一、汽车充电：能量来源

车载充电：新能源汽车能量的来源。电动车与燃油车不同，主要依靠车载动力电池提供能量，电动汽车行驶过程中不断消耗电能，当电量消耗完毕后，电池能量需要补充。其能量补充形式是将电网或者其他储能设备的能量转换为电池的能量，该过程称之为充电。与此同时，OBC（车载充电机）成为充电过程中的关键部件，其主要负责将电网的电压经过充电桩或交流接口，通过连接给予电池充电。

充电技术的发展：

充电技术的发展过程也是伴随着电动汽车的发展过程，总体分为四个阶段。：

➢ 第一阶段：萌芽。历史上第一辆电动汽车诞生于1832 年左右，由苏格兰人Robert Anderson 发明，该车辆使用无法充电的初级电池功能，拉开了电动车近两百年的历史发展序幕，电动车实现了从无到有的第一次飞跃。

➢ 第二阶段：低级。随着铅蓄电池技术的发展，电动汽车的充电技术迎来了从无到有的重大飞跃。1896 年，Hartford Electric Light 公司便推出可更换电池方案的电动货车。电动汽车进入充电时代。

➢ 第三阶段：发展。进入1990 年之后，随着锂电池能量密度的不断增高，以及电池管理技术的不断进步，电池的充电模式从传统的交直流充电慢慢转变为带有电池管理概念的充电解决方案。

➢ 第四阶段：成熟。进入21 世纪，电池技术以及BMS 不断优化进步，电动车再次迎来历史性的发展，巨大的需求推动充电技术迈向短时高效的快充时代，对车载电池的安全性和寿命也提出更进一步的要求。

充电分类:

交流慢充：即传统的电池充电方式，又称常规充电。交流充电设备没有功率转换器，直接将交流电输出，接入车内。车载充电机接受到交流电后将其转换为直流电进行充电。因此交流慢充方案通过车量自带的便携式充电器即可接入家用电源或专用充电桩进行充电。

交流充电的功率取决于车载充电机的功率。目前主流车型的车载充电机有分为2Kw,3.3Kw,6.6Kw 等型号。而交流充充电的电流一般在16-32A 左右，电流可以是直流或者两相交流电和三相交流电。目前，混合动力车型交流慢充需要4-8 小时充满，其交流充电的充电倍率基本在0.5C 以下。

交流慢充的优点在于其充电成本较低，不依赖充电桩或者共用充电网络就可以完成充电。但是常规充电的缺点也非常明显，最大的问题在于充电时间较长，目前大部分电车的续航里程均超过400KM，常规充电对应的充电时间均在8 小时左右，对于有长途行车需求的车主来说，路途中充电焦虑远远大于其他因素。其次，常规充电的充电模式为低电流充电，其充电模式为线性充电，不能很好地对锂电池的特性进行利用。

直流快充：交流慢充的电动车充电问题始终是一大痛点，随着新能源汽车对更高效率充电方案的需求越来越大，快充方案应运而生。快充也即快速充电，或者地面充电。直流充电桩内置功率转换模块，能将电网或者储能设备的交流电转换为直流电直接输入车内电池，无需经过车载充电机进行转换。直流充电的功率取决于电池管理系统和充电桩输出功率，两者取较小值作为输入功率。

快速充电的核心在于提高充电功率，根据公式P=UI 衍生出两条快充方案，即大电压方案和大电流方案。两种方案结合BMS（Battery Management System，电池管理系统），制定出非线性的充电方式，在安全范围内充分利用电池特性，使电池短时间内充至较高的电量。

快速充电模式的代表为特斯拉超级充电站。快速充电模式的电流和电压一般在150～400A 和200～750V，充电功率大于50kW。此种方式多为直流供电方式，地面的充电机功率大，输出电流和电压变化范围宽。目前市场上特斯拉的快充功率达到120Kw，半小时能充满80%电量，充电倍率接近2C。北汽EV200 可以达到37Kw，充电倍率约1.3C。

快速充电的充电时间相较于交流慢充时间大大缩短，一定程度上缓解了车主的充电焦虑，是电动汽车快速推广的重要因素。但目前的快速充电方案也存在一定的问题。在车端，快充方案对电池性能以及BMS 提出了较高的要求。在桩端，快充方案无论是大电流还是大电压都对充电桩的性能施加了较大压力。除此之外快充还具有对充电设备安装要求高、在低温环境下充电效率低等问题。

控制系统：BMS

充电设备的转化过程还需要和电动汽车上动力电池的管理系统BMS(BatteryManagement System)配合， BMS的最大优势在于充电过程中，会根据电池的实时状态，来改变电池的充电方案，其非线性的充电模式实现了在安全和保障电池寿命两大前提下的快速充电。

BMS 的功能主要包括以下几类：

➢ 电量状态监控：最基本的电量状态监控内容是动力电池荷电状态（SOC）监控，SOC是指电池剩余电量和电池容量的百分比，是车主评估电动车续航里程的主要参数。BMS 通过调用电池包上多个高精度传感器的数据，对电池参数信息（电压、电流、温度等）进行实时监控，其监控精度可达1mV。精确的信息监控外加优秀的算法处理，确保了电池剩余电量评估的精准度。在日常行车过程中，车主可以设置SOC的目标值，以实现车辆能耗的动态优化。

