電気自動車充電時代の激戦区！

1. 課題を解決するキーテクノロジー「スーパーチャージ」

1.1 車の充電: エネルギー源

新エネルギー車市場は好調でした。現在、新エネルギー車の成長率は大幅に加速しています。

電動化の加速: 充電に対する膨大な需要が生まれています。世界的な電動化の傾向は明らかであり、これにより膨大な充電需要が生じることは間違いありません。

車載充電: 新エネルギー車のエネルギー源。燃料自動車とは異なり、電気自動車は主に車載のバッテリーにエネルギーを供給します。電気自動車は走行中継続的に電力を消費します。電気がなくなると、バッテリーのエネルギーを補充する必要があります。そのエネルギー補給形式は、グリッドまたは他のエネルギー貯蔵デバイスのエネルギーをバッテリーのエネルギーに変換することであり、このプロセスは充電と呼ばれます。同時に、OBC (オンボード充電器) は充電プロセスの重要なコンポーネントとなっており、主に充電パイルまたは AC インターフェースを介したグリッドの電圧の接続を通じてバッテリーを充電する役割を果たします。

充電分類: AC 低速充電: つまり、従来のバッテリー充電方法であり、従来の充電とも呼ばれます。 AC充電装置は電力変換器を持たず、AC電力を直接出力してクルマに接続します。オンボード充電器は、充電のために AC 電力を DC 電力に変換します。したがって、AC 低速充電ソリューションは、車両に付属のポータブル充電器を介して家庭用電源または専用の充電スタンドに接続することで充電できます。

AC 充電の電力は、オンボード充電器の電力に依存します。現在、主流モデルの車載充電器は2Kw、3.3Kw、6.6Kwなどのモデルに分かれています。 AC充電の電流は一般に16〜32A程度で、電流はDC、二相交流、三相交流の場合があります。現在、ハイブリッド車の AC 低速充電では完全に充電されるまでに 4 ～ 8 時間かかり、AC 充電の充電率は基本的に 0.5C 未満です。

AC低速充電の利点は、充電コストが低く、充電パイルや共有充電ネットワークに依存せずに充電を完了できることです。ただし、従来の充電の欠点も非常に明らかです。最大の問題は充電時間が長いことです。現在、ほとんどの路面電車の航続距離は400KMを超えており、従来の充電に相当する充電時間は約8時間です。長距離運転が必要な車の所有者にとって、路上での充電の不安は他の要素よりもはるかに大きいです。第二に、従来の充電の充電モードは低電流充電であり、充電モードはリニア充電であるため、リチウム電池の特性を十分に活かすことができません。

DC 急速充電: 電気自動車を低速 AC 充電で充電するという問題は、常に大きな問題点でした。新エネルギー車向けのより高効率な充電ソリューションに対する需要が高まる中、時代のニーズに応じて急速充電ソリューションが登場しました。急速充電は急速充電、または地上充電です。 DC充電パイルには電力変換モジュールが内蔵されており、グリッドまたはエネルギー貯蔵装置のAC電力をDC電力に変換し、変換のために車載充電器を経由せずに車内のバッテリーに直接入力できます。 DC 充電の電力は、バッテリー管理システムと充電パイルの出力電力に依存し、2 つの小さい値が入力電力として採用されます。

急速充電モードの代表格はテスラのスーパーチャージステーションです。急速充電モードの電流と電圧は通常150～400A、200～750Vで、充電電力は50kWを超えます。この方式は主に直流電源方式です。地上の充電器の電力は大きく、出力電流と電圧範囲は広いです。現在、市場にあるテスラの急速充電出力は120Kwに達し、30分で電力の80％を充電でき、充電率は2Cに近い。 BAIC EV200の出力は37Kwに達し、充電率は約1.3Cです。

