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要说新能源汽车，特别是纯电汽车有什么痛点，首当其冲就是补能慢(man)、补能不够便利(li)。由于电池能量密(mi)度(du)远低(di)于汽柴油等化石燃料，电池快(kuai)充技术就成为了补能的关键。那么电池快(kuai)充的原理是什么？快(kuai)充的极限又在哪里？汽车补能的极限又在哪里？今天的三问三解，我们主(zhu)聊电池快(kuai)充（补能）那些(xie)事。
动力电池快(kuai)充的原理是什么？
初中物理就教过，功(gong)率=电流×电压(ya)，想要提高充电功(gong)率，就是增大充电电流和电压(ya)，从而缩短(duan)充电时间。但想要实(shi)现快(kuai)充，还需要从输入端（充电桩）和接收端（电池）两个方面双(shuang)管齐(qi)下才能实(shi)现快(kuai)充。
先来说电池这部分。目(mu)前不管是磷酸铁锂电池，还是三元锂电池，充电时内部的锂离子(zi)都要进行传输与嵌(qian)入。锂离子(zi)电池充电时，锂离子(zi)从正极脱出，经(jing)过电解液传输到负极，并嵌(qian)入负极材料中。锂离子(zi)转移得越快(kuai)，充电速度(du)才能更快(kuai)，快(kuai)充的关键就是加(jia)速这个过程。
快(kuai)充的极限又在哪里？
说是快(kuai)充的极限，其实(shi)倒(dao)不如说是电网的极限。早期的充电桩，功(gong)率达到60kW就可以算“快(kuai)充桩”了，近(jin)些(xie)年快(kuai)充的功(gong)率越大，一(yi)辆70度(du)电池的纯电汽车充电功(gong)率可以轻松达到100-200kW。而理想MEGA等车型，平(ping)均充电功(gong)率可达400kW以上，峰值充电功(gong)率更是达到了520kW。假设一(yi)台电热水器加(jia)热功(gong)率3.3kW计算，一(yi)台理想MEGA的峰值充电功(gong)率相当于同时开(kai)启了157台电热水器，这对电网的鲁棒(bang)性提出了极高的要求。部分小区物业之所以不愿意(yi)给新能源车主(zhu)装(zhuang)充电桩，一(yi)个主(zhu)要的原因就是充电桩属(shu)于大功(gong)率电器，除了受到小区电容限制外，对线路的要求也极高。
当然(ran)了，汽车充电的整个环节都是一(yi)个水桶(tong)，任何一(yi)个短(duan)板(ban)都将影响(xiang)充电速度(du)。电池材料、环境温度(du)、散热措施、充电桩的技术都会影响(xiang)快(kuai)充。
电池方面
充电时，位于正极的锂金属(shu)会被氧化成锂离子(zi)，并通过电解液和隔膜跑到负极，而放电则运(yun)动方向相反(fan)，所以电池的充放电可以理解成一(yi)个锂离子(zi)在正负极之间流动的过程。然(ran)而电池在充放电过程中，内部存在的电阻，导致电池在充放电过程中产生能量损耗，影响(xiang)电池的效(xiao)率和性能。
降低(di)电池内阻。内阻越小，充电时的能量损耗越少，电流通过越顺畅。通过优(you)化电池材料和结构，可以降低(di)内阻，从而支持(chi)更高的充电电流。
加(jia)速离子(zi)传输。提高电解液的离子(zi)导电性和锂离子(zi)迁移速度(du)。新型电解液配方、添加(jia)特殊添加(jia)剂或采(cai)用(yong)固态(tai)电解质等，减少离子(zi)传输的阻力。
优(you)化电极材料与结构。如采(cai)用(yong)纳米结构、多孔材料或复合材料等，可以增加(jia)电极与电解液的接触(chu)面积，缩短(duan)锂离子(zi)的扩散路径，从而加(jia)快(kuai)充电速度(du)。
电池管理系(xi)统（BMS）的优(you)化。BMS可以实(shi)时监测(ce)电池的状态(tai)，控制充电电流和电压(ya)，确保充电过程的安全性和高效(xiao)性。在快(kuai)充过程中，BMS需要精确管理电池的温度(du)、电压(ya)和电流，防止过充、过热等问题，同时优(you)化充电策略(lue)以实(shi)现快(kuai)速充电。
以宁德时代的电池技术为例(li)，在材料技术上，将材料表(biao)面充分纳米化，使阴极材料对充电信号的响(xiang)应速度(du)以及锂离子(zi)脱出速率大幅提升，为快(kuai)速充电提供了基础；在阳(yang)极材料表(biao)面修饰多孔包覆层，提供丰富(fu)的锂离子(zi)交换活性位点，提高锂离子(zi)电荷(he)交换速度(du)和嵌(qian)入速率，加(jia)快(kuai)充电进程；改变了传统石墨材料中锂离子(zi)嵌(qian)入方向的限制，显著提升了充电速度(du)；提升锂离子(zi)在液相和界面的传输速度(du)，实(shi)现电池充电速度(du)的快(kuai)速提升。比如宁德时代麒麟Ⅱ赛道专用(yong)高功(gong)率电池包，支持(chi)最高5.2C充电倍率，峰值电压(ya)为897伏，最大充电功(gong)率可达480kW。
