然V3的峰值充電功率可達250kW,但從車主們實際使用情況來看,基本上在電量5%-20%時才能達到峰值充電功率。當(dāng)電量超過20%后,充電功率則會逐漸下降。在電量30%-90%時,充電優(yōu)勢并不明顯。也就是說它是一個先快后慢的充電過程。

在安全隱患方面,以線束為例,加大了輸入電流,通常需要更粗的線束,以防線束過熱導(dǎo)致熔斷事故。雖然目前,在充電樁端,V3超充樁采用循環(huán)水冷等技術(shù)用于線束降溫,使V3較上一代V2超充樁線束更細(xì),緩解充電時線束溫度過高問題,但如果再進一步大幅加大輸入電流,仍然面臨線束需要加粗,導(dǎo)致成本提高和使用不便等問題。而在汽車端,線束加粗難度則更大。由于線束橫截面積增大,使其剛度增強、難以彎曲,不僅在車內(nèi)難以布局,而且可能在遭遇碰撞后刺入駕駛艙,造成危險。

再者,業(yè)內(nèi)認(rèn)為,520A已逼近充電電流上限,進一步提升的空間較為有限。

因此,使用高電壓平臺和與之配套的超級充電樁,是目前多數(shù)派陣營看好的主要方向。高電壓平臺是指整車三電系統(tǒng)工作電壓,從當(dāng)前主流的200-400V平臺,提升至800-1000V高壓平臺,通過提高電壓,從而提高充電功率。

相較大電流超充方案,高電壓超充不易造成上述產(chǎn)熱和線束隱患。相較400V平臺,800-1000V高壓平臺,可以提升動力電池能量使用效率。

車型方面,自保時捷Taycan成為首款量產(chǎn)的800V平臺電動車后,國內(nèi)外眾多車企在去年紛紛宣布入場,包括比亞迪、吉利極氪、北汽極狐、廣汽埃安、東風(fēng)嵐圖等國內(nèi)車企,以及現(xiàn)代、通用、大眾、奔馳等國外車企,均已跟進800V高壓平臺配套車型,部分有望在2022年起實現(xiàn)量產(chǎn)。

要適應(yīng)800-1000V高電壓平臺,對于所有的用電部件,都是系統(tǒng)性的提升。涉及到汽車用電部件的升級迭代,首當(dāng)其沖的就是動力電池。

據(jù)了解,保時捷Taycan可把最大充電功率提升到350kW,在22.5分鐘內(nèi)實現(xiàn)容量為93.4kWh的動力電池從5%到80%的補能,提供300km 續(xù)航。800V高壓平臺搭配350kW超級充電樁所能實現(xiàn)的充電速度,相比目前常見的120kW充電樁將大幅提升。

目前,制約高電壓平臺動力電池的主要因素在于,高電壓超充容易導(dǎo)致動力電池正極材料、電解液界面的穩(wěn)定性降低,引起副反應(yīng)的增加,進而影響鋰離子電池的工作性能和循環(huán)周期。

但是,縱有重重難關(guān),作為全球動力電池行業(yè)發(fā)展的主要策源地之一,中國多家頭部動力電池企業(yè)包括寧德時代、孚能科技、蜂巢能源、欣旺達等,都在就這一技術(shù)積極研發(fā)創(chuàng)新。

具體來看,電池的充電速度主要取決于鋰離子的脫嵌和遷移速率,當(dāng)采用800V高電壓平臺后,充電倍率最大可達6C(目前普遍為2C以下)。在高充電倍率下,鋰離子脫嵌和遷移的速率加快,部分鋰離子來不及進入正負(fù)極,易形成副產(chǎn)物,導(dǎo)致活性物質(zhì)損失,加速電池壽命衰減。且析鋰現(xiàn)象容易加劇,所產(chǎn)生的鋰枝晶一旦刺穿隔膜,將導(dǎo)致電池內(nèi)部短路,造成起火等安全風(fēng)險。

有鑒于此,動力電池企業(yè)從多個方面開拓攻關(guān)。

正極材料方面,蜂巢能源的前驅(qū)體定向生長精準(zhǔn)控制技術(shù),通過控制前驅(qū)體合成參數(shù),一次粒徑放射狀生長,打造離子遷移“高速公路”,提高離子傳導(dǎo)速度。

