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超高倍率快充:边际收益递减,但卷也有卷的道理
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接昨天的,今天继续讨论第二个话题: 为什么超高倍率快充,现阶段难以避免电芯温度上升? 因为难以避免,所以温度适当抬升就具备了一定的合理性,焦点在于这个"适当"的程度是否存在共识。

既然如此,电池温度当然是越低越好(低温充电是另一个话题)。以往做电池温度管理,当然是离这个副反应起点越远,安全余量就越大。

一直在严防死守温度这一关,所以回头看,从 1C 到 5C 的进步其实并不快。我印象中,大概是这么一个过程:

- 2020年,我的那辆小鹏P7,峰值充电功率80kW,也就是1C。这在当时已经是较高水平。

第一,欧姆阻抗——电流在导体中“走路”的阻力。

第二,界面阻抗——锂离子“过SEI关”的难度。

第三,扩散阻抗——进负极之后“走得快不快”。

欧姆阻抗和扩散阻抗先不讨论,今天咱们聚焦于对温度最为敏感的界面阻抗。

锂离子在电解液里,从来都不是一个人行动的,而是带着一圈随从——这就是溶剂化(solvation)。

锂离子本体其实很小,半径只有0.76 Å;但因为电荷密度高,会强烈吸引周围分子,最后变成一个被“包裹起来”的大颗粒。算下来,它的有效尺寸能到4.8 Å,甚至比钠离子还大。

这一大,就大出问题了!锂离子吸引溶剂分子的能力强,那反过来想摆脱它们的难度就大。当它想进入负极材料的时候,必须把这一圈“壳”卸掉。这一步,就是去溶剂化(desolvation)。

去溶剂化需要额外的能量,本质上就是一个典型的“能垒问题”。对应到电池里,这一段阻力,就是界面阻抗能垒高低,有一个通用的公式,那就是大体遵循阿伦尼乌斯关系:温度越高,跨越能垒的概率就越大,去溶剂化过程就越快。

k=Ae^(-E_a/RT)

温度处在指数项的分母中。这意味着,温度上升时,它不是简单“升一点”,而是会以指数形式放大反应速率。

在一个比较典型的去溶剂化能垒(例如 Ea≈40 kJ/mol)条件下,较高温度下提升6℃对应的反应速率大约可以提升约 30% 左右。

反过来也一样。

如果一块电池在 65℃时,可以支撑 12C 的充电倍率;那么温度降到59℃,它可能就只能支撑 9C 左右;如果再降到 45℃附近,可能就只剩下 5C 水平了。此外,在高SOC状态下扩散阻抗也会变大,此时也需要提升温度来削弱这种变大的趋势。

这当然只是一个定性的简化推演,不是对某一款具体电池的精确计算。上述数据都是举例用的相对值。但它能说明一个关键问题:如果把电池温度拼命往下压,那想突破 5C 大关,恐怕就很难了。

当然,降低界面阻抗不只有升温这一条路。比如优化电解液体系、调整溶剂化结构、改善 SEI 膜成分,都可以降低锂离子穿越界面的难度。但如果目标是10C、15C这个级别,恐怕很难完全绕开放宽温度窗口这件事。

此外,温度上升对于高SOC降低扩散阻抗也有帮助,以及也可以提升散热效率(与温差成正比)。这其实就是另一个话题了:过去几年,从小面到大面,从单面到多面,把散热这件事尽可能做到极致。

但问题也在这里。电池包总共就这些面,散热路径是有物理上限的。做到多面液冷之后,这条路基本已经被挖干净了。 此时此刻,让电池温度上升,就也成了提升散热速度的一个戏剧性方法了 —— 散热,是为了降温;但为了更快散热,允许你升温。

评论区的朋友们,到底在反对啥?我有点摸不着头脑。

不同的生活场景下,有的用户对5C 10C的需求就可能成为了刚需。而需求的多样化正是市场的魅力之一。

本质上,这既是用户需求的取舍问题,也是行业发展的路线选择问题。我们还有得选择的余地,所以接下来第三个话题,就来探讨这个!

—— 又有空了,第3个话题直接就在下面写一写吧:

熟悉我的人应该知道,早在3C、5C时代,我就经常说:在当时的技术条件下,5C 当然好,但 3C 更均衡 —— 为此我没少被骂,就像今天一样。

- 从1C到3C,峰值功率提升是3倍,10%-80%典型时间从45分钟降低为15分钟。

- 从3C到5C,峰值功率提升1.66倍,10%-80%典型时间从15分钟降低为10分钟(高SOC降功率)。

很显然,这里面有一个很明显的边际效应递减。

更何况,人一旦停车充电,不可能什么都不干。上个厕所、看会儿手机、伸个懒腰、洗把脸,这些固定动作加起来,往往也要 10–15 分钟。如果把这段固定停留时间扣掉,从 3C 到 5C,甚至从 5C 到 15C,带来的真实体验提升,其实会比参数看起来更少。

但这不等于我反对超快充、反对技术突破,千万别给我扣上这个帽子。我的态度一直是:不迷信倍率,但要支持技术突破。

第一,超快充确实爽,对部分用户来说是刚需。

补能速度本身就是体验。车毕竟是 To C 产品,一项技术的价值不能只靠理性精打细算,情绪价值也很重要。

同时我也说了,我个人不太需要超高倍率快充,并不否认、也不反对其他消费者有这样的需求。每个消费者的需求各不一样,这不是很正常吗? 这不正是多元化市场的一个魅力吗?

第二,超快充能突破油车用户的心理防线。

现在新能源渗透率已经到了 50%–60%,再往下就是攻坚战。很多人不愿意买电车,未必是算不过账,而是始终觉得“充电再快也比加油慢”。超高倍率快充,就是用极端技术来打破极端观念。

不仅是油车用户的心理防线,还有全球新能源市场的心理防线。去年一家媒体采访,问我10C快充是真技术吗? 我也从多个角度肯定了此技术,肯定了其突破心理防线、促进新能源汽车行业发展的意义。

第三,超快充必须和建桩一起看。

比亚迪和宁德时代在发布超高倍率快充的同时,也都公布了建桩计划。这说明不是玩票,也不是单纯炒作,而是真投真金白银在做基础设施,这一点非常值得肯定。

第四,高精尖技术本来就需要企业去试、去卷、去工程化。

回顾锂电池行业的历史,1990年代之前更多是学术理论突破,但过去近30年,真正把技术往前推的主力,往往是企业, 是企业在推动着学术发展。我们这篇文章的很多观点来源于学术论文,但学术有时候会落后于最先进的工程实践。不能因为论文里没写清楚,就贸然下结论,就反过来束缚行业发展。

在超高倍率快充中,温度不再只是越低越好,而是要被更精确地理解和控制。如果公众真正理解了快充的价值和代价究竟是什么,也有利于行业的发展,我想应该没人反对这一点吧?

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