1. Die Schlüsseltechnologie zur Lösung des Problems – Superladung
1.1 Autoladung: Die Energiequelle
Der Markt für neue Energiefahrzeuge entwickelte sich stark. Derzeit hat sich die Wachstumsrate von Fahrzeugen mit neuer Energie erheblich beschleunigt.
Die Beschleunigung der Elektrifizierung: Sie hat zu einem enormen Bedarf an Lademöglichkeiten geführt. Der weltweite Elektrifizierungstrend ist offensichtlich und wird zwangsläufig zu einem enormen Ladebedarf führen.
On-Board-Laden: die Energiequelle für New-Energy-Fahrzeuge. Im Gegensatz zu Kraftstofffahrzeugen sind Elektrofahrzeuge zur Energieversorgung hauptsächlich auf die Bordbatterie angewiesen. Elektrofahrzeuge verbrauchen während der Fahrt kontinuierlich Strom. Wenn der Strom erschöpft ist, muss die Batterieenergie wieder aufgefüllt werden. Seine Form der Energieergänzung besteht darin, die Energie des Netzes oder anderer Energiespeicher in die Energie der Batterie umzuwandeln. Dieser Vorgang wird als Laden bezeichnet. Gleichzeitig ist OBC (On-Board-Charger) zu einer Schlüsselkomponente im Ladeprozess geworden, die hauptsächlich für das Laden der Batterie durch die Anbindung der Netzspannung über die Ladesäule oder die AC-Schnittstelle verantwortlich ist.
Ladeklassifizierung: AC-Langsamladung: Dies ist die traditionelle Batterielademethode, auch konventionelles Laden genannt. AC-Ladegeräte verfügen nicht über einen Stromwandler, sondern geben AC-Strom direkt aus und verbinden ihn mit dem Auto. Das integrierte Ladegerät wandelt zum Laden Wechselstrom in Gleichstrom um. Daher kann die AC-Langsamladelösung durch Anschluss an eine Haushaltsstromversorgung oder eine spezielle Ladestation über das tragbare Ladegerät, das mit dem Fahrzeug geliefert wird, aufgeladen werden.
Die Leistung des AC-Ladens hängt von der Leistung des Bordladegeräts ab. Derzeit sind die Bordladegeräte der Mainstream-Modelle in 2 kW, 3,3 kW, 6,6 kW und andere Modelle unterteilt. Der Strom beim Wechselstromladen beträgt im Allgemeinen etwa 16–32 A und der Strom kann Gleichstrom oder zweiphasiger Wechselstrom und dreiphasiger Wechselstrom sein. Derzeit dauert es 4 bis 8 Stunden, bis das AC-Langsamladen von Hybridfahrzeugen vollständig aufgeladen ist, und die Laderate des AC-Ladens liegt grundsätzlich unter 0,5 °C.
Der Vorteil des langsamen Wechselstromladens besteht darin, dass die Ladekosten niedrig sind und der Ladevorgang ohne Abhängigkeit von Ladesäulen oder gemeinsamen Ladenetzwerken durchgeführt werden kann. Allerdings liegen auch die Mängel des herkömmlichen Ladens auf der Hand. Das größte Problem ist die lange Ladezeit. Derzeit beträgt die Reichweite der meisten Straßenbahnen mehr als 400 km und die Ladezeit entsprechend einer herkömmlichen Aufladung beträgt etwa 8 Stunden. Für Autobesitzer, die lange Strecken fahren müssen, ist die Angst vor dem Laden auf der Straße weitaus größer als andere Faktoren. Zweitens ist der Lademodus des herkömmlichen Ladens das Laden mit geringem Strom und der Lademodus das lineare Laden, wodurch die Eigenschaften von Lithiumbatterien nicht optimal genutzt werden können.
