1. A tecnologia chave para resolver o problema - supercarregamento
1.1 Carregamento do carro: a fonte de energia
O novo mercado de veículos energéticos teve um forte desempenho. Actualmente, a taxa de crescimento dos novos veículos energéticos acelerou significativamente.
A aceleração da eletrificação: criou uma enorme procura de carregamento. A tendência global de electrificação é óbvia, o que irá gerar uma enorme procura de carregamento.
Carregamento a bordo: a fonte de energia para novos veículos energéticos. Diferente dos veículos a combustível, os veículos elétricos dependem principalmente da bateria de bordo para fornecer energia. Os veículos elétricos consomem eletricidade continuamente durante a condução. Quando a eletricidade se esgota, a energia da bateria precisa ser reabastecida. Sua forma de suplemento energético consiste em converter a energia da rede ou de outros dispositivos de armazenamento de energia em energia da bateria, e esse processo é chamado de carregamento. Ao mesmo tempo, o OBC (carregador de bordo) tornou-se um componente chave no processo de carregamento, sendo o principal responsável pelo carregamento da bateria através da conexão da tensão da rede através da pilha de carregamento ou interface AC.
Classificação de carregamento: Carregamento lento AC: ou seja, o método tradicional de carregamento da bateria, também conhecido como carregamento convencional. O equipamento de carregamento CA não possui um conversor de energia e emite energia CA diretamente e a conecta ao carro. O carregador integrado converte energia CA em energia CC para carregamento. Portanto, a solução de carregamento lento AC pode ser carregada conectando-se a uma fonte de alimentação doméstica ou a uma pilha de carregamento dedicada por meio do carregador portátil que acompanha o veículo.
A potência do carregamento CA depende da potência do carregador integrado. Atualmente, os carregadores de bordo dos modelos convencionais estão divididos em 2Kw, 3,3Kw, 6,6Kw e outros modelos. A corrente de carregamento CA é geralmente em torno de 16-32A, e a corrente pode ser CC ou CA bifásica e CA trifásica. Atualmente, leva de 4 a 8 horas para que o carregamento lento CA de veículos híbridos seja totalmente carregado, e a taxa de carregamento CA está basicamente abaixo de 0,5C.
A vantagem do carregamento lento AC é que seu custo de carregamento é baixo e o carregamento pode ser concluído sem depender de pilhas de carregamento ou redes de carregamento compartilhadas. No entanto, as deficiências do carregamento convencional também são muito óbvias. O maior problema é que o tempo de carregamento é longo. Actualmente, a autonomia de cruzeiro da maioria dos eléctricos ultrapassa os 400 km e o tempo de carregamento correspondente ao carregamento convencional é de cerca de 8 horas. Para proprietários de automóveis que precisam dirigir em longas distâncias, a ansiedade na estrada é muito maior do que outros fatores. Em segundo lugar, o modo de carregamento convencional é o carregamento de baixa corrente e o modo de carregamento é o carregamento linear, que não pode aproveitar bem as características das baterias de lítio.
Carregamento rápido DC: O problema de carregar veículos elétricos com carregamento AC lento sempre foi um grande problema. Com a crescente procura por soluções de carregamento mais eficientes para veículos de novas energias, surgiram soluções de carregamento rápido à medida que os tempos exigem. O carregamento rápido é um carregamento rápido ou carregamento terrestre. A pilha de carregamento DC possui um módulo de conversão de energia integrado, que pode converter a energia AC da rede ou equipamento de armazenamento de energia em energia DC e inseri-la diretamente na bateria do carro sem passar pelo carregador integrado para conversão. A potência do carregamento DC depende do sistema de gerenciamento da bateria e da potência de saída da pilha de carregamento, e o valor menor dos dois é considerado a potência de entrada.
O representante do modo de carregamento rápido é a super estação de carregamento Tesla. A corrente e a tensão do modo de carregamento rápido são geralmente 150-400A e 200-750V, e a potência de carregamento é superior a 50kW. Este método é principalmente um método de fonte de alimentação DC. A potência do carregador no solo é grande e a corrente de saída e a faixa de tensão são amplas. Atualmente, a potência de carregamento rápido do Tesla no mercado chega a 120Kw, podendo carregar 80% da eletricidade em meia hora, e a taxa de carregamento está próxima de 2C. O BAIC EV200 pode atingir 37Kw e a taxa de carregamento é de cerca de 1,3C.
