2024年5月10日，比亚迪发布了e平台3.0 Evo平台和首搭车型海狮07EV。关于e平台3.0 Evo，内容确实有点多。我计划分10期来解读，此为第3期：智能末端快充。
要买电车的朋友可能会纠结：同一款车，买磷酸铁锂的标续版(580km)，还是加2万买三元锂的长续版(700km)呢？
支持标续版的一方认为：为电池寿命考虑，三元锂推荐充到SOC 90%，而磷酸铁锂可以充到100%。二者的实际续航差不多，何必花2万元的冤枉钱呢？
支持三元锂的一方认为：服务区充电时，因为SOC80%以上充电速度太慢了，大家都不会充到100%。如此一来，长续版的85%比磷酸铁锂的85%多出的100公里左右续航，在开长途时就十分关键啊！
在这场争论中，电车用户已经习惯了「末端充电就是慢」，这已经成为了锂电池的一个固有规律。「末端充电」的存在，让电车续航在很多场景下只能打折使用。
「末端充电」究竟有多慢呢？我手头有一些实测数据。
先看2020年的初代小鹏P7，在SOC 20%-80%区间可达到80kW的充电功率，到了80%、85%、90%、95%分别会降低到45kW、20kW、20kW、10kW左右，相对峰值的衰减幅度高达50%、75%、75%、87%。「末端充电」确实慢，而且不是一般的慢。
20年的车有点古老了，咱们来看看24年的热门新车：小米SU7 Pro。峰值功率高达240kW，比4年前的小鹏P7高了2倍；80%、85%、90%、95%的功率分别降低到71kW、52kW、40kW、20kW左右，相对峰值的衰减幅度高达70%、88%、92%。
再来看看2023年的充电王者，小鹏G9 4C版的充电功率曲线：
将上述三辆车的数据统计在表格里，咱们可以发现两个规律：
规律1：峰值功率高的车型，末端充电的绝对数值也会高一些。
规律2：无论峰值功率高低，末端充电的衰减幅度都很大！
有人可能会想，充电功率衰减70%-90%，也就是充电时间增加70%-90%呗？不要紧，只要峰值功率足够大，那末端充电稍慢一点也可接受。
这个想法的bug在于：充电功率衰减70%-90%，充电时间将增加300%-1000%；无论峰值功率有多快，SOC 80%以上的末端充电时间都不可忽视。
咱们再来看一张图：还是刚才那辆小米SU7 Pro，仅用27分钟就可以充到80%左右，但要想充到100%那就需要将近70分钟了！也就是说，最后的20%工作量却要花掉前80%工作量的两倍时间，这怎么想都不划算啊！
由于充电时间和充电功率大小是反向关系，当充电功率衰减越大时，每多衰减一点带来的充电时间增长，都会更严重一些。「末端充电」带来的后果，可能比大部分人预期得更严重一些。
反过来讲，由于末端充电的衰减程度很大，我们不必追求末端充电零衰减，只需要降低一点点衰减，就可以获得充电时间上的巨大增益。
这也是为什么，比亚迪e平台3.0 Evo的「智能末端快充」技术那么重要了！
海狮07EV的充电实测
7月31日，我前往苏州阳澄湖试驾了比亚迪e平台3.0 Evo的首款量产车海狮07EV，并实测了充电性能。测试采用的并不是液冷超充桩，而是大家容易找到的250A非液冷桩，因而更有现实意义。
实测海狮07EV的充电功率曲线如下图所示：最高充电功率172kW。
你可能首先发现了一个亮点：海狮07EV额定电压为537.6V，在最大电流250A的非液冷桩对应的充电功率极限为134kW。它怎么突破了这个极限，达到了172kW呢？
这其实正是上期内容「升流充电」：临时构建750V电压平台与充电桩对接，让充电桩输出750V*250A = 187.5kW的极限功率；内部将750V降低为537.6V左右，同时将250A电流升为187.5kW/537.6V = 349A，从而将充电功率提升了40%。
可以看到：海狮07EV在SOC 55%左右，充电功率衰减到120kW左右；SOC 80%左右衰减到90kW；一直到95%之前，充电功率衰减程度都是比较温和。
将末端充电功率与衰减幅度也填在表里，可以直观地对比出来：海狮07EV在SOC 80%-100%区间虽然也有充电功率衰减，但幅度明显小于前文提到的三款车型。
这就是比亚迪e平台3.0 Evo的「智能末端快充」技术。
「智能末端快充」的原理是什么？
比亚迪官方解释：负脉冲充电缓解锂离子堆积。
啥叫负脉冲充电？咱们先看看正常的充电电流是什么样的曲线。如下图，电流是一个连续的曲线，根据电池耐受程度的不同，从550A逐渐降低到34A。这是一个连续的曲线：中间没有间断，更没有充一会电、放一会电的过程。
如果充电过程中有中断，充一会歇一会，那就是脉冲式充电；如果充一会电、放一会电的交替过程，那就是正负脉冲式充电，或称为负脉冲充电。
为什么脉冲式充电、负脉冲充电可以提升充电速度？我们可以从两个角度来理解这个问题。
角度1：类比理解
脉冲式充电，可以类比为喝酒。上来就猛喝三瓶(啤酒)，很容易就倒下了，这就是恒流喝酒；如果是喝一杯、缓一会，那就有可能喝下去五瓶，这就是正脉冲喝酒。喝多了容易吐，这是难以避免的，但之后又可以再战三瓶，这就是负脉冲喝酒。
