1. Pain Point를 해결하는 핵심 기술 - 슈퍼차징
1.1 자동차 충전: 에너지의 원천
신에너지 자동차 시장은 강세를 보였다. 현재 신에너지 자동차의 성장 속도는 눈에 띄게 가속화되고 있습니다.
전기화의 가속화: 충전에 대한 엄청난 수요를 창출했습니다. 글로벌 전기화 추세는 분명하며, 이는 충전에 대한 엄청난 수요를 창출할 것입니다.
온보드 충전: 신에너지 차량의 에너지원입니다. 연료 자동차와 달리 전기 자동차는 주로 온보드 전원 배터리에 의존하여 에너지를 공급합니다. 전기 자동차는 주행 중에 지속적으로 전기를 소비합니다. 전기가 소진되면 배터리 에너지를 보충해야 합니다. 에너지 보충 형태는 그리드나 기타 에너지 저장 장치의 에너지를 배터리의 에너지로 변환하는 것이며, 이 과정을 충전이라고 합니다. 동시에 OBC(온보드 충전기)는 충전 프로세스의 핵심 구성 요소가 되었으며, 주로 충전 파일 또는 AC 인터페이스를 통해 그리드 전압을 연결하여 배터리를 충전하는 역할을 담당합니다.
충전 분류: AC 저속 충전: 즉, 기존 충전이라고도 하는 기존 배터리 충전 방법입니다. AC 충전장비는 전력변환 장치가 없고, AC 전원을 직접 출력해 차량에 연결하는 방식이다. 온보드 충전기는 충전을 위해 AC 전원을 DC 전원으로 변환합니다. 따라서 AC 완속 충전 솔루션은 차량에 기본 제공되는 휴대용 충전기를 통해 가정용 전원이나 전용 충전 파일에 연결해 충전할 수 있다.
AC 충전 전력은 온보드 충전기의 전력에 따라 달라집니다. 현재 주류 모델의 온보드 충전기는 2Kw, 3.3Kw, 6.6Kw 및 기타 모델로 구분됩니다. AC 충전 전류는 일반적으로 약 16-32A이며 전류는 DC 또는 2상 AC 및 3상 AC일 수 있습니다. 현재 하이브리드 차량의 AC 완속 충전은 완전히 충전되기까지 4~8시간이 소요되며, AC 충전의 충전 속도는 기본적으로 0.5C 미만이다.
AC 완속 충전의 장점은 충전 비용이 저렴하고 충전 파일이나 공유 충전 네트워크에 의존하지 않고도 충전을 완료할 수 있다는 것입니다. 그러나 기존 충전의 단점도 매우 분명합니다. 가장 큰 문제는 충전시간이 길다는 것이다. 현재 대부분의 트램의 주행 거리는 400KM를 초과하며, 기존 충전에 해당하는 충전 시간은 약 8시간입니다. 장거리 운전이 필요한 자동차 소유자에게는 도로에서의 충전 불안이 다른 요인보다 훨씬 큽니다. 둘째, 기존 충전의 충전 방식은 저전류 충전이고, 충전 방식은 선형 충전이므로 리튬 배터리의 특성을 잘 활용할 수 없습니다.
DC 고속 충전: 느린 AC 충전으로 전기 자동차를 충전하는 문제는 항상 주요 문제점이었습니다. 신에너지 차량을 위한 고효율 충전 솔루션에 대한 수요가 증가함에 따라 시대의 요구에 따라 고속 충전 솔루션이 등장했습니다. 고속 충전은 고속 충전 또는 지상 충전입니다. DC 충전 파일에는 전력 변환 모듈이 내장되어 있어 그리드 또는 에너지 저장 장비의 AC 전력을 DC 전력으로 변환하고 변환을 위한 온보드 충전기를 거치지 않고 차량 내 배터리에 직접 입력할 수 있습니다. DC 충전 전력은 배터리 관리 시스템과 충전 파일의 출력 전력에 따라 달라지며 둘 중 작은 값을 입력 전력으로 사용합니다.
급속충전모드의 대표주자는 테슬라 슈퍼충전소다. 고속 충전 모드의 전류 및 전압은 일반적으로 150-400A 및 200-750V이며 충전 전력은 50kW 이상입니다. 이 방식은 대부분 DC 전원 공급 방식이다. 지상의 충전기 전력은 크고 출력 전류 및 전압 범위는 넓습니다. 현재 시중에 판매되는 Tesla의 고속 충전 전력은 120Kw에 이르며, 30분 만에 전기의 80%를 충전할 수 있고, 충전 속도는 2C에 가깝습니다. BAIC EV200은 37Kw에 도달할 수 있으며 충전 속도는 약 1.3C입니다.
