1. La tecnologia chiave per risolvere il problema: la super ricarica
1.1 Ricarica dell'auto: la fonte di energia
Il mercato dei nuovi veicoli energetici ha registrato ottimi risultati. Attualmente, il tasso di crescita dei veicoli a nuova energia ha subito un’accelerazione significativa.
L’accelerazione dell’elettrificazione: ha creato un’enorme domanda di ricarica. È evidente la tendenza globale all’elettrificazione, che è destinata a generare un’enorme domanda di ricarica.
Ricarica a bordo: la fonte di energia per i veicoli a nuova energia. A differenza dei veicoli a carburante, i veicoli elettrici si affidano principalmente alla batteria di bordo per fornire energia. I veicoli elettrici consumano continuamente elettricità durante la guida. Quando l'elettricità è esaurita, l'energia della batteria deve essere reintegrata. La sua forma di supplemento energetico consiste nel convertire l'energia della rete o di altri dispositivi di accumulo dell'energia nell'energia della batteria e questo processo è chiamato ricarica. Allo stesso tempo, l'OBC (caricatore di bordo) è diventato un componente chiave nel processo di ricarica, che è principalmente responsabile della ricarica della batteria attraverso il collegamento della tensione di rete tramite la pila di ricarica o l'interfaccia CA.
Classificazione di ricarica: ricarica lenta CA: ovvero il metodo di ricarica tradizionale della batteria, noto anche come ricarica convenzionale. L'apparecchiatura di ricarica CA non dispone di un convertitore di alimentazione e fornisce direttamente l'alimentazione CA e la collega all'auto. Il caricabatterie integrato converte l'energia CA in energia CC per la ricarica. Pertanto, la soluzione di ricarica lenta CA può essere ricaricata collegandola a una presa di corrente domestica o a una pila di ricarica dedicata tramite il caricabatterie portatile fornito con il veicolo.
La potenza della ricarica CA dipende dalla potenza del caricabatterie di bordo. Attualmente, i caricabatterie di bordo dei modelli tradizionali sono suddivisi in 2Kw, 3,3Kw, 6,6Kw e altri modelli. La corrente di ricarica CA è generalmente di circa 16-32 A e la corrente può essere CC o CA bifase e CA trifase. Al momento, sono necessarie 4-8 ore affinché la ricarica lenta CA dei veicoli ibridi sia completamente carica e la velocità di ricarica della ricarica CA è sostanzialmente inferiore a 0,5°C.
Il vantaggio della ricarica lenta CA è che il suo costo di ricarica è basso e la ricarica può essere completata senza fare affidamento su pile di ricarica o reti di ricarica condivise. Ma anche i difetti della ricarica convenzionale sono evidenti. Il problema più grande è che il tempo di ricarica è lungo. Attualmente, l’autonomia della maggior parte dei tram supera i 400 km e il tempo di ricarica corrispondente alla ricarica convenzionale è di circa 8 ore. Per i proprietari di auto che necessitano di guida su lunghe distanze, l'ansia da carica sulla strada è molto maggiore di altri fattori. In secondo luogo, la modalità di ricarica della ricarica convenzionale è la ricarica a bassa corrente e la modalità di ricarica è la ricarica lineare, che non può sfruttare al meglio le caratteristiche delle batterie al litio.
Ricarica rapida CC: il problema della ricarica dei veicoli elettrici con la ricarica CA lenta è sempre stato un importante punto dolente. Con la crescente domanda di soluzioni di ricarica a maggiore efficienza per i veicoli a nuova energia, sono emerse soluzioni di ricarica rapida man mano che i tempi lo richiedono. La ricarica rapida è una ricarica rapida o una ricarica a terra. La pila di ricarica CC è dotata di un modulo di conversione di potenza integrato, che può convertire la potenza CA della rete o delle apparecchiature di accumulo dell'energia in potenza CC e immetterla direttamente nella batteria dell'auto senza passare attraverso il caricabatterie di bordo per la conversione. La potenza della ricarica CC dipende dal sistema di gestione della batteria e dalla potenza in uscita della pila di ricarica e il valore più piccolo tra i due viene preso come potenza in ingresso.
Il rappresentante della modalità di ricarica rapida è la super stazione di ricarica Tesla. La corrente e la tensione della modalità di ricarica rapida sono generalmente 150-400 A e 200-750 V e la potenza di ricarica è superiore a 50 kW. Questo metodo è principalmente un metodo di alimentazione CC. La potenza del caricabatterie a terra è elevata e la gamma di corrente e tensione in uscita è ampia. Attualmente, la potenza di ricarica rapida di Tesla sul mercato raggiunge i 120 Kw, che possono caricare l'80% dell'elettricità in mezz'ora, e la velocità di ricarica è vicina a 2°C. BAIC EV200 può raggiungere 37Kw e la velocità di ricarica è di circa 1,3°C.
