关于电动车充电速度的斗争何时可以解脱？

【编者按】充电慢是困扰电动汽车发展的最大难题之一，到底是什么阻碍了充电技术的发展？

本文转载自车辙；由亿欧汽车整理，供业内人士参考。

每一位考虑选购电动汽车的车主，都会把充电速度放在很重要的位置。看着燃油车五分钟就加满油潇洒离去的背影，电动汽车还在原地傻傻慢充，滋味一定不好受。

这不由得让我们思考，充电慢是困扰电动汽车发展的最大难题之一，到底是什么阻碍了充电技术的发展？我们又何时能解决充电难的问题？

决定电动汽车充电速度的三个关键因素

电池充放电过程，实质是电池内部发生一系列的电化学反应，带电离子在正负极之间定向运动，实现电荷转移。为了方便理解，我们可以把带电离子想象成为一个个人，充电过程类比成用缆车将人拉到雪山顶。

滑行下山很爽，爬行上山可不易。充电速度为什么提升不上，最关键的因素得看以下三个：

电池充放电过程，实质是带电离子在正负极之间定向运动，实现电荷转移。为了方便理解，我们可以把充电过程类比成用缆车将人拉到雪山顶。

滑下来很爽，上山可不易。充电速度为什么提升不上，最关键的因素得看以下三个：

1）电池材料本身特性决定所能承受的充放电能力上限，可类比于缆车一次可以拉多少人；

2）充电设备能提供的最大充电功率，可类比于缆车功率有多大；

3）电池温度，可类比于人和缆车可以承受多快的速度上山。

其实电动汽车不是新鲜产品，在100多年前，它就由铅酸蓄电池带着跑了起来，但是续航里程只有几十公里，就需要每天进行为电池充电。续航短就算了，更要命的是充电慢，当时的电动车就深深为电动车的充电问题所苦恼。

铅酸蓄电池的充电过程，是将放电反应生成的PbSO4氧化成正极（PbO2）和还原成负极（Pb），以及分解成电解液（H2SO4）。

铅酸蓄电池在进行大电流充电时，正、负电极的电势会偏离平衡值，从而出现极化现象，增加电池的内阻，会阻碍充电反应的正常进行。这限制了铅酸蓄电池只能采用常规的小功率（0.1C）进行充电，因此铅酸蓄电池只能按部就班的慢慢充电。

为了解决铅酸蓄电池的充电慢而且续航短的烦恼，1910年，一家叫哈特福德电灯公司推出了换电服务，车主只需要每月掏租金就可以了，原来蔚来的换电池和电池租赁的商业模式在那时就有人在尝试，amazing（惊喜）。

可这些并没有完全解决问题，电动车由于高昂的电池成本，最终逃不过真香定律，逐渐被价格低廉的燃油车给取代。这一幕是不是也似曾相识？其实直到现在，换电成本依然是热议问题，虽然国家正在鼓励其发展，但由于未完全形成有规模的市场运作，各家都十分谨慎。

电池材料大突破，充电速度不再是问题

20世纪末锂电池技术在电动车上的尝试，让解决充电慢的难题看到了希望。

1997年是值得大家记住的日子，这一年，日产推出了全球第一辆使用锂离子电池的电动车PrairieJoy EV。这款车开创性的圆柱体锂电池，续航里程也达到了200公里，而且有在北极极寒地区连续在服役6年无故障的记录。

PrairieJoy EV的锂电池相比传统的铅酸蓄电池具有快速充电的能力，最大充电电流可以达到为1~1.5C，搭载的锂电池容量大概为30kwh，按电池电压300V计算，最大电流可以达到150A，理论上不到1h就可以把电池充满电。可以说正是有这款车的推动，车用锂电池的落地又向前发展了一大步。

车用锂电池技术经过20年的多元化发展，出现了磷酸铁锂、锰酸锂和三元锂材料等多种锂电池正极材料，但是出于安全性，成本，寿命和能量密度等因素综合考虑，大量电动车都选择了磷酸铁锂电池和三元锂电池这2大阵营。

