全网首发: 纯干货: 比亚迪汉L 10C 兆瓦闪充的秘密

前几天,比亚迪在发布会上推出了“兆瓦闪充”技术,最大充电功率1MW(1000kW),充电倍率达到了10C,引发行业内的广泛关注。

那么,这一切是如何实现的呢?读完本文,相信您会找出答案。

在揭秘之间,让我们先了解一下什么是锂离子电池,以及什么是充电。

锂离子电池

锂离子电池是一种二次电池(充电电池),它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。

在充放电过程中,Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌:充电时,Li+从正极脱嵌,经过电解质嵌入负极,负极处于富锂状态;放电时则相反

电池原理

我们将一只锂离子电池的电量消耗完后,需要通过外接电路对其进行充电。

这里不讲原理,只需要强调一点,充电时最终会控制电压,保证锂离子电池本身的电压不能超过某一定值(也就是大家经常听到的 充电截止电压,如果超过这一值,就是 过压 了),过压将会导致材料结构的不稳定。

锂离子电池的另一个特点就是随着充进去的电量的增加,电池的电压也会上升。所以,为了保证不要 过压,电池厂总是会说明这款电池的 充电截止电压。

充电曲线

一般来说,对锂离子充电的方法有两种:恒流充电恒压充电

恒流充电:恒流充电法是在充电过程中保持充电电流大小不变

恒流充电

C Rate 充电倍率:

假设某款电池是 10Ah,我们用恒流充电:

  • 1C: 1小时充电能将电池充满,充电电流就是 1*10A = 10A
  • 2C: 1/2小时充电就能将电池充满,充电电流就是 2*10A = 20A
  • 10C: 1/10小时充电就能将电池充满,充电电流就是 10*10A = 100A
    所以,充电倍率越高,电流越大。

恒压充电:采用恒定不变的电压值给电池充电,充电过程中保持输入电压不变

恒压充电

在充电时,外接电源的电压需要比电池的电压高,这样才能将电量充进到电池中。

另外,刚才有提到,在充电过程中,随着充进去的电量的增加,锂离子电池的电压也会升高。所以,如果一开始就采用恒压充电,那么刚开始充电时的电流将会很高,对电池也不太友好。

所以,一般来说,充电是先用恒流充电,将电池的电量增加,再在快要充满时,用恒压充电,让电池的电压接近充电截止电压,此时的充电电流会不断变小,当小于某个值时(比如电流降低到2A),人为的认定是充电完成。

所以,充电策略是一个很值得研究的方向。

电动汽车的充电曲线

当我们谈充电时,需要先明确单位。一般有如下两种:

  • 充电功率 = 充电电流 * 充电电压
  • 充电电流

我们先看一下例子,Tesla 特斯拉的充电曲线

Tesla的充电曲线

可以看到,纵坐标是 C Rate 充电倍率,相当于是电流,可以看到随着SOC的增加,不同的车型,电流都是先上升后保持一定时间,然后再慢慢下降,直到电池充满。

如果大家对不同的车型做过相关的充电测试,可以发现充电曲线基本上类似的,也就是随着SOC的增加,充电电流在下降。只是不同的车型,他们设定的不同SOC下可以接受的最大充电电流的大小不同以及持续的时间不同。

除了SOC,另一个需要考虑的因素是温度,当电池的温度较高时(不利于大电流充电时),充电电流也会下降。

还有一个因素是 电池健康度,当电池老化后,充电电流也需要相应变小。

以上 SOC/温度/电池健康度 等因素,都是用于控制充电电流的因素。

提高充电能力:传统思路

电池厂/车企 想要提高电芯的充电能力,一般来说都是想提高电芯的能力,比如原本在20% SOC时只能用3C,能不能提高到4C, 5C 等等,这需要从电化学的角度对电芯进行改进,比如用更好的正负极材料、降低锂离子在充电时的传输阻力等等。