Sistema di controllo: il processo di conversione delle apparecchiature di ricarica BMS deve anche cooperare con il sistema di gestione BMS (Battery Management System) della batteria di alimentazione del veicolo elettrico. Il più grande vantaggio del BMS è che durante il processo di ricarica, cambierà lo schema di ricarica della batteria in base allo stato della batteria in tempo reale, la sua modalità di ricarica non lineare realizza una ricarica rapida secondo i due prerequisiti di sicurezza e durata della batteria .
Le funzioni del BMS comprendono principalmente le seguenti categorie:
Monitoraggio dello stato di alimentazione: il contenuto più basilare del monitoraggio dello stato di alimentazione è il monitoraggio dello stato di carica (SOC) della batteria di alimentazione. Il SOC si riferisce alla percentuale di carica rimanente della batteria e alla capacità della batteria ed è il parametro principale per i proprietari di auto per valutare l'autonomia dei veicoli elettrici. Il BMS monitora le informazioni sui parametri della batteria (tensione, corrente, temperatura, ecc.) in tempo reale richiamando i dati di più sensori ad alta precisione sul pacco batteria e la precisione del monitoraggio può raggiungere 1 mV. Il monitoraggio accurato delle informazioni e l'eccellente elaborazione degli algoritmi garantiscono l'accuratezza della valutazione della carica rimanente della batteria. Durante la guida quotidiana, i proprietari di auto possono impostare il valore target del SOC per ottenere l'ottimizzazione dinamica del consumo energetico del veicolo.
Monitoraggio della temperatura della batteria: le batterie al litio sono altamente sensibili alla temperatura. Il fatto che la temperatura sia troppo alta o troppo bassa influirà direttamente sulle prestazioni della cella della batteria e, in casi estremi, causerà danni irreversibili alle prestazioni della batteria. Il BMS può essere monitorato da sensori per garantire un ambiente sicuro per il funzionamento della batteria. In inverno, quando la temperatura è bassa, il BMS chiamerà il sistema di riscaldamento per riscaldare le celle della batteria per raggiungere una temperatura di carica adeguata per evitare la riduzione dell'efficienza di carica della batteria; mentre in estate quando la temperatura è alta o la temperatura della batteria è troppo alta, il BMS passerà immediatamente al raffreddamento. Il sistema abbassa la temperatura della batteria per garantire la sicurezza di guida.
Gestione dell'energia della batteria: errori del processo di produzione o incoerenze nella temperatura in tempo reale delle batterie causeranno la variazione della tensione. Pertanto, durante il processo di ricarica, alcune celle della batteria potrebbero essere state completamente caricate, mentre l'altra parte delle celle potrebbe non essere completamente carica. Il sistema BMS monitora la differenza di tensione delle celle della batteria in tempo reale, regola e riduce la differenza di tensione tra ogni singola cella della batteria, garantisce il bilanciamento della carica di ciascuna cella della batteria, migliora l'efficienza di carica e riduce il consumo energetico.
1.2 4C dovrebbe diventare una tendenza del settore
Il problema della ricarica è diventato un punto dolente per i consumatori. La velocità di ricarica è sempre stata utilizzata nell’utilizzo dei veicoli elettrici. L’attuale rapida penetrazione ed espansione dei veicoli elettrici nel mondo ha ulteriormente amplificato l’impatto della velocità di ricarica sull’efficienza di guida dei proprietari di auto e sull’esperienza dell’utente. Ancoraggio psicologico: il rifornimento di energia dei veicoli a carburante tradizionale è molto rapido. In scenari generali, i veicoli a carburante non impiegano più di 10 minuti per fare rifornimento dall'ingresso alla stazione di servizio all'uscita dalla stazione di servizio. Ad ogni fermata dell'autostrada. Prendendo come esempio un veicolo elettrico tradizionale da 400 kmh, la velocità di ricarica dei veicoli elettrici è generalmente superiore a 30 minuti e il numero ridotto di pile di ricarica prolunga il tempo di attesa della precarica. L'attuale tecnologia di ricarica non presenta alcun vantaggio rispetto al metodo di rifornimento dei veicoli a carburante. Il tempo di ancoraggio psicologico di 10 minuti dei veicoli a carburante è sempre il primo standard per i clienti per misurare la velocità di ricarica dei veicoli elettrici.
È stato concepito lo standard di sovralimentazione. Definizione di C: Solitamente utilizziamo C per esprimere la velocità di carica e scarica della batteria. Per quanto riguarda la scarica, la scarica 4C rappresenta l'intensità di corrente alla quale la batteria è completamente scarica in 4 ore. Per la ricarica, 4C significa che, a una determinata intensità di corrente, è necessaria 1 ora per caricare completamente la batteria al 400% della sua capacità, ovvero, a una determinata intensità di corrente, la batteria può essere caricata completamente in 15 minuti. Cos'è 4C: 4C non è un nuovo indicatore, ma un'estensione dei tradizionali indicatori di carica e scarica come 1C e 2C. L’effetto marginale della spinta è più debole. Quando la velocità di ricarica della batteria supera i 4°C, la difficoltà tecnica aumenta e la pressione attuale sulla batteria è maggiore, ma l'effetto positivo portato dal miglioramento tecnico diminuisce. Pertanto, riteniamo che 4C sia attualmente la soluzione ottimale che combina il miglioramento delle prestazioni e l’accessibilità economica della tecnologia delle batterie.