Gleichstrom-Schnellladen: Das Problem, Elektrofahrzeuge mit langsamem Wechselstromladen zu laden, war schon immer ein großes Problem. Mit der steigenden Nachfrage nach Ladelösungen mit höherer Effizienz für Fahrzeuge mit neuer Energie sind Schnellladelösungen entstanden, wie es die Zeit erfordert. Beim Schnellladen handelt es sich um Schnellladen oder Bodenladen. Die DC-Ladesäule verfügt über ein integriertes Stromumwandlungsmodul, das den Wechselstrom aus dem Netz oder von Energiespeichergeräten in Gleichstrom umwandeln und direkt in die Batterie im Auto einspeisen kann, ohne dass zur Umwandlung das Bordladegerät verwendet werden muss. Die Leistung des DC-Ladens hängt vom Batteriemanagementsystem und der Ausgangsleistung der Ladesäule ab, wobei der kleinere Wert von beiden als Eingangsleistung angenommen wird.
Der Vertreter des Schnelllademodus ist die Tesla-Superladestation. Der Strom und die Spannung des Schnelllademodus betragen im Allgemeinen 150–400 A und 200–750 V und die Ladeleistung beträgt mehr als 50 kW. Bei dieser Methode handelt es sich meist um eine Gleichstromversorgungsmethode. Die Leistung des Ladegeräts am Boden ist groß und der Ausgangsstrom- und Spannungsbereich ist groß. Derzeit erreicht die Schnellladeleistung von Tesla auf dem Markt 120 kW, wodurch 80 % des Stroms in einer halben Stunde aufgeladen werden können, und die Laderate liegt nahe bei 2 °C. BAIC EV200 kann 37 kW erreichen und die Laderate beträgt etwa 1,3 °C.
Steuerungssystem: Der Umwandlungsprozess von BMS-Ladegeräten muss auch mit dem Managementsystem BMS (Battery Management System) der Leistungsbatterie des Elektrofahrzeugs zusammenarbeiten. Der größte Vorteil von BMS besteht darin, dass es während des Ladevorgangs das Ladeschema der Batterie entsprechend dem Echtzeitzustand der Batterie ändert. Sein nichtlinearer Lademodus ermöglicht ein schnelles Laden unter den beiden Voraussetzungen Sicherheit und Batterielebensdauer .
Die Funktionen von BMS umfassen hauptsächlich die folgenden Kategorien:
Überwachung des Energiezustands: Der grundlegendste Inhalt der Energiezustandsüberwachung ist die Überwachung des Ladezustands (SOC) der Leistungsbatterie. Der SOC bezieht sich auf den Prozentsatz der verbleibenden Batterieleistung und Batteriekapazität und ist für Autobesitzer der wichtigste Parameter zur Bewertung der Reichweite von Elektrofahrzeugen. Das BMS überwacht die Batterieparameterinformationen (Spannung, Strom, Temperatur usw.) in Echtzeit, indem es die Daten mehrerer hochpräziser Sensoren am Batteriepaket abruft, und seine Überwachungsgenauigkeit kann 1 mV erreichen. Eine genaue Informationsüberwachung und eine hervorragende Algorithmusverarbeitung gewährleisten die Genauigkeit der Bewertung der verbleibenden Batterieleistung. Während der täglichen Fahrt können Autobesitzer den SOC-Zielwert festlegen, um eine dynamische Optimierung des Energieverbrauchs des Fahrzeugs zu erreichen.
Überwachung der Batterietemperatur: Lithiumbatterien sind sehr temperaturempfindlich. Unabhängig davon, ob die Temperatur zu hoch oder zu niedrig ist, wirkt sich dies direkt auf die Leistung der Batteriezelle aus und führt im Extremfall zu irreversiblen Schäden an der Leistung der Batterie. BMS kann durch Sensoren überwacht werden, um eine sichere Umgebung für den Batteriebetrieb zu gewährleisten. Im Winter, wenn die Temperatur niedrig ist, ruft das BMS das Heizsystem dazu auf, die Batteriezellen aufzuheizen, um eine geeignete Ladetemperatur zu erreichen, um eine Verringerung der Batterieladeeffizienz zu vermeiden; Im Sommer hingegen, wenn die Temperatur hoch ist oder die Batterietemperatur zu hoch ist, leitet das BMS die Kühlung sofort weiter. Das System senkt die Batterietemperatur, um die Fahrsicherheit zu gewährleisten.
