[电池完全征服](37)电动车进入充电速度战…可是C倍率到底是什么？

by Kang Heejong

Published 18 May.2024 08:00(KST)

Updated 24 May.2024 16:04(KST)

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编辑者注当下是电池时代。手机、笔记本电脑、电动汽车等几乎所有地方都有电池。[电池完全征服]栏目面向想了解电池的一般读者、学生，以及关注电池产业和相关企业的投资者，旨在以通俗易懂的方式介绍电池基础知识与生态体系、企业信息、产业走势和前景。每周六与各位见面。

中国电池电芯企业CATL在今年4月举办的北京车展期间宣布，已开发出一款电动汽车电池“神行Plus（shenxing plus）”，只需充电10分钟即可行驶370英里（约600公里）。这相当于每秒可补充1公里的行驶里程。

CATL强调，“神行Plus”作为磷酸铁锂（LFP）电池，是全球首款支持4C高速充电的产品，单次充电最多可行驶620英里（约1000公里）。外媒评价称，尽管这一成绩是按照较欧美更为宽松的中国认证标准——中国轻型车行驶工况（CLTC·China light-duty vehicle test cycle）测得，但依然是相当可观的技术进步。

中国电池企业CATL发布新产品的现场。图片由CATL提供

韩国国内电池电芯企业也在加紧布局充电技术。它们判断，要加速电动汽车的大众化，充电时间是关键因素。此前电动汽车消费者需求较高的续航里程问题，已通过提高能量密度在一定程度上得到缓解，价格也在近期大幅下降。接下来电动汽车需要解决的议题便是充电时间。

电池企业认为，如果能够将电动汽车的充电时间缩短到与传统内燃机汽车加油时间相近的水平，消费者对充电时间的不满将得到一定程度的缓解。内燃机汽车加油时间大致在5分钟左右。

接近加油时间：“充电5分钟行驶300公里”

韩国国内电池企业首先将把电动汽车充电时间缩短到9~10分钟以内作为短期目标。

三星SDI计划在2026年前开发出可在充电9分钟后行驶600公里的电池。在这种情况下，充电5分钟即可获得300公里的续航里程。由于超过99%的驾驶者每天的平均行驶距离在300公里以下，因此业内认为，只要达到这一充电速度，电动汽车在使用上就不会带来明显不便。

SK On正在为SF Plus（+）电池的量产做准备。这款电池将从10%充至80%的时间，从原来的18分钟缩短到15分钟。SK On还计划在2030年前推出一款可在充电10分钟行驶600公里、充电5分钟行驶300公里的电池。该公司表示，已掌握一项可将快速充电时间缩短至7分钟的专利技术。

SK On在InterBattery 2024上展出的SF+电池。照片由记者Kang Heejong提供

LG能源解决方案的计划是：在主流电动汽车市场，生产可在20~30分钟内充至80%的电池；在高端市场，则推出可将充电时间缩短至10~20分钟的电池。

为缩短充电时间，各家公司都在导入多种不同技术，但共同点是都在使用硅负极材料。在锂离子电池中，充电是指原本位于正极的锂离子向负极移动的过程。从理论上讲，硅负极材料的能量容量是传统负极材料的10倍。应用硅负极材料后，锂离子的“储存库”变大，因此可以更快完成充电。

但与此同时，硅负极材料在充放电过程中膨胀（鼓胀）现象严重，难以在负极中加入大量硅，这也是需要攻克的难题。目前的做法是将约5%的硅负极材料与石墨混合使用，为提高掺入比例，相关研发（Research and Development）正在紧锣密鼓地展开。LG能源解决方案在2019年率先在韩国实现硅负极材料的量产，并应用于保时捷电动汽车（EV）“Taycan”。（关于硅负极材料，可参考《电池完全征服》第11期）

此外，企业还在通过缩短充电过程中锂离子的移动路径、降低材料内部阻抗以提高锂离子移动速度等方式进行尝试。SK On表示，在其独有的双层结构中布置高容量硅和低阻抗石墨，从而缩短了锂离子移动距离并提高了移动速度。三星SDI则称，通过应用可缩短锂离子在电极内移动路径的材料，并让粘结剂均匀分布，实现了高速充电。

