yulzhu

电子技术应用专栏作家——芝能汽车。紧跟技术创新,助力行业发展。

巨湾凤凰电池的性能优势及技术方案分析

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  芝能汽车出品

  #1

  中国新能源汽车

  发展的新阶段和瓶颈

  新能源汽车发展的新阶段与问题

  在中国的政策推动与市场需求双重作用下,新能源汽车保持了强劲的增长势头。截至2022年底,中国新能源汽车的保有量已达约1310万辆,全年渗透率达到26%;到2023年,渗透率还在在进一步提升。

  然而相比之下,公共充电桩的数量却只有521万个,公共充电桩与电动汽车的比例为1:2.5,远不及燃油车与加油站的比例1:127。中国新能源汽车发展遇到了新阶段,补能焦虑逐渐取代里程焦虑成为主要问题。尤其是在节假日期间,新能源汽车的长途高速出行面临着“充电难、充电慢”的问题。在这样的局面下,作为过渡的带发动机的插电混动/增程混动反而成为一个高增速的赛道。

  那纯电动汽车的下一步是什么,中国新能源汽车发展新阶段核心瓶颈在哪里?业界普遍认为是快充技术。

  极速充电技术的重要性

  最近的国务院常务会议上强调,充电基础设施的建设为新能源汽车发展的关键环节,但是,要让这些设施在未来几年内仍具有竞争力,快充技术的发展是不可或缺的一环。

  从战略层面看,中国对快速充电技术的需求在不断增加,无论是在技术发展方面还是在基础设施建设方向上,核心都是围绕消费者使用体验的不断提升,最终促进新能源市场的进一步发展。

  在全球范围内,极速充电技术(XFC)被认为是提高补能效率的关键,并将成为行业竞争的新焦点。美国将实现电动汽车80%电量充电时间在10分钟以内的极速充电技术(XFC)视为广泛采用电动汽车所需克服的关键挑战,并大力推动XFC技术的发展。在中国,从国际品牌到本土车企,再到造车新势力,都在积极布局极速充电技术。可以说,极速充电已经成为中国市场上的新蓝海,其中800V高压快充技术最为被业界瞩目。

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  #2

  电动汽车极速充电

  面对的技术挑战

  对于电动汽车行业而言,想要推广800V高压平台,需要面临多个挑战。从汽车行业整车企业的实践来看,想要顺利推广800V高压平台,是面临很大的困难。中国第一批800V快充的车辆,比如小鹏G9,不管是3C还是4C都推出来了,处于叫好不叫座的状态。

  从技术角度来看,对于整车技术开发,800V高压快充技术需要解决很多问题:

  ● 整车设计的匹配问题

  首先,800V高压平台需要所有用电部件进行配套改造。电驱动、车载充电机、DC-DC转换器、车载空调等所有组件都需要匹配800V的电压。其中最关键的是提高耐压和绝缘能力,确保在高电压状态下的安全稳定运行。

  ●  高压耐受问题

  从设计角度来看,不论是逆变器还是其他高压部件,都需要承受高耐压,这就需要选用合适的耐压器件,例如硅碳化物(SiC)器件。

  ●  动力电池的散热问题

  在电动汽车中,电池是关键部件之一。当电池电压提高至800V时,同等容量下,电芯容量将减半。不同快充能力的电池,无论是2C、3C和4C,关键是设计不同规格的快充电芯能力。同时,还需要设计与之匹配的热管理系统,以确保在快充过程中,电池的热量能够得到有效散发。

  ●  充电网络的建设问题

  此外,800V高压快充技术的推广还受限于充电网络的建设。当前大部分充电桩的电压上限是750V,这意味着800V高压车型会超过充电桩的上限,无法使用。800V充电桩的建设需要投入大量的时间和资源,目前充电基础设施的更新迭代需要一定的时间周期。

  面对以上挑战,6月6日,巨湾技研举行了“2023巨湾凤凰电池技术发布会”,发布了全新的自主研发产品——巨湾凤凰电池。这种新型电池技术有望解决800V高压平台在极速充电应用上的制约问题。那么,它的创新之处在哪里呢?我们来具体分析一下。

  #3

  巨湾凤凰电池

  XFC极速快充

  巨湾凤凰电池以其独特的能力支持高低压自由切换,为全电压极速充电提供了可能。通过电池电气架构等方面的技术创新,该电池在不改变整车原有架构的情况下,仍能实现高效的充电体验。