➢ 电池温度监控：锂电池对温度的敏感程度很高，温度无论过高还是过低都会直接影响电芯的性能，极端情况下会对电池的性能造成不可逆的损伤。BMS 能够通过传感器监控，保障了电池运行的安全环境。在温度较低的冬天，BMS 会调用加热系统对电芯加热使其达到合适的充电温度，避免电池充电效率降低；而在温度较高的夏天或者是电池温度过高时，BMS 会立即通过冷却系统降低电池温度，保障行车安全。

➢ 电池能量管理：电芯的制作工艺误差或者实时温度不一致都会导致其电压各不相同。因此充电过程中，可能电池内一部分电芯已经充满，而另一部分电芯电量还没充满。BMS 系统通过实时监控电芯电压差值，调节减小各个单体电芯之间的电压差，保证各电芯充电的均衡性，提高充电效率，减小能量消耗。

➢ 故障和异常处理：BMS 可以进行故障上报和诊断。根据电芯的参数和电池系统制定相应的故障阈值表，一旦出现故障，BMS 便会点亮故障灯提醒车主；同时上报故障类型，方便进行故障排查以及维护检修。

二、4C 有望成为产业趋势

充电问题成为消费者痛点。充电速度始终是贯穿电动车使用过程，目前电动车在全球的快速渗透扩张则进一步放大了充电速度对于车主行车效率和用户体验的影响。在2021年7 月召开的金砖充电论坛中，华为表示目前新能源汽车市场已经由政策驱动转化为政策+市场双轮驱动，对于目前的消费者而言，存在的主要痛点为：充电、续航和安全。其中充电问题在很大程度上将影响消费者购买欲望。

心理锚定：传统燃油车的能量补充十分快速，一般场景下，燃油车从进入加油站加油到驶出加油站全程不超过10 分钟，且对于长距离行驶来说，加油站数量众多，遍布于每一个高速公路驿站。而以400KMH 传统电动车为例，电动车的充电速度普遍在30 分钟朝上，且充电桩的数量紧张延长了充电的前置等待时间。目前的充电技术相比于燃油车的加油方式毫无优势。10 分钟的燃油车心理锚定时间始终是广大客户衡量电动汽车充电速度快慢的第一标准。

过去痛点： 尽管充电技术在这几年得到了一定的进步，但是受限于以下几个因素的影响，充电时间的缩短存在明显的边际效应减弱现象。

➢ 电池容量增加

续航提升和充电加快一体两面，核心在于用户难以消磨的行车焦虑。虽然近几年电池充电速度有所增加，但是电池容量的增长速度始终与充电速度保持统一步调，这在某种程度上变相抵消了电池的充电效用。

➢ 电池安全性要求

在车身不增大的情况下，电池容量增加体现在电池密度加大和电池电芯增加两个维度，本质都是电池复杂性的提升，使得车辆对于电池安全性提出更高要求，一定程度上限制了激进充电技术的发展。

➢ 电池寿命管理

充电技术提升的本质在于充电效率的提升，但是过大的电流以及过大的电压都会增大电池的负担，影响电池寿命，开发人员对充电速度与电池寿命的平衡也一定程度上影响了充电技术的发展。

目前的解决方案：

➢ 不断突破的快充技术：从用户需求的角度出发，充电速度的提升始终是用户体验提升的最直观因素，各个厂商也针对汽车的快速充电技术不断研发布局，力争实现燃油车级别的能量补给效率。

➢ 高效的BMS：针对充电功率提升过程中所带来的安全性以及电池寿命损耗等问题，更加智能高效的BMS 也是各个厂商共同的发力方向。力争将BMS 系统打造为高功率快充的完美管家。

超级充电标准孕育而出。C 的定义：通常，我们将电池的充放电倍率用C 来表示。对于放电，4C 放电表示电池4 个小时完全放电时的电流强度。对于充电，4C 表示在给定的电流强度下，充满电池400%的电量需要1 个小时，也即在给定的电流强度下15 分钟电池能够完全充电。

4C 是什么：4C 并非全新指标，而是在传统的充放电指标如1C、2C 基础上的延伸，是电池充放电性能提升的体现，并且可以看出C 的级数越高，电池充放电性能提升的边际效果越弱。当电池的充电倍率超过4C，其技术难度的提升以及电池承受的电流压力更大，但是技术提升所带来的正向效应变小。因此我们认为，4C 是目前兼具性能提升和电池技术承受能力的最优解。

动力电池充电倍率的迭代进程:在早期，受限于当时的科技水平，无论是充电技术还是电池工艺都不允许电池以较高的倍率进行充电，对于刚刚实现充电跨越的铅酸电池，其充电倍率仅为0.1C，充电倍率的提高会对电池寿命产生较大影响。而随着锂电池技术的不断突破搭配BMS 的不断进步，电池的充放电倍率得到了显著的提升。最早的交流慢充方案充电倍率为0.5C 以下。

随着近几年全球电动汽车的加速渗透，动力电池的充电技术得到大幅突破，从1C 的电动汽车迅速演进到2C。2022 年，国内已有搭载3C 电池的汽车进入市场。而在2022 年的6 月23 日，宁德时代发布新款麒麟电池，并表示4C 充电预计将于明年到来。

超级充电将成为充电技术升级必经之路。无论是智能手机还是新能源汽车，实现快速充电都将在很大程度上提升产品使用体验，同时也是技术升级的必经之路，未来电动车4C 充电也将成为产业趋势。

来源：《超级充电：电车2.0 时代必争之地！》，欢迎所有喜欢探索汽车科技的小伙伴加入知识星球：汽车智库，里面有最新的汽车技术资料。