Batterieenergiemanagement: Fehler im Herstellungsprozess oder Inkonsistenzen bei der Echtzeittemperatur der Batterien führen zu schwankenden Spannungen. Daher kann es sein, dass während des Ladevorgangs einige Zellen im Akku vollständig geladen sind, während der andere Teil der Zellen möglicherweise nicht vollständig aufgeladen ist. Das BMS-System überwacht die Spannungsdifferenz der Batteriezellen in Echtzeit, passt die Spannungsdifferenz zwischen jeder einzelnen Batteriezelle an und reduziert sie, sorgt für eine ausgeglichene Ladung jeder Batteriezelle, verbessert die Ladeeffizienz und reduziert den Energieverbrauch.
1.2 4C dürfte sich zu einem Branchentrend entwickeln
Das Ladeproblem ist für Verbraucher zu einem Problem geworden. Bei der Nutzung von Elektrofahrzeugen kommt es seit jeher auf die Ladegeschwindigkeit an. Die derzeitige schnelle Verbreitung und Verbreitung von Elektrofahrzeugen auf der Welt hat den Einfluss der Ladegeschwindigkeit auf die Fahreffizienz von Autobesitzern und das Benutzererlebnis noch verstärkt. Psychologische Verankerung: Die Energieauffüllung herkömmlicher Kraftstofffahrzeuge erfolgt sehr schnell. Im Allgemeinen dauert das Auftanken von Kraftstofffahrzeugen von der Einfahrt in die Tankstelle bis zur Ausfahrt aus der Tankstelle nicht länger als 10 Minuten. An jeder Autobahnhaltestelle. Am Beispiel eines herkömmlichen Elektrofahrzeugs mit 400 km/h beträgt die Ladegeschwindigkeit von Elektrofahrzeugen im Allgemeinen mehr als 30 Minuten, und die geringe Anzahl an Ladesäulen verlängert die Wartezeit vor dem Aufladen. Die aktuelle Ladetechnologie hat keinen Vorteil gegenüber der Betankungsmethode von Kraftstofffahrzeugen. Die 10-minütige psychologische Verankerungszeit von Kraftstofffahrzeugen ist für Kunden immer der erste Maßstab, um die Ladegeschwindigkeit von Elektrofahrzeugen zu messen.
Der Supercharger-Standard wurde konzipiert. Definition von C: Normalerweise verwenden wir C, um die Lade- und Entladerate der Batterie auszudrücken. Bei der Entladung stellt die 4C-Entladung die Stromstärke dar, bei der die Batterie in 4 Stunden vollständig entladen ist. Beim Laden bedeutet 4C, dass es bei einer bestimmten Stromstärke 1 Stunde dauert, bis der Akku vollständig auf 400 % seiner Kapazität aufgeladen ist, d. h. bei einer bestimmten Stromstärke kann der Akku in 15 Minuten vollständig aufgeladen werden. Was ist 4C: 4C ist kein neuer Indikator, sondern eine Erweiterung herkömmlicher Lade- und Entladeindikatoren wie 1C und 2C. Der marginale Effekt des Boosts ist schwächer. Wenn die Laderate der Batterie 4 °C überschreitet, erhöht sich der technische Schwierigkeitsgrad und der aktuelle Druck auf die Batterie wird größer, aber der positive Effekt, der durch die technische Verbesserung entsteht, wird geringer. Daher glauben wir, dass 4C derzeit die optimale Lösung ist, die Leistungsverbesserung und Erschwinglichkeit der Batterietechnologie kombiniert.
Der iterative Prozess der Ladegeschwindigkeit von Leistungsbatterien: In den frühen Tagen, begrenzt durch den damaligen technologischen Stand, erlaubten weder die Ladetechnologie noch die Batterietechnologie, die Batterie mit einer höheren Geschwindigkeit zu laden. Die Rate beträgt nur 0,1 °C und die Erhöhung der Laderate hat große Auswirkungen auf die Akkulaufzeit. Mit dem kontinuierlichen Durchbruch der Lithiumbatterietechnologie und der kontinuierlichen Verbesserung des BMS wurde die Lade- und Entladerate der Batterie erheblich verbessert. Die Laderate des frühesten AC-Langsamladeschemas liegt unter 0,5 °C. Mit der beschleunigten Verbreitung von Elektrofahrzeugen auf der ganzen Welt in den letzten Jahren hat die Ladetechnologie von Leistungsbatterien große Durchbrüche erzielt, und die Elektrofahrzeuge von 1C haben sich schnell zu 2C weiterentwickelt. Im Jahr 2022 werden inländische Autos mit 3C-Batterien auf den Markt kommen. Am 23. Juni 2022 brachte CATL einen neuen Kirin-Akku auf den Markt und gab bekannt, dass die 4C-Ladung voraussichtlich im nächsten Jahr verfügbar sein wird.