Il processo iterativo della velocità di ricarica della batteria di potenza: All'inizio, limitati dal livello tecnologico dell'epoca, né la tecnologia di ricarica né la tecnologia della batteria consentivano di caricare la batteria a una velocità più elevata. La velocità è di soli 0,1°C e l'aumento della velocità di ricarica avrà un grande impatto sulla durata della batteria. Con la continua innovazione della tecnologia delle batterie al litio e il continuo miglioramento del BMS, la velocità di carica e scarica della batteria è stata notevolmente migliorata. La velocità di ricarica del primo schema di ricarica lenta CA è inferiore a 0,5°C. Con la penetrazione accelerata dei veicoli elettrici in tutto il mondo negli ultimi anni, la tecnologia di ricarica delle batterie di potenza ha fatto grandi passi avanti e i veicoli elettrici da 1C si sono rapidamente evoluti a 2C. Nel 2022 entreranno sul mercato le auto domestiche dotate di batterie 3C. Il 23 giugno 2022, CATL ha rilasciato una nuova batteria Kirin e ha affermato che la ricarica 4C dovrebbe arrivare l'anno prossimo.
La super ricarica diventerà l’unico modo per aggiornare la tecnologia di ricarica. Come i veicoli a nuova energia, anche i telefoni cellulari hanno una forte richiesta di velocità di ricarica e anche la tecnologia di ricarica è in costante miglioramento nel processo di sviluppo dei telefoni cellulari: dal 1983, Motorola DynaTAC8000X ha raggiunto 10 ore di ricarica e 20 minuti di conversazione, e nel 2014 , OPPO Find 7 ha promosso la ricarica Parlando per 5 minuti per 2 ore, ora molti modelli possono caricare completamente la batteria da 4500 mAh in 15 minuti. Anche il protocollo di ricarica degli smartphone è stato aggiornato da 5 V 1,5 A di USC BC 1.2 nel 2010 a USB PD 3.1 nel 2021 e la tensione massima può supportare 48 V. Riteniamo che, che si tratti di uno smartphone o di un veicolo a nuova energia, la realizzazione della ricarica rapida migliorerà notevolmente l'esperienza del prodotto e sarà anche l'unico modo per aggiornare la tecnologia. In futuro, anche la ricarica 4C per i veicoli elettrici diventerà una tendenza del settore.
1.3 Distribuzione multi-impresa della super ricarica
Attualmente, molte aziende hanno pubblicato i propri piani di layout di ricarica rapida e i relativi modelli sono stati rilasciati dal 2021: Porsche ha lanciato la prima auto elettrica con piattaforma di ricarica rapida da 800 V; BYD è stata rilasciata la piattaforma 3.0, corrispondente al modello concettuale ocean-X; Geely Jikrypton 001 è dotato di una piattaforma di ricarica rapida da 800V. Allo stesso tempo, Huawei ha rilasciato la sua piattaforma ad alta tensione full-stack con ricarica flash AI, che dovrebbe raggiungere una ricarica rapida di 5 minuti entro il 2025.
1.3.1 Huawei: la piattaforma ad alta tensione full-stack con ricarica flash AI realizzerà una ricarica rapida in 5 minuti
Coesistono percorsi ad "alta corrente" e ad "alta tensione" e quest'ultimo è più conveniente. Per ottenere una maggiore potenza di carica e raggiungere lo scopo della ricarica rapida, è necessario aumentare la corrente o la tensione. Attualmente sul mercato sono presenti più aziende che adottano percorsi tecnologici più "ad alta tensione" che "ad alta corrente". Huawei ha dichiarato: Quando si utilizza il percorso tecnologico "alta tensione", il costo del BMS del veicolo e dei moduli batteria è lo stesso del percorso "alta corrente", ma poiché non è necessario considerare l'impatto dell'alta corrente, il costo di il suo cablaggio ad alta tensione e il sistema di gestione termica sono relativamente bassi. Gli 800 V potrebbero diventare la corrente principale. I modelli tradizionali di oggi utilizzano ancora un'architettura di tensione da 200 V ~ 400 V. Per ottenere una potenza maggiore e soddisfare i requisiti di ricarica rapida, la corrente potrebbe raddoppiare, influenzando la dissipazione del calore e le prestazioni del veicolo. Al giorno d'oggi, i componenti tra cui dispositivi di potenza come SiC, connettori ad alta tensione e pistole di ricarica ad alta tensione sono maturati. È una scelta migliore scegliere una tensione più elevata garantendo al tempo stesso che la corrente sia in un intervallo relativamente sicuro.
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