提高充电能力:比亚迪方案

总体思路:最大化利用 电网充电设施 以及 电芯 的现有能力

1.充电解耦

国内的大部分充电桩,为满足国家标准,充电电流上限都是250A,所以进入车端的电流最高只能是250A,但是一般来说,此时,电芯的能力并没有被最大程度的发挥出来。

举个例子:

  • 充电桩的能力是 750V/250A,其最大输出功率是 750*250=187.5kW;
  • 为了匹配电池电压,假设电池是400V平台(充电时假设电压是350V),那么充电桩的输出功率就只有 350*250=87.5kW。

这种情况就无法发挥出充电桩的最大能力。

为了解决这种情况,要么,是建立更多的超充桩,但是这要花很多钱。。。

要么,是比亚迪给出的方案:充电解耦

  • 将充电桩按最大功率输出,也就是按最高电压/最高电流输出。
  • 车端将充电桩的电压通过升压/降压转换成与电池匹配的电压,再对电池进行充电

这样就可以最大化的利用充电桩的能力。

2.双枪充电

  • 如果一只枪的充电输出功率不够高,那么为什么不能考虑同时用两只充电枪呢(在充电桩充足的前提下)?

通过双枪充电,在平时非充电高峰的时段,进一步提高车辆的充电速度。

3.全场景脉冲自加热

为了解决低温充电慢的问题,比亚迪通过全场景的脉冲加热(既可以利用电池自身放电加热电池,也可以利用充电桩的电对电池进行加热),提高电池温度后,也提高了电池的充电能力,也就可以实现更快的充电速度。

4.智能末端快充

为了解决充电末端的极化现象,比亚迪创新的解决了末端充电慢的问题,通过在末端进行脉冲放电缓解极化,提高充电速度。

5.新型充电方法

天河最近看到了比亚迪于2024年11月获得授权的一篇发明专利,其提到了一种新型的充电方法,可以兼顾充电速率和充电安全。

发明专利的核心特点:

创新性 :发明专利要求技术方案具有显著的创新性,即该技术方案在申请日之前,未被公开过(新颖性)、非显而易见(创造性)。

实用性 :发明的技术方案必须能够在产业中应用,并且能够产生实际效果。

技术性 :发明专利保护的是技术方案,涉及产品的结构、方法的步骤或两者的结合

这种新型的充电方法,并不是依照传统的SOC/温度/电池健康度 查表得到允许的充电电流值,而是创新的利用监控电芯的温度变化速率来判断电芯可以接受的最大充电电流。

专利中还提到,如果电池本身的温度过低时,可以通过充电桩对电池进行脉冲加热,提高电池温度后,以释放电池的充电能力。

所以天河大胆推测,兆瓦闪充应该就是基于此篇专利中的方法:

  • 当电池的温升不高时,提高充电电流
  • 当电池的温升过高时,降低充电电流(如果温度过低,利用脉冲加热提高电池温度)

此种方式,虽然可以获得更高的充电倍率(相比传统充电方法,见下文),但是并不会产生析锂风险,对电池的寿命不会产生较大的损害。

而且此种方式,也是在最大程度的挖掘现有电芯的能力,打破传统充电方法的固有模式。

按比亚迪在专利中结出的示例:

  • 传统充电方法:先恒流再恒压,用时67.3min,最大电流2.5C,产生了析锂;
    传统充电方法

  • 新型充电方法:通过温升速率判断充电电流:用时59.6min,最大电流3.2C,并无析锂;
    新型充电方法

总结

可以看到,比亚迪在充电方面做出了许多创新,除了充电解耦与双枪充电,当比亚迪在利用升压回路对电池进行脉冲加热后,比亚迪发现了利用脉冲放电解决末端充电慢的办法(在充电状态下对电池进行短暂的脉冲放电减小极化),并且打破常规充电策略(将充电倍率与电芯SOC的依赖关系),利用电芯升温速率确定充电倍率。

最大化利用电芯和电网充电设施的现有能力,这一点,和 DeepSeek 的思路是多么的相似(对手头上已有的显卡性能进行优化),用最小的成本办大事,而并非一味的只是在电芯本身的能力上做文章。