제어 시스템: BMS 충전 장비의 전환 프로세스도 전기 자동차 전원 배터리의 관리 시스템 BMS(배터리 관리 시스템)와 협력해야 합니다. BMS의 가장 큰 장점은 충전 과정에서 배터리의 실시간 상태에 따라 배터리 충전 방식을 변경한다는 것입니다. 비선형 충전 모드는 안전과 배터리 수명이라는 두 가지 전제 조건 하에서 빠른 충전을 실현합니다. .
BMS의 기능은 주로 다음 범주를 포함합니다.
전원 상태 모니터링: 가장 기본적인 전원 상태 모니터링 내용은 전원 배터리의 충전 상태(SOC) 모니터링입니다. SOC는 배터리 잔량과 배터리 용량의 비율을 의미하며, 자동차 소유자가 전기차의 항속거리를 평가하는 주요 지표다. BMS는 배터리 팩에 있는 여러 고정밀 센서의 데이터를 호출하여 배터리 매개변수 정보(전압, 전류, 온도 등)를 실시간으로 모니터링하며 모니터링 정확도는 1mV에 달합니다. 정확한 정보 모니터링과 뛰어난 알고리즘 처리로 배터리 잔량 평가의 정확성이 보장됩니다. 일상 운전 중에 자동차 소유자는 SOC의 목표 값을 설정하여 차량 에너지 소비를 동적으로 최적화할 수 있습니다.
배터리 온도 모니터링: 리튬 배터리는 온도에 매우 민감합니다. 온도가 너무 높거나 낮으면 배터리 셀 성능에 직접적인 영향을 미치며, 극단적인 경우 배터리 성능에 돌이킬 수 없는 손상을 입힐 수 있습니다. BMS는 센서로 모니터링하여 배터리 작동을 위한 안전한 환경을 보장할 수 있습니다. 온도가 낮은 겨울에는 BMS가 가열 시스템을 호출하여 배터리 충전 효율 저하를 방지하기 위해 배터리 셀을 가열하여 적절한 충전 온도에 도달합니다. 여름에는 온도가 높거나 배터리 온도가 너무 높을 때 BMS가 즉시 냉각을 통과합니다. 시스템은 운전 안전을 보장하기 위해 배터리 온도를 낮춥니다.
배터리 에너지 관리: 제조 공정 오류 또는 배터리 실시간 온도 불일치로 인해 전압이 달라질 수 있습니다. 따라서, 충전 과정에서 배터리의 일부 셀은 완전히 충전된 반면, 다른 셀은 완전히 충전되지 않을 수 있습니다. BMS 시스템은 배터리 셀의 전압차를 실시간으로 모니터링하고, 각 단일 배터리 셀 간의 전압차를 조정 및 감소시키며, 각 배터리 셀의 충전 균형을 보장하고, 충전 효율을 향상시키며, 에너지 소비를 줄입니다.
1.2 4C가 업계 트렌드로 자리잡을 것으로 예상
충전 문제는 소비자들에게 골칫거리가 되었습니다. 충전 속도는 전기 자동차를 사용하는 전반에 걸쳐 항상 사용되었습니다. 현재 전 세계적으로 전기 자동차가 빠르게 보급되고 확장되면서 충전 속도가 자동차 소유자의 운전 효율성과 사용자 경험에 미치는 영향이 더욱 증폭되었습니다. 심리적 고정: 기존 연료 차량의 에너지 보충은 매우 빠릅니다. 일반적인 상황에서는 주유차량이 주유소에 진입하고 주유소를 빠져나가기까지 주유하는데 10분도 채 걸리지 않습니다. 모든 고속도로 정류장. 400KMH의 기존 전기차를 예로 들면, 전기차의 충전 속도는 일반적으로 30분 이상이며, 충전량이 부족하여 사전 충전 대기 시간이 길어집니다. 현재의 충전 기술은 연료자동차의 주유 방식에 비해 장점이 없습니다. 연료자동차의 심리적 정착 시간 10분은 언제나 고객이 전기차 충전 속도를 측정하는 첫 번째 기준이다.
슈퍼차징 표준이 고안되었습니다. C의 정의: 일반적으로 C를 사용하여 배터리의 충전 및 방전 속도를 표현합니다. 방전의 경우 4C 방전은 배터리가 4시간 만에 완전히 방전되는 전류 강도를 나타냅니다. 충전의 경우 4C는 주어진 전류 강도에서 배터리를 용량의 400%까지 완전히 충전하는 데 1시간이 걸린다는 것을 의미합니다. 즉, 주어진 전류 강도에서 배터리를 완전히 충전하는 데는 15분이 소요됩니다. 4C란 무엇입니까? 4C는 새로운 표시기가 아니라 1C, 2C와 같은 기존 충전 및 방전 표시기의 확장입니다. 부스트의 한계 효과는 약합니다. 배터리의 충전 속도가 4C를 초과하면 기술 난이도가 높아지고 배터리에 가해지는 전류 압력도 높아지지만 기술 개선으로 인한 긍정적인 효과는 작아집니다. 따라서 우리는 현재 4C가 성능 향상과 배터리 기술 경제성을 결합한 최적의 솔루션이라고 믿습니다.