制御システム: BMS 充電装置の変換プロセスは、電気自動車の動力バッテリーの管理システム BMS (バッテリー管理システム) と連携する必要もあります。 BMS の最大の利点は、充電プロセス中に、バッテリーのリアルタイムの状態に応じてバッテリーの充電スキームを変更し、その非線形充電モードにより、安全性とバッテリー寿命の 2 つの前提条件の下で高速充電が実現されることです。 。

BMS の機能には主に次のカテゴリが含まれます。

電源状態の監視: 最も基本的な電源状態の監視内容は、電源バッテリーの充電状態 (SOC) の監視です。 SOC は、バッテリー残量とバッテリー容量の割合を指し、自動車所有者が電気自動車の航続距離を評価するための主なパラメーターです。 BMS は、バッテリーパック上の複数の高精度センサーのデータを呼び出して、バッテリーパラメーター情報 (電圧、電流、温度など) をリアルタイムで監視し、その監視精度は 1mV に達します。正確な情報監視と優れたアルゴリズム処理により、バッテリー残量評価の精度が保証されます。車の所有者は、日常の運転中に SOC の目標値を設定して、車両のエネルギー消費を動的に最適化することができます。

バッテリー温度の監視: リチウムバッテリーは温度に非常に敏感です。温度が高すぎても低すぎても、バッテリーセルの性能に直接影響し、極端な場合には、バッテリーの性能に回復不能な損傷を引き起こす可能性があります。 BMS はセンサーによって監視され、バッテリー動作の安全な環境を確保できます。気温が低い冬には、BMS は暖房システムを呼び出してバッテリーセルを加熱し、バッテリーの充電効率の低下を避けるために適切な充電温度に達します。一方、夏に気温が高い場合、またはバッテリーの温度が高すぎる場合、BMS はすぐに冷却システムを通過し、バッテリーの温度を下げて運転の安全性を確保します。

バッテリーエネルギー管理: バッテリーの製造プロセスエラーやリアルタイム温度の不一致により、電圧が変動します。したがって、充電プロセス中に、バッテリー内の一部のセルが完全に充電されている一方で、他の部分のセルが完全に充電されていない可能性があります。 BMS システムは、バッテリーセルの電圧差をリアルタイムで監視し、各単一バッテリーセル間の電圧差を調整および削減し、各バッテリーセルの充電バランスを確保し、充電効率を向上させ、エネルギー消費を削減します。

1.2 4C は業界のトレンドになると予想される

充電の問題は消費者にとって悩みの種となっている。充電速度は電気自動車の使用全体を通じて常に使用されてきました。現在、世界中で電気自動車が急速に普及し拡大しているため、充電速度が自動車所有者の運転効率やユーザーエクスペリエンスに与える影響はさらに大きくなっています。心理的固定: 従来の燃料車両のエネルギー補給は非常に高速です。一般的なシナリオでは、燃料車両がガソリン スタンドに入場してからガソリン スタンドを出るまで、給油にかかる時間は 10 分もかかりません。高速道路はどこでも止まります。 400KMHの従来の電気自動車を例にとると、電気自動車の充電速度は通常30分以上かかり、充電パイルの数が少ないため、充電前の待ち時間が長くなります。現在の充電技術には、燃料自動車の給油方法に勝る利点はありません。燃料自動車の 10 分間の心理的アンカリング時間は常に、顧客が電気自動車の充電速度を測定する最初の基準です。

スーパーチャージャー標準が考案されました。 C の定義: 通常、バッテリーの充放電速度を表すために C を使用します。放電の場合、4C 放電はバッテリーが 4 時間で完全に放電される電流の強さを表します。充電の場合、4C は、所定の電流強度でバッテリーをその容量の 400% まで完全に充電するのに 1 時間かかることを意味します。つまり、所定の電流強度でバッテリーを 15 分で完全に充電できることを意味します。 4C とは: 4C は新しいインジケーターではなく、1C や 2C などの従来の充電および放電インジケーターの拡張です。ブーストの限界効果は弱くなります。バッテリーの充電率が4Cを超えると、技術的な困難が増し、バッテリーへの電流圧力が大きくなりますが、技術の向上によってもたらされるプラスの効果は小さくなります。したがって、現時点では 4C が性能向上とバッテリー技術の手頃な価格を組み合わせた最適なソリューションであると考えています。