Super-Charging wird die einzige Möglichkeit sein, die Ladetechnologie zu verbessern. Wie bei Fahrzeugen mit neuer Energie besteht auch bei Mobiltelefonen ein hoher Bedarf an Ladegeschwindigkeit, und auch die Ladetechnologie wird im Prozess der Mobiltelefonentwicklung ständig verbessert: Ab 1983 erreichte das Motorola DynaTAC8000X eine Ladezeit von 10 Stunden und eine Sprechzeit von 20 Minuten, und im Jahr 2014 , OPPO Find 7 förderte das Laden 2 Stunden lang 5 Minuten lang sprechen, jetzt können viele Modelle den 4500-mAh-Akku in 15 Minuten vollständig aufladen. Das Ladeprotokoll von Smartphones wurde ebenfalls von 5 V 1,5 A von USC BC 1.2 im Jahr 2010 auf USB PD 3.1 im Jahr 2021 aktualisiert, und die maximale Spannung kann 48 V unterstützen. Wir glauben, dass die Realisierung des Schnellladens das Produkterlebnis erheblich verbessern wird, egal ob es sich um ein Smartphone oder ein Fahrzeug mit neuer Energie handelt, und dass dies auch die einzige Möglichkeit ist, die Technologie zu verbessern. In Zukunft wird auch das 4C-Laden von Elektrofahrzeugen ein Branchentrend sein.
1.3 Einsatz von Super Charging in mehreren Unternehmen
Derzeit haben viele Unternehmen ihre eigenen Schnelllade-Layoutpläne veröffentlicht, und verwandte Modelle werden seit 2021 auf den Markt gebracht: Porsche brachte das erste Elektroauto mit 800-V-Schnellladeplattform auf den Markt; Die BYD e-Plattform 3.0 wurde veröffentlicht, entsprechend dem Konzeptmodell Ocean-X; Der Geely Jikrypton 001 ist mit einer 800-V-Schnellladeplattform ausgestattet. Gleichzeitig veröffentlichte Huawei seine AI-Flash-Charging-Full-Stack-Hochspannungsplattform, die bis 2025 eine 5-minütige Schnellladung erreichen soll.
1.3.1 Huawei: Die AI-Flash-Charging-Full-Stack-Hochspannungsplattform ermöglicht ein 5-minütiges Schnellladen
„Hochstrom“- und „Hochspannungs“-Pfade existieren nebeneinander, wobei letzterer kostengünstiger ist. Um eine höhere Ladeleistung zu erreichen, um den Zweck des Schnellladens zu erreichen, ist es notwendig, den Strom oder die Spannung zu erhöhen. Derzeit gibt es mehr Unternehmen auf dem Markt, die eher „Hochspannungs“- als „Hochstrom“-Technologiepfade verfolgen. Huawei sagte: Bei Verwendung des „Hochspannungs“-Technologiepfads sind die Kosten für das BMS und die Batteriemodule des Fahrzeugs dieselben wie beim „Hochstrom“-Pfad, aber da die Auswirkungen von Hochstrom nicht berücksichtigt werden müssen, sind die Kosten für Sein Hochspannungskabelbaum und sein Wärmemanagementsystem sind relativ niedrig. 800 V könnten zum Mainstream werden. Heutige Mainstream-Modelle verwenden immer noch eine Spannungsarchitektur von 200 V bis 400 V. Um eine höhere Leistung zu erreichen und den Schnellladeanforderungen gerecht zu werden, kann sich der Strom verdoppeln, was sich auf die Wärmeableitung und Leistung des Fahrzeugs auswirkt. Heutzutage sind Komponenten wie Leistungsgeräte wie SiC, Hochspannungsanschlüsse und Hochspannungsladepistolen ausgereift. Es ist eine bessere Wahl, eine höhere Spannung zu wählen und gleichzeitig sicherzustellen, dass der Strom in einem relativ sicheren Bereich liegt.
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