전원 배터리 충전 속도의 반복 프로세스: 초기에는 당시 기술 수준의 제한으로 인해 충전 기술이나 배터리 기술 모두 배터리를 더 높은 속도로 충전할 수 없었습니다. 속도는 0.1C에 불과하며, 충전 속도의 증가는 배터리 수명에 큰 영향을 미칩니다. 리튬 배터리 기술의 지속적인 혁신과 BMS의 지속적인 개선으로 배터리의 충전 및 방전 속도가 크게 향상되었습니다. 가장 초기의 AC 완속 충전 방식의 충전 속도는 0.5C 미만입니다. 최근 전 세계적으로 전기자동차의 보급이 가속화되면서 동력배터리의 충전기술은 획기적인 발전을 이루었고, 전기자동차는 1C에서 2C로 급속히 진화했습니다. 2022년에는 3C 배터리를 탑재한 국산차가 시장에 진출한다. 2022년 6월 23일 CATL은 새로운 Kirin 배터리를 출시했으며 내년에 4C 충전이 출시될 것으로 예상된다고 밝혔습니다.
슈퍼 충전은 충전 기술을 업그레이드하는 유일한 방법이 될 것입니다. 신에너지 자동차와 마찬가지로 휴대폰 역시 충전 속도에 대한 수요가 크며, 휴대폰 개발 과정에서 충전 기술도 꾸준히 발전하고 있다. 1983년부터 모토로라 DynaTAC8000X가 10시간 충전, 20분 통화를 달성했고, 2014년에는 , OPPO Find 7 충전 촉진 2시간 동안 5분 동안 통화하면 이제 많은 모델이 15분 만에 4500mAh 배터리를 완전히 충전할 수 있습니다. 스마트폰의 충전 프로토콜도 2010년 USC BC 1.2의 5V 1.5A에서 2021년 USB PD 3.1로 업그레이드됐으며 최대 전압은 48V까지 지원할 수 있다. 우리는 스마트폰이든 신에너지 자동차이든 고속 충전의 실현이 제품 경험을 크게 향상시킬 것이며 기술을 업그레이드하는 유일한 방법이라고 믿습니다. 앞으로는 전기차용 4C 충전도 업계 트렌드가 될 것이다.
1.3 슈퍼차징의 다기업 전개
현재 많은 회사가 자체 고속 충전 레이아웃 계획을 발표했으며 2021년부터 관련 모델이 출시되었습니다. 포르쉐는 최초의 800V 고속 충전 플랫폼 전기 자동차를 출시했습니다. 컨셉 모델인 Ocean-X에 대응하는 BYD e 플랫폼 3.0이 출시되었습니다. Geely Jikrypton 001에는 800V 고속 충전 플랫폼이 장착되어 있습니다. 이와 동시에 화웨이는 AI 플래시 충전 풀스택 고전압 플랫폼을 출시했는데, 이는 2025년까지 5분 고속 충전을 달성할 것으로 예상된다.
1.3.1 화웨이: AI 플래시 충전 풀스택 고전압 플랫폼으로 5분 고속 충전 실현
"고전류"와 "고전압" 경로가 공존하며 후자가 더 비용 효율적입니다. 고속 충전이라는 목적을 달성하기 위해 더 높은 충전 전력을 달성하려면 전류나 전압을 높여야 합니다. 현재 시장에는 "고전류"보다 "고전압" 기술 경로를 더 많이 채택하는 회사가 더 많습니다. 화웨이는 "고전압" 기술 경로를 사용할 때 차량의 BMS 및 배터리 모듈 비용은 "고전류" 경로와 동일하지만 고전류의 영향을 고려할 필요가 없기 때문에 비용이 많이 든다고 말했습니다. 고전압 배선 하네스 및 열 관리 시스템은 상대적으로 낮습니다. 800V가 주류가 될 수도 있다. 오늘날의 주류 모델은 여전히 200V~400V 전압 아키텍처를 사용합니다. 빠른 충전 요구 사항을 충족하기 위해 더 높은 전력을 달성하기 위해 전류가 두 배가 될 수 있으며, 이는 차량의 열 방출 및 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 최근에는 SiC 등 전력소자, 고전압 커넥터, 고전압 충전건 등의 부품이 성숙해졌습니다. 전류가 상대적으로 안전한 범위에 있는지 확인하면서 더 높은 전압을 선택하는 것이 더 나은 선택입니다.
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