从当下的充电速度看，这两种电池在快充（1.6C）及以下模式下，不会有明显的充电速度差异。只有充电电流达到10C以上时，三元锂电池才会有明显的充电速度优势。

电池恒流容量

在10C以下充电时，两者的恒流容量比无明显差距，10C以上倍率充电时，磷酸铁锂电池恒流容量比例迅速降低，充电效率迅速降低。

为了进一步提升充电速度，寻找完美的电极材料一直没有停下脚步。近些年一直有各种厉害的正极材料出现，比如2016年的时候，美国加州大学河滨分校的研究人员就开发出了新型硅阳极锂电池，这种阳极采用了石墨烯薄片+柱状碳纳米管的锥结构的架构，可以让充电速度快16倍左右。

充电设备成为新的制约关键

虽然电池技术有了不错的进步，但直到现在依然被充电慢的问题所困扰。这是因为充电速度除了与电池材料有关，还有受到了充电设备功率的制约。

一直以来电动车充电设备的发展无法满足电动车充电速度的需求，直到现在人们依然会觉得充电速度还是好慢。这大致是因为车载充电机的功率实在太小了，即使是现在主流的3.3kW充电功率，使用交流充电桩也仍然需要10个小时左右才能充满电。

特斯拉Model S的车载充电机采用了PFC+隔离DC-DC充电升压技术，将车载充电机充电功率提高了22kW，给配置的100kWh的电池充满电，最快仍要需要4-5h。

特斯拉做到如此程度，就足够羡煞旁人了。但是想要充电速度更快一些，就需要祭出快充神器-直流充电桩。

直流充电桩是非车载充电机，它可以直接输出直流电给车载电池充电，充电功率一般为30-60kW，充电功率大幅提升，充电速度更快，一般只需要1-2h就可以充满电。

直流充电桩的出现，可以极大缓解充电慢的烦恼。我们只需要车内休息片刻，就又可以整装待发了

快充之路慢慢，唯有不停探索

直流充电桩会根据电池系统所能承受的最大充电电流，自动为动力电池匹配最高效的充电功率。为了实现超快充电，大功率的直流充电桩的技术就显得极为关键。

给用户带来便捷充电的体验和提升品牌竞争力，早在2014年特斯拉开始在中国布局超级充电桩业务了，并计划2020年在中国继续新增4000以上超级充电桩，但相比Model3今年上半年的中国销量已经突破4.5万辆，充电桩的建设速度还无法汽车的增长速度相匹配。

超级充电桩看起来是一个一劳永逸的方案，但超级充电桩的普及速度却不尽人意。

除此外，超级充电桩由于充电功率特别大，势必产生巨大的充电电流，这会带来新的问题，阻碍超级充电桩的发展。我们都知道大电流会让电池发热快速升温，可能导致电池电路短路引发自燃事故。

因为超充的一系列局限性，行业内采用了多条腿走路的方式，无线充电技术被认为是未来发展趋势之一。

例如WiTricity公司研发的电磁共振无线充电技术，在2018年宝马的530e iPerformance上，就搭载了他们的3.2kW的功率无线充电技术。

又或者国内正在投建的杭绍甬智慧高速公路，它起点是杭州绕城高速公路下沙枢纽，终点位于宁波穿山疏港高速公路柴桥枢纽，线位方案全长约161公里，可以实现全程无线充电并且是边开车边充电，比宝马这种静态充电还要高级。

无疑，这些技术都是比较好的补充，不过如果你要问何时能大面积使用，我还是不抱有太大的希望。就拿国内来说，每公里建造费用不到500万人民币，而这条无线充电公路是我国高速建造费用的10倍以上。

写在最后

面对充电速度不够快的问题，我们何时能得到解脱？情况不容乐观。据国家规划，到2020年，全国电动车保有量将超过500万台，为了满足这些纯电动车的充电需求，充换电站数量需要达到1.2万个，充电桩达到450万个。

车桩比例近1:1的口号着实响亮，但根据中国电动汽车充电基础设施促进联盟统计，截至2020年5月，联盟内成员单位总计上报公共类充电桩才不过55.1万个。

所以可以预见，未来充电速度是纯电动汽车高级感的的重要评价指标，它的影响因素太多了，从电池层面到电控层面再到充电设备层面，都有直接影响。不得不感叹，用金钱换时间，这个亘古不变的道理，再次在它的身上灵验了。

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