然(ran)而在快(kuai)充过程中，电池内部还会产生大量热量。如果热量不能及时散发，会导致电池温度(du)升高，影响(xiang)电池安全性。因此，高效(xiao)的热管理系(xi)统是实(shi)现快(kuai)充的关键之一(yi)。为了满(man)足快(kuai)充的散热需求，传统的方式是在电池电极处放置散热水道来散热，而高倍率的快(kuai)充电池则进一(yi)步提升散热面积，将散热水道布置在电池两侧(ce)，更大的散热面积能有效(xiao)提高散热效(xiao)率。例(li)如比亚迪的DM5.0技术，采(cai)用(yong)冷(leng)媒直触(chu)对电池进行散热，压(ya)缩机的冷(leng)源直接接触(chu)电池，散热效(xiao)率更高，保证电池温度(du)不超过安全阈值。
除了高温外，电池也非(fei)常怕低(di)温。低(di)温状态(tai)下使用(yong)快(kuai)充会损伤电池，简单而言，温度(du)越低(di)，电池可承受的充电倍率越低(di)，而磷酸铁锂电池尤(you)其怕冷(leng)。
正常情况(kuang)下，锂离子(zi)应该均匀地嵌(qian)入到负极材料的晶格中。低(di)温状态(tai)下，电池内部的化学反(fan)应速率会变慢(man)，锂离子(zi)的迁移速度(du)也会降低(di)。但当充电电流过大、温度(du)过低(di)，锂离子(zi)的沉积速度(du)会大于其嵌(qian)入速度(du)，就会在负极表(biao)面优(you)先形成金属(shu)锂的结晶，这些(xie)结晶会不断生长并相互连接，最终形成树枝状的锂枝晶。这些(xie)锂枝晶会导致电池内部的电阻增大，使电池的充放电效(xiao)率降低(di)，电池容量逐(zhu)渐(jian)衰减，电池的循环寿命缩短(duan)。
充电桩
说完了电池，再来说充电桩，也就是快(kuai)充技术标(biao)准。国际上常见的有CHAdeMO、CCS（Combined Charging System）等标(biao)准。CHAdeMO 标(biao)准主(zhu)要由日本车企推动，在日本和部分欧洲地区应用(yong)较(jiao)广；CCS 标(biao)准则有 CCS1 和 CCS2 两种类型，CCS1 主(zhu)要在美国和加(jia)拿(na)大等地区使用(yong)，CCS2 在欧洲较(jiao)为常见。我国采(cai)用(yong)的是GB/T 20234系(xi)列标(biao)准，现行版本为 2023 年发布的 GB/T 20234.1-2023、GB/T 20234.2-2023、GB/T 20234.3-2023。GB/T 20234对电动汽车传导充电用(yong)连接装(zhuang)置、通信协议等进行了规范(fan)。
如快(kuai)充接口的形状、尺寸、引脚定(ding)义以及通信协议等，确保不同品牌的充电桩和电动汽车之间能够实(shi)现兼容和互操作性。
国标(biao)的额定(ding)电压(ya)为DC 1500V，额定(ding)电流至(zhi)DC 1000A，直流充电接口的最大充电功(gong)率上限为800kW；大功(gong)率直流充电接口最大额定(ding)功(gong)率可达900kW。
目(mu)前市(shi)面上的大功(gong)率快(kuai)充桩主(zhu)要有华(hua)为超充、理想5C超充等。以华(hua)为超充桩为例(li)，采(cai)用(yong)全液冷(leng)设计，通过电子(zi)泵驱动冷(leng)却液循环散热，有效(xiao)降低(di)充电枪和线缆的发热量。使得华(hua)为超充桩支持(chi)600kW的超大功(gong)率充电，可实(shi)现600A的最大充电电流，支持(chi)200V-1000V的宽电压(ya)范(fan)围，适配多种车型。
天下武功(gong) 唯快(kuai)不破
然(ran)而，目(mu)前的化学电池（三元锂电池、磷酸铁锂电池）依然(ran)是娇气得很，虽然(ran)电池厂家不断优(you)化材料、升级结构，配上保温、直冷(leng)等设备(bei)提供良好的工作环境，但能量密(mi)度(du)依然(ran)无法与化石燃料的车型相媲美。如果是加(jia)油枪，那么换算成充电功(gong)率，将会是多少呢？
根(gen)据《汽车加(jia)油加(jia)气站设计与施工规范(fan)》（GB 50156-2021）的要求，汽油加(jia)油枪流量不应大于50升/分钟，实(shi)际上加(jia)油站的加(jia)油枪流速普遍为30-50升/分钟之间。
按照1L汽油的能量为8.9kWh，加(jia)油枪的流速为40L/分钟计算，加(jia)油枪的“功(gong)率”可达31225kW，即便是按照汽车发动机45%的热效(xiao)率计算，加(jia)油枪的“功(gong)率”也高达14051kW，远超国标(biao)充电桩900kW的上限，两者相差(cha)约15倍。
而且，加(jia)油枪的流速较(jiao)为恒定(ding)，不管是1分钟还是5分钟，流速基本都是40L/分钟，而电动车充电时，峰值充电功(gong)率仅能维持(chi)几分钟，之后就会降功(gong)率，补能速度(du)只是加(jia)油枪的九牛(niu)一(yi)毛而已。
当然(ran)民用(yong)加(jia)油站的补能速度(du)只是“矮子(zi)里拔将军”，工业用(yong)途的加(jia)油枪如火车、飞(fei)机、轮船等，流速可达500L/分钟，F1赛车的加(jia)油枪流速为720L/分钟，这样的补能速度(du)又是另外一(yi)个“维度(du)”的存在了。加(jia)油枪补能速度(du)远高于充电桩，主(zhu)要是能量密(mi)度(du)的差(cha)异，以及不受电池充放电倍率限制。（朋月）