Sistema de controle: O processo de conversão do equipamento de carregamento BMS também precisa cooperar com o sistema de gerenciamento BMS (Battery Management System) da bateria do veículo elétrico. A maior vantagem do BMS é que durante o processo de carregamento, ele alterará o esquema de carregamento da bateria de acordo com o estado da bateria em tempo real. Seu modo de carregamento não linear realiza carregamento rápido sob os dois pré-requisitos de segurança e vida útil da bateria .
As funções do BMS incluem principalmente as seguintes categorias:
Monitoramento do estado de energia: O conteúdo mais básico do monitoramento do estado de energia é o monitoramento do estado de carga (SOC) da bateria. SOC refere-se à porcentagem de energia restante e capacidade da bateria e é o principal parâmetro para os proprietários de automóveis avaliarem a autonomia de cruzeiro dos veículos elétricos. O BMS monitora as informações dos parâmetros da bateria (tensão, corrente, temperatura, etc.) em tempo real, chamando os dados de vários sensores de alta precisão na bateria, e sua precisão de monitoramento pode chegar a 1mV. O monitoramento preciso de informações somado ao excelente processamento de algoritmos garantem a precisão da avaliação da energia restante da bateria. Durante a condução diária, os proprietários de automóveis podem definir o valor alvo do SOC para alcançar a otimização dinâmica do consumo de energia do veículo.
Monitoramento da temperatura da bateria: As baterias de lítio são altamente sensíveis à temperatura. Quer a temperatura seja muito alta ou muito baixa, afetará diretamente o desempenho da célula da bateria e, em casos extremos, causará danos irreversíveis ao desempenho da bateria. O BMS pode ser monitorado por sensores para garantir um ambiente seguro para operação da bateria. No inverno, quando a temperatura está baixa, o BMS acionará o sistema de aquecimento para aquecer as células da bateria para atingir uma temperatura de carregamento adequada para evitar a redução da eficiência de carregamento da bateria; enquanto no verão, quando a temperatura está alta ou a temperatura da bateria está muito alta, o BMS passará imediatamente pelo resfriamento. O sistema reduz a temperatura da bateria para garantir a segurança ao dirigir.
Gerenciamento de energia da bateria: Erros no processo de fabricação ou inconsistências na temperatura em tempo real das baterias farão com que suas tensões variem. Portanto, durante o processo de carregamento, algumas células da bateria podem ter sido totalmente carregadas, enquanto a outra parte das células pode não estar totalmente carregada. O sistema BMS monitora a diferença de tensão das células da bateria em tempo real, ajusta e reduz a diferença de tensão entre cada célula da bateria, garante o equilíbrio do carregamento de cada célula da bateria, melhora a eficiência do carregamento e reduz o consumo de energia.
1.2 Espera-se que 4C se torne uma tendência da indústria
O problema da cobrança tornou-se um problema para os consumidores. A velocidade de carregamento sempre foi utilizada em toda a utilização de veículos elétricos. A atual rápida penetração e expansão dos veículos elétricos no mundo ampliou ainda mais o impacto da velocidade de carregamento na eficiência de condução dos proprietários de automóveis e na experiência do utilizador. Ancoragem psicológica: A reposição energética dos veículos a combustível tradicionais é muito rápida. Em cenários gerais, não leva mais de 10 minutos para os veículos abastecerem, desde a entrada no posto de gasolina até a saída do posto de gasolina. Cada parada na rodovia. Tomando como exemplo um veículo elétrico tradicional de 400 kmh, a velocidade de carregamento dos veículos elétricos é geralmente superior a 30 minutos, e o pequeno número de pilhas de carregamento prolonga o tempo de espera de pré-carregamento. A tecnologia de carregamento atual não tem vantagem sobre o método de reabastecimento de veículos a combustível. O tempo de ancoragem psicológica de 10 minutos para veículos a combustível é sempre o primeiro padrão para os clientes medirem a velocidade de carregamento dos veículos elétricos.
O padrão Supercharging foi concebido. Definição de C: Normalmente, usamos C para expressar a taxa de carga e descarga da bateria. Para descarga, a descarga 4C representa a intensidade da corrente na qual a bateria está totalmente descarregada em 4 horas. Para carregamento, 4C significa que em uma determinada intensidade de corrente leva 1 hora para carregar totalmente a bateria até 400% de sua capacidade, ou seja, em uma determinada intensidade de corrente a bateria pode ser totalmente carregada em 15 minutos. O que é 4C: 4C não é um indicador novo, mas uma extensão dos indicadores tradicionais de carga e descarga, como 1C e 2C. O efeito marginal do impulso é mais fraco. Quando a taxa de carregamento da bateria ultrapassa 4C, a dificuldade técnica aumenta e a pressão da corrente na bateria é maior, mas o efeito positivo provocado pela melhoria técnica torna-se menor. Portanto, acreditamos que 4C é atualmente a solução ideal que combina melhoria de desempenho e acessibilidade da tecnologia de bateria.