パワーバッテリーの充電速度の反復プロセス: 初期の頃は、当時の技術レベルによって制限されており、充電技術もバッテリー技術もバッテリーをより高い速度で充電することはできませんでした。その速度はわずか0.1Cであり、充電速度の増加はバッテリー寿命に大きな影響を与えます。リチウム電池技術の継続的な進歩とBMSの継続的な改善により、電池の充放電速度は大幅に向上しました。初期の AC 低速充電方式の充電速度は 0.5C 未満です。近年、世界中で電気自動車の普及が加速する中、動力電池の充電技術も大きく進歩し、電気自動車は1Cから2Cへと急速に進化しています。 2022年には3C電池を搭載した国産車が市場に投入される。 2022年6月23日、CATLは新しいキリンバッテリーを発表し、4C充電が来年登場する予定であると述べた。

スーパー充電は、充電技術をアップグレードする唯一の方法になります。新エネルギー車と同様に、携帯電話にも充電速度に対する強い要求があり、携帯電話の開発過程で充電技術も常に向上しています。1983 年から Motorola DynaTAC8000X が 10 時間の充電と 20 分の通話を達成し、2014 年には, OPPO Find 7は充電を促進 5分間2時間通話すると、多くのモデルが4500mAhバッテリーを15分でフル充電できるようになりました。スマートフォンの充電プロトコルも2010年のUSC BC 1.2の5V 1.5Aから2021年にはUSB PD 3.1にアップグレードされ、最大電圧は48Vに対応できます。スマートフォンであれ、新エネルギー自動車であれ、急速充電の実現は製品体験を大幅に向上させるとともに、テクノロジーをアップグレードする唯一の方法でもあると私たちは信じています。将来的には、電気自動車の 4C 充電も業界のトレンドになるでしょう。

1.3 スーパーチャージングの複数企業展開

現在、多くの企業が独自の急速充電レイアウト計画を発表しており、2021 年以降、関連モデルがリリースされています。ポルシェは初の 800V 急速充電プラットフォーム電気自動車を発売しました。コンセプトモデルocean-Xに対応するBYD eプラットフォーム3.0がリリースされました。 Geely Jikrypton 001 には 800V の急速充電プラットフォームが装備されています。同時に、ファーウェイはAIフラッシュ充電フルスタック高電圧プラットフォームをリリースし、2025年までに5分間の高速充電を実現すると予想されている。

1.3.1 ファーウェイ：AI フラッシュ充電フルスタック高電圧プラットフォームで 5 分間の急速充電を実現

「高電流」パスと「高電圧」パスが共存し、後者の方がコスト効率が高くなります。急速充電の目的を達成するためにより高い充電電力を達成するには、電流または電圧を増加する必要があります。現在、市場には「高電流」よりも「高電圧」技術パスを採用する企業が増えています。ファーウェイは、「高電圧」技術パスを使用する場合、車両のBMSおよびバッテリーモジュールのコストは「高電流」パスと同じですが、高電流の影響を考慮する必要がないため、車両のコストは高くなります。高電圧ワイヤーハーネスと熱管理システムは比較的低いです。 800Vが主流になるかもしれません。現在の主流モデルは依然として 200V ～ 400V の電圧アーキテクチャを使用しています。急速充電要件を満たすためにより高い電力を達成するために、電流が 2 倍になる可能性があり、これは車両の熱放散と性能に影響を与えます。現在では、SiCなどのパワーデバイス、高電圧コネクタ、高電圧充電ガンなどのコンポーネントが成熟しています。電流が比較的安全な範囲にあることを確認しながら、より高い電圧を選択することをお勧めします。