三星SDI在上个月举行的EVS37活动上展示的9分钟超高速充电和20年长寿命电池技术介绍。照片由记者姜熙宗提供

在不降低能量密度的前提下缩短充电时间也是关键。一般认为，快速充电会导致能量密度下降。在兼顾能量密度与高速充电的平衡同时缩短充电时间，是体现核心技术实力的部分。

即便电池本身支持高速充电，实际充电时间也会因电动汽车车型和充电基础设施不同而有所差异。现代汽车推出的电动汽车采用800V充电系统，可使用350kW功率进行充电。住宅区如公寓内通常安装慢充充电桩，高速公路服务区则多配备快速充电桩。

如何判断充电时间

影响电动汽车充电时间的因素之一是电池容量。就像内燃机汽车的油箱越大，加油时间越长一样，电池容量越大，充电时间也越长。

在智能手机上，电池容量通常以毫安时（mAh）表示，而在电动汽车上则以千瓦时（kWh）表示。两者都是表示电池容量的单位，但用途略有不同。

安培（A）是表示电流大小的基本单位。1A表示1库仑（1C=6.25×10的18次方个电子）的电荷量在1秒钟内流过。安培时（Ah）则表示1A的电流持续1小时流过时的电荷量。“安培”一词源自法国物理学家安德烈·安培（Andre Ampere）的名字。

电压（V）是电的位能。人们常将电比作从瀑布落下的水，电压可视为瀑布的高度，电流则可视为瀑布的宽度。

瓦特（W）是电功率的基本单位。1W表示1秒钟内产生或消耗的功率，1Wh则表示1小时内产生或消耗的电能。瓦特与电流和电压成正比，就像瀑布越宽、水流越高，落下的水就越多。

电能（Wh）可通过电流（Ah）乘以电压（V）来计算。在电学公式中表示为：P（功率）=V（电压）×I（电流）。例如，若一块智能手机电池容量为5000毫安时（mAh）、电压为3.85V，则其电能为19.25Wh。

＜电学术语＞

1Ah=1A电流持续1小时流过时的电荷量。
1Wh=1小时内产生或消耗的电能
功率(P)=电压(V) × 电流(I)

充电时间大致可以通过“电池容量÷充电器输出功率”来估算，即取决于充电器能够提供多少功率。

以刚才举例的容量5000mAh、电压3.85V的智能手机为例，如果使用45W的快速充电器充电，用19.25Wh除以45W，可得出充电时间约为0.42小时（约25分钟）。

不过，这只是简单计算的结果，实际充电时间可能更长。电能与充电时间并非完全严格正比，后半段的“斜率”会趋缓。这是因为出于安全考虑，设备制造商会在电量超过80%后将充电速率调低，直至100%完全充满。

这一点同样适用于电动汽车。例如，一辆搭载70千瓦时（kWh）电池的电动汽车，如果使用7千瓦（kW）的慢充充电桩，简单计算约需10小时充满；若使用100kW的快速充电桩，则需0.7小时（42分钟）。这同样是理论估算值，实际情况还会因电池类型和汽车制造商的系统设计而有所不同。

现代 IONIQ 5 车型目录。图片来源=现代汽车官网提供

近期，电动汽车厂商纷纷推出将电池系统电压提升至800V、以提高充电速度的技术。特斯拉等大多数电动汽车采用400V电池系统，充电系统也按此标准设计。相比之下，现代汽车、保时捷等部分整车厂则将电池系统提高到800V，并配套输出功率达350kW的充电系统。

最新款Ioniq 5搭载了84kWh容量的电池，如果使用350kW级快速充电桩进行充电，简单计算约需0.24小时（约14分钟）。实际充电时间略长一些。该车型的产品目录中说明，使用350kW快速充电桩时，从10%充至80%在18分钟以内即可完成。

什么是C倍率

在谈到电池充电速度时，经常会出现“C倍率”这一术语。C倍率是Current-rate（电流倍率）的缩写，用于表示电池的充放电倍率，单位采用表示容量的“C”（Capacity的首字母）。

C倍率通过将充放电电流（A）除以电池容量（Ah）来计算，标准值为1C。如果一块容量为1000mAh的电池，其C倍率为1C，则表示以1000mA电流充电1小时。

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了解C倍率，就能大致推算电池的充电时间。如果标注为可按2C进行充电，则表示完全充满需要0.5小时（30分钟）。前文提到，CATL称“神行Plus”的C倍率为4C，这意味着0.25小时（15分钟）即可完成充电。C倍率为10C的电池则可以在0.1小时（6分钟）内充满。

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本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。