還有,廣汽埃安石墨烯電池,將石墨烯與鎳鈷錳酸鋰三元正極材料混合制成,由石墨烯形成一個近似球面的三維結(jié)構(gòu),與三元正極分子結(jié)合,增大相互之間傳遞電荷的面積,從而提升電荷傳遞效率,將充電速度提升。

負(fù)極材料方面,是充電倍率突破的重點方向。寧德時代在負(fù)極石墨的表面,利用“快離子環(huán)”技術(shù)讓石墨結(jié)構(gòu)兼具超級快充和高能量密度的特性,使石墨層增加鋰離子嵌入速度后可達4C-5C的超充能力,相當(dāng)于15分鐘完成主要的充電過程;蜂巢能源推出的負(fù)極表面改性技術(shù),采用液相包覆技術(shù)在石墨表面包覆無定形碳,降低阻抗,提升了鋰離子通道工作效率。

電解液方面,以提高導(dǎo)電率且不與正負(fù)極反應(yīng)為主攻方案,同時能夠抗高溫、阻燃、防過充。寧德時代通過調(diào)控極片多孔結(jié)構(gòu)的梯度分布,實現(xiàn)上層高孔隙率結(jié)構(gòu),下層高壓實密度結(jié)構(gòu)等。蜂巢能源則采用含硫添加劑/鋰鹽添加劑等低阻抗添加劑體系電解液,降低正負(fù)極界面成膜阻抗,從而提高電解液導(dǎo)電率。

此外,還可以通過改善制漿、涂布等生產(chǎn)工藝,提高電池倍率性能。

從技術(shù)成果來看,較早布局的寧德時代,2019年宣布其超充技術(shù)僅需15分鐘可將SOC從8%增加到80%。結(jié)合超充型電芯產(chǎn)品,可實現(xiàn)電動車充電5分鐘,續(xù)航150km。

孚能科技于2021年已率先發(fā)布800VTC超充超壓技術(shù),也是國內(nèi)首個宣布可量產(chǎn)的800V高壓平臺,預(yù)計2022年10月將正式進入量產(chǎn)階段。該平臺技術(shù)可達2.7C,整包充電等效2.2C。SOC 10%到80%充電僅需15分鐘,高于當(dāng)下的充電速度。據(jù)介紹,其下一代產(chǎn)品技術(shù)可將這一過程縮短至7分鐘。

蜂巢能源為其短刀電池全品類已可以提供包括蜂速4C快充技術(shù),面向800V電池系統(tǒng),可以提供適應(yīng)800V高壓平臺的高效熱管理技術(shù)、冷蜂熱阻隔技術(shù)。

車型方面,搭載寧德時代電池的長安阿維塔首款車型,支持200kW超充。小鵬G9 SUV以800V高壓碳化硅+480kW超充技術(shù)作為一大優(yōu)勢,亮相去年年底車展,成為國內(nèi)首款基于800V高壓碳化硅平臺的量產(chǎn)車。據(jù)介紹,可實現(xiàn)“充電5分鐘,續(xù)航200km”。有媒體報道,小鵬G9 SUV動力電池A供為欣旺達4C超充技術(shù)電池。

另外,為充分發(fā)揮800V高壓平臺超充技術(shù)優(yōu)勢,廣汽埃安、小鵬汽車等企業(yè)已開始加速鋪設(shè)最大功率480kw高壓超充樁。

現(xiàn)階段,國內(nèi)補能仍將是“超充”+“換電”2種模式并行推進的格局。不管哪種,逼近燃油車加油速度是繞不開的目標(biāo),對于頭部動力電池企業(yè)而言,在技術(shù)研發(fā)積累曲線下,能夠真正滿足市場快速充電需求的產(chǎn)品,要想實現(xiàn)量產(chǎn)還有很長一段路要走。

原標(biāo)題:補能焦慮何解?多家電池企業(yè)超級快充技術(shù)“亮劍” 
 
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來源:電池中國
 
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