淺談電動汽車充電功率及相關(guān)要素

來源：線束世界?作者：線束世界-Jimmy?2022-11-10 10:58

幾天前與一位車企的朋友聊到電動汽車充電功率方面的內(nèi)容。簡要梳理下個人的一點理解，認(rèn)知有限、僅供參考。

在IEC 62196、GB/T 20234等歐標(biāo)、國標(biāo)文件中，對電動汽車的充電電壓、充電電流有相應(yīng)的建議值，在此不作贅述，有興趣的朋友可自行查閱。

此篇主要探討提升充電功率的方向及需要注意的相關(guān)因素。

新能源汽車充電示意圖

1 充電功率與速度

關(guān)于電動汽車充電的功率、電量、速度、電壓、電流等參數(shù)，需回顧物理電學(xué)中與之相關(guān)的知識，即：功率=電壓×電流，電量=功率×?xí)r間。

充電速度的快慢，是用充電時間的長短來衡量。由上可知：充電時間=充電量/充電功率。所以當(dāng)電量一定時，提升充電功率就可以縮短充電時間，提升充電速度。

提升充電功率有兩種方式：提升充電電壓或加大充電電流。

注：由于電比較抽象，非專業(yè)人員較難理解?？砂央婎惐葹樗?。比如電壓不變，加大特定截面所通過的電流，那么特定時間內(nèi)所通過的電量會增多。同樣，如果特定截面所通過的電流不變，把不等電位之間的壓差加大，電流的流速會因壓差的加大而加快，那么特定時間內(nèi)所通過的電量也同樣會增多。

自然界中能量的傳遞大多是由于能量的差異而形成的：從高能量處流向低能量處。其中壓差是源動力，流態(tài)是表現(xiàn)形態(tài)。其他類型的能量傳遞基本也是如此，比如高山流水因重力勢能的差異而形成水流。比如燃燒爆炸因溫度、氣壓的巨大差異而驅(qū)動空氣的快速流動等。

2 充電電流

提升電壓或加大電流來提升充電功率各有特點，首先分析充電電流。

由于充電電路中的元器件都有電阻（室溫條件下的超導(dǎo)體被發(fā)現(xiàn)和使用之前），那么電流通過時會有一部分電能轉(zhuǎn)換為熱能而損耗掉，即：能量損耗=電流2×電阻。所以加大電流顯而易見的兩個弊端：①加大電量的損耗，降低充電效率；②增大發(fā)熱功率，提高熱失效風(fēng)險。

注：此處不得不再次提及導(dǎo)電端子的重要性，當(dāng)充電電流已定時，降低端子的總接觸電阻既可降低熱失效風(fēng)險，又可以提升充電效率，降低電能的無效損耗。

但如果一味以低電阻率的原材料來實現(xiàn)這一目的，卻會適得其反。因為無論是充電接口的高頻插拔需求，還是車載動態(tài)工況對抗微動磨蝕的功能需求，都需要導(dǎo)電端子又要有良好的力學(xué)性能實現(xiàn)其耐久性，提供長期、穩(wěn)定、可靠、低電阻的電力傳輸功能。

3 充電電壓

由上文可知，提高充電電壓是提升充電功率，且有效規(guī)避熱失效風(fēng)險、提高充電效率的有效手段，比如民用的超遠(yuǎn)距離輸配電，通常是采用高電壓、低電流進行電力輸送。

另外，采用高電壓充電還有另外一個優(yōu)勢：低電流可縮減充電線束的截面積，從而降低線束重量、縮減使用空間等。

但高電壓會對充電端和車載端有更嚴(yán)苛的耐電壓要求。比如充電段的充電槍、充電線束、保險熔絲等的耐電壓性能需隨著電壓升高而提升。比較有效的手段是絕緣材料的介電強度、CTI值、爬電距離和電氣間隙的設(shè)計等，有興趣的朋友可參閱IEC60664中的相關(guān)內(nèi)容。

充電端耐電壓的絕緣防護設(shè)計相對簡單，且充電樁升級高壓適配件，只需更換某些零部件。但車端適配高電壓的需求相對麻煩很多，因為新能源汽車發(fā)展至今，車載元器件的耐電壓性能是逐步提升的，充電電壓的提升勢必會引發(fā)多模塊元器件耐電壓性能的提升（比如動力電池、DC/DC、OBC等模塊）。另外車內(nèi)空間相對有限，所以較之充電端來說更為困難。

4 行業(yè)案例

據(jù)了解，目前特斯拉采用了高電流的方式提高充電效率。特斯拉的超級充電采用液冷線束的技術(shù)方案，通過強迫散熱的方式降低大電流產(chǎn)生的熱量，但此種技術(shù)方案對能量的損耗并沒有改善，反而有所加劇。