文｜韋陀
圖｜韋陀、網絡
眾所周知，如今阻礙純電動汽車發展的最大瓶頸有兩個，一個是電池的功率密度，另外一個就是充電速度了。前者影響一款電動車的製造成本和續航里程，而後者更是直接限制了純電動汽車場景使用的便利性。但是為什麼如今的電動車要充滿電動輒就要一兩個小時呢？一臺電動車的充電速度到底受什麼限制呢？今天我們就簡單給大家講講這個問題。
電池的充電速度受什麼限制？
在討論充電速度的時候，電池本身的承受能力絕對是最無法繞過的一個因素。無論外圍的充電設備有多牛、功率有多大、充電能力有多強，如果電池本身在能夠接受的充電能力方面有短板，那麼充電速度肯定就快不起來。加上電池容量又比較大的話，自然充電時間就長了。
如果你高中學過電化學方面的知識的話，就會了解電池充放電的過程，本質就是電池內部通過一系列的氧化還原反應，來實現電子在正極和負極之間定向轉移。以當下主流的鋰電池為例，雖然種類五花八門，但是大體的構造無外乎包括正極材料、負極材料、隔膜、電解液等，充電的過程，基本上就是鋰離子從負極脫出，穿過隔膜和電解質，擴散到達正極的過程——擴散速度自然就成了充電速度的關鍵。
理論上，的確可以通過加大電流來提升充電速度。但是電流太大的話，電池內部鋰離子的擴散速度跟不上電子擴散速度，就會導致電子-離子運脫節，影響電池性能，能夠達到的充電容量也相應減少，電池的壽命就更是慘不忍睹了，甚至會有起火爆炸的危險。
所以一般來說，在不趕時間的情況下我們建議儘量用慢充，有利於延長電池的壽命。
而鋰離子的擴散速度，和溫度、正極的材料和結構密切相關。
首先是溫度，一般來說溫度越高自然是擴散速度越快，但是溫度過高的話也會導致電池壽命降低、充電安全性下降等問題。溫度過低的話同樣不行，氣溫過低的情況下，電池中的金屬鋰會發生沉積，從而造成電池內部短路，尤其是磷酸鐵鋰電池。一般0℃時磷酸鐵鋰電池的容量大概只剩下60～70%左右，到了-20℃時就只剩下可憐的20～40%了。所以在氣候寒冷的北方冬季，電動車必須要有給電池模組加熱的功能，由此耗電自然也更快。
其次是材料，不同的材料擴散能力差距非常大，像鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、NCM、NCA等都是性能很不錯的正極材料，而後兩者也是當下性能最好、應用普及度比較高的兩種材料了。這也是如今的鋰電池以正極材料命名的一個重要原因。
在電池行業的領域，通常會用充放電倍率來描述充電速度和電流大小的關係，譬如1小時充滿電池時的速率稱為1C，只需30分鐘的速率則稱之為2C，如此類推，超過1C就可以稱為快充。如今鋰離子電池的充電速率普遍可以做到1C-3C，最高大概可以去到5C，但是相比起動輒10C的放電速率自然還是要差很遠。
▲典型的鋰離子電池充電特性曲線
除了最大充電速率有瓶頸之外，不同SOC（State of Charge，即荷電狀態，也就是剩餘電量）下電池能夠承受的充電速率也是有差別的。一般來說，電池在充電過程的特性大致和上面這張圖類似，充電的速率會遵循慢——快——慢這樣的節奏。一般當SOC達到90%以上的時候，電池的內阻就會明顯上升，使得充電速率放慢。如果你有留意當下在售的大部分電動車，都會發現它們會宣傳自己在特定的快充狀態下，能夠在一個相對比較短的時間——例如1小時乃至30分鐘的時間裡，充滿一個大比例的電量，一般在80%-90%左右，就是這個意思。
所以如果你是一個電動車用戶，想要儘可能節約充電耗時的話，儘量不要動輒把電量用到10%以下，充電的時候也不一定非要充滿，達到90%以上，或者能夠滿足你下一次出行需要的里程數就足夠了。
充電設備的充電速度受什麼限制？
除了電池本身的瓶頸之外，外圍的充電設備也有自身的限制。簡單來講，充電樁輸出功率越大，充電時間越短。但是充電樁也不是可以無限提高充電功率的。先來說下電動汽車的充電大體是一個什麼樣的過程。
一說到汽車充電，大家首先想到的自然就是充電樁。簡單來講，充電樁輸出功率越大、電池容量越小，充電時間自然越短。這就和要把一個水池放滿水，放水管越大、水池越小自然耗時越短是一個道理。不過作為電動車用戶，當然希望自己的電池容量也足夠大，所以提升充電樁功率自然是更應該做的。車用的充電樁一般分為交流充電樁、直流充電樁兩種。我們分開兩種情況來講。
先講普適性比較強的交流充電樁。它多采用和家用電壓大小一樣的220V交流充電，一般電流只有16A或者32A，充電速度相對比較慢，在電池容量20kwh左右的情況下，要大概6-8個小時才能夠充滿電。
而特斯拉是個例外，它們的高功率壁掛適配器同樣也是220V的交流電壓，採用專用的接口，輸出電流可達50A，充電速度自然更快，不過對於其它品牌的車來說就沒有普適性了。
其次，由於汽車電機用的是直流電，所以充電的電流需要通過充電機轉換。充電機大體分為車載充電機和非車載充電機兩種，兩者基本都是輸入交流電、輸出直流電儲存到電池組裡。前者重量輕、功率損耗更低，而且搭配車載充電機的車型充電便利性會更好，但是很難承受比較大的充電功率，而後者的優缺點正好相反。車載充電機的設計，是要適配一定的交流輸出功率的，如果適配的功率比較低，哪怕接上了更大功率的充電樁，充電速度也快不起來。
再說說直流充電樁。相比起只有220V的交流充電樁，它的接入電壓高達380V，相同的電池容量下2-3小時就可以充滿了。但是這種快充的方式也不是可以濫用的——首先頻繁快充會折損電池壽命，其次大量電動車一起快充的話，電流會非常大，對於現有電網的壓力也是很大的，甚至有可能會造成局部癱瘓。
另外，由於現行的電動車充電網絡並不是獨立的，所以用電高峰的時候，如果在使用區域公用變壓器的電網裡充電的話，充電速度也會變慢。這也是很多電動車用戶需要錯峰充電的原因之一。
駕仕總結
綜合來說，當下影響電動車充電速度提升的因素，重點還是在於電池本身的承受能力：一方面不能過於頻繁地使用快充，另一方面充電進程中的速率不均勻，使得日常實際能用的續航里程也打了折扣。另外，充電機、充電樁等配套設施的能力、標準不一，對於日常充電的場景也有很多限制，需要不斷地升級——
所以從目前來看，在續航里程和充電條件的限制之下，電動車目前要做到傳統燃油車的使用便捷性，還有很長的路要走。
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