O processo iterativo de taxa de carregamento da bateria: Nos primeiros dias, limitado pelo nível tecnológico da época, nem a tecnologia de carregamento nem a tecnologia da bateria permitiam que a bateria fosse carregada a uma taxa mais elevada. A taxa é de apenas 0,1C e o aumento da taxa de carregamento terá um grande impacto na vida útil da bateria. Com o avanço contínuo da tecnologia da bateria de lítio e a melhoria contínua do BMS, a taxa de carga e descarga da bateria foi significativamente melhorada. A taxa de carregamento do primeiro esquema de carregamento lento AC está abaixo de 0,5C. Com a penetração acelerada de veículos elétricos em todo o mundo nos últimos anos, a tecnologia de carregamento de baterias elétricas fez grandes avanços e os veículos elétricos de 1C evoluíram rapidamente para 2C. Em 2022, entrarão no mercado carros nacionais equipados com baterias 3C. Em 23 de junho de 2022, a CATL lançou uma nova bateria Kirin e disse que o carregamento 4C deverá chegar no próximo ano.
O super carregamento se tornará a única maneira de atualizar a tecnologia de carregamento. Como os novos veículos energéticos, os telefones celulares também têm uma forte demanda por velocidade de carregamento, e a tecnologia de carregamento também está melhorando constantemente no processo de desenvolvimento de telefones celulares: a partir de 1983, o Motorola DynaTAC8000X conseguiu carregar por 10 horas e falar por 20 minutos, e em 2014 , OPPO Find 7 promoveu carregamento Falando por 5 minutos durante 2 horas, agora muitos modelos podem carregar totalmente a bateria de 4500mAh em 15 minutos. O protocolo de carregamento dos smartphones também foi atualizado de 5V 1,5A do USC BC 1.2 em 2010 para USB PD 3.1 em 2021, e a tensão máxima pode suportar 48V. Acreditamos que seja um smartphone ou um veículo de nova energia, a realização do carregamento rápido melhorará muito a experiência do produto e é também a única forma de atualizar a tecnologia. No futuro, o carregamento 4C para veículos eléctricos também se tornará uma tendência da indústria.
1.3 Implantação multiempresarial de supercarregamento
Atualmente, muitas empresas lançaram seus próprios planos de layout de carregamento rápido e modelos relacionados foram lançados desde 2021: a Porsche lançou o primeiro carro elétrico com plataforma de carregamento rápido de 800V; Foi lançada a plataforma BYD e 3.0, correspondente ao modelo conceitual ocean-X; Geely Jikrypton 001 está equipado com uma plataforma de carregamento rápido de 800V. Ao mesmo tempo, a Huawei lançou sua plataforma de alta tensão full-stack de carregamento com flash AI, que deverá atingir um carregamento rápido de 5 minutos até 2025.
1.3.1 Huawei: plataforma de alta tensão de pilha completa de carregamento de flash AI realizará carregamento rápido de 5 minutos
Os caminhos de “alta corrente” e “alta tensão” coexistem, e o último é mais econômico. Para atingir maior potência de carregamento e atingir o objetivo de carregamento rápido, é necessário aumentar a corrente ou tensão. Atualmente, existem mais empresas no mercado que adotam mais caminhos tecnológicos de “alta tensão” do que de “alta corrente”. Huawei disse: Ao usar o caminho da tecnologia de "alta tensão", o custo do BMS e dos módulos de bateria do veículo é o mesmo que o caminho de "alta corrente", mas porque não precisa considerar o impacto da alta corrente, o custo de seu chicote elétrico de alta tensão e sistema de gerenciamento térmico são relativamente baixos. 800V pode se tornar o mainstream. Os modelos convencionais de hoje ainda usam uma arquitetura de tensão de 200V ~ 400V. A fim de obter maior potência para atender aos requisitos de carregamento rápido, a corrente pode dobrar, o que afetará a dissipação de calor e o desempenho do veículo. Hoje em dia, os componentes, incluindo dispositivos de energia como SiC, conectores de alta tensão e pistolas de carregamento de alta tensão, amadureceram. É uma escolha melhor escolher uma tensão mais alta e, ao mesmo tempo, garantir que a corrente esteja em uma faixa relativamente segura.
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