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  凤凰电池的技术亮点

  巨湾技研发布自研的快充电芯技术,采用了先进的材料和设计,具有较低的内阻和较高的充电效率。通过优化电芯的结构和材料,巨湾技研实现了最高8C极速充电,使用户可以在更短的时间内完成充电:0-80%的充电仅需6分钟。

  巨湾的凤凰电池推动了动力电池技术的进步,三大技术创新使新能源电动汽车的运行和XFC极速快充不再受到环境气候和电压平台的限制:

  ● 高效能热管理技术

  热管理可以说是快充电池的命脉,电池采用轻量化超高导热率低维材料,并通过构建三维立体热管理系统,最大限度地利用电芯的换热面积。相比我们常见的传统电池设计方案,这种新的设计换热面积提升了18倍,温度控制速率、效率和品质都得到多倍提升。这使得电池能够在全气候环境下实现极速冷却和加热,在冬季也能在短时间内从-20℃升至+25℃,这样可以完全解决冬季快充一下子从优秀到拉垮的尴尬局面。

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  ● 多合一弹仓式结构技术

  安全方面,也是需要花大量的心思去设计的,凤凰电池采用独特的多合一弹仓式结构,将电芯置于紧凑的弹仓内。这样的设计不仅极大地改善了电池的热管理性能,还显著增强了电池的抗冲击和抗穿透能力。结构设计的创新可以使得系统体积利用率高达75%,全面提升了电池成组率和安全防护能力。

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  ● 总线电压升降开关矩阵技术

  通过配备高集成化固态开关矩阵和智能化控制系统,可以实现电池电压的自由升降。这样的设计,使电池可以适应各种电压平台的车型,并实现XFC极速快充。在常见的400伏电气架构下,只要通过固态开关的切换,巨湾凤凰电池可以自动实现整车800伏的XFC极速充电和400伏的日常运营,无需改变整车原有架构。这一创新技术,通过破除了整车电压平台对极速充电技术应用的限制,大大提升了电池的适用性。

  电池性能优势

  得益于上述三大创新技术,巨湾凤凰电池在各种环境气候条件下均能稳定运行,并实现XFC极速快充,在安全性、系统能量密度、循环寿命和经济性等方面具备综合性优势,确实突破了动力电池的性能瓶颈,通过自己的努力将动力电池及系统技术水平推向新的高度:

  ● 全天候运行和XFC极速快充

  凤凰电池在三维立体热管理和电管理技术的支持下,实现了全气候条件下的极速快充,仅需6分钟(8C)即可完成0-80%的充电,并能在低温条件下保持续航里程不受影响。

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  ● 主/被动安全兼备

  通过极致热管理和高精度监测控制技术,凤凰电池降低了热失控的概率并提供预警功能,有效预防过充、过流等安全隐患。同时,采用超高导热率低维材料和弹仓式安全防护设计,即使发生电芯热失控,也能被有效遏制在弹仓内,实现极速冷却并防止火势扩散。

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  ● 极速快充循环下的超长寿命

  凤凰电池具备超长寿命的特点,通过极致控温的热管理系统,保持电池工作在最佳温度范围内,循环寿命可达10年或80万公里。

  ● 高能量密度支持长续航

  凤凰电池采用高集成化设计,系统能量密度达到260 Wh/kg,一次充电可支持长达1000公里的续航里程。

  ● 低成本模块维护带来更优经济性

  凤凰电池基于先进的模块化设计理念,具有更优的系统结构设计,便于维护和电芯的梯次利用,同时实现了电池的轻量化和成本的降低,带来更优的经济性。

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  在今年整车和动力电池价格战的背景下,中国大部份动力电池企业强调通过极致的成本改善去竞争市场份额。巨湾这家公司,围绕对动力电池性能的突破,在差异化的产品路线上走出了自己的特色。

  据悉巨湾凤凰电池将于明年在巨湾技研(南沙)储能器件与系统生产基地实现量产,并有望于明年底装车配套。

  #4

  总结

  巨湾技研通过持续的努力,从一个整车企业的研发部门,成长为拥有自己特色的技术创新者。巨湾凤凰电池的推出,无疑将动力电池技术提升到新的阶段,为中国电动汽车的发展带来新的可能。我们期待看到凤凰电池的量产,以及它在实际应用中的表现。