比亚迪的解释是锂离子在负极材料表面堵塞了通道，就像是小学生放学时，几百个小学生都急着出去，结果在大门口堵住了一样。这时候怎么办呢？在后面硬推小朋友前进是不行的（加大电流），这会把门给挤破（负极材料损耗），也可能会挤伤小朋友（安全风险）。
正确的方法就是校长拿个大喇叭，喊一声门口的小朋友先别动，先退回来缓解堵塞情况之后，再出校门！如此一来，磨刀不误砍柴工，小朋友离开学校的平均速度反而会上升！
听了这种类比的理解，不少有会有恍然大悟的感觉！
这个类比，也可以用来理解反直觉的「拉瓦尔效应」：捏住水管，流道变窄之后水流速度加快；到达出口，流道从窄变宽，水流速度进一步加快！前一句是符合直觉的，后一句则是反直觉的。
这种「宽 - 窄 - 宽」的三段式管道，通过伯努力方程可求解出：从宽进窄，水流速度会加快；从窄进宽，水流速度会进一步加快！这种反直觉的物理现象，也可以用小学生放学的类比来帮助理解。
这种类比理解，可以让反直觉的现象符合直觉，从而让我们心理舒适一些。但要注意的是，它只是给我们一种「仿佛理解的感觉」，并不能给我们「真正的理解」。
例如，脉冲式充电也可以类比为「三天打渔两天晒网」，按中华传统文化来看，肯定不如「持之以恒」的恒流充电效果好。类比理解，你想怎么类比就可以怎么类比，可以得到截然相反的结论，但都不是真正的理解。
角度2：挖掘本质原因
挖掘本质原因是比较困难的，这也是为什么本篇文章拖了这么久。前后阅读了几十篇论文也没找到答案，最后还是请教清华大牛学弟秦宇迪才有所收获。他不仅学术做得很牛，博士毕业后创立的光储充一体化解决方案公司“链宇科技”也很厉害，大家可以关注一下！
脉冲充电可以提升充电速度，这从数学上也是反直觉的。
从上海开到南京，先按120km/h开大半段，再按80km/h开小半段，全程平均速度100km/h；这种开法，不如全程100km/h更为省电。
给定一个周长，你绞尽脑汁去构建各种多边形，它的面积都会小于规规整整的圆形。
为什么最优解总是这么平淡、简洁？ 是因为构造出的最优化问题都是「凸函数」(Convex Function)，对应的也是「凸优化」问题。如果凸函数这个词有点陌生，那不妨想一下抛物线，二次函数就是最简单的凸函数，它的极值点很容易找到。
如此一来，脉冲式充电就不太容易理解。充一会歇一会，应该不如匀速充更优啊？更不用说充一会电、放一会电了，这仿佛在说一脚电门、再来一脚刹车(回收能量)会更省电一样，毫无道理。
后来试图从锂电池的等效电池模型、电化学模型来找答案，均无功而返。和一些学者交流，关于脉冲充电能否加快充电速度这一话题，他们认为也存在争议。
比亚迪的技术专家向我推荐了一篇论文：Unravelling the Mechanism of Pulse Current Charging for Enhancing the Stability of Commercial LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2/Graphite Lithium‐Ion Batteries(揭示脉冲电流充电机制以提高商用 LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2/石墨锂离子电池的稳定性)。
论文对NCM523电池做了一组试验：分别以1C充电、100Hz频率的2C/0C脉冲充电、2000Hz频率的的2C/0C脉冲充电。可以看出，这三种充电方式的平均充电功率是相同的。
1000个循环之后，CC恒流充电衰减了62.2%，而100Hz和2000Hz的脉冲充电分别只衰减了33.52%和18.27%。
<能源学人>关于此论文给出了一版翻译[3]：“通过原位电化学膨胀法测量锂化和脱锂过程中负极的厚度。负极的厚度在整个恒流循环过程中经历了显著波动，表明它不稳定；然而脉冲充电时厚度变化明显减少。
这凸显了这两种情况下石墨的锂插入行为的差异。在脉冲充电下，石墨内的锂离子分布变得更加均匀，从而减少了体积波动并减轻了可能导致石墨断裂的机械应力。脉冲充电有利于锂离子在石墨中分布更加均匀，并减轻石墨颗粒的破裂和粉碎，有效抑制锂离子电池中石墨电极的结构和厚度变化。因此，脉冲充电抑制了石墨负极的损失”。
众所周知，寿命与快充是此消彼长的关系。虽然本论文讲的是脉冲充电提升寿命，那么若追求同等寿命，就可以提升充电速度。
你可能想刨根问到底：为什么锂电池的这种材料会有这样的特征？为什么这个世界是这样的，而不是那样的？如果还要更深入的解释，那就要到物理化学层面，就比较困难了。下面有篇文章仅供参考，作为启发之用。
秦宇迪向我推荐了发表说<Science Advances>期刊上的一篇文章：Understanding the molecular mechanism of pulse current charging for stable lithium-metal batteries(理解稳定锂金属电池脉冲电流充电的分子机制)。
锂金属电池与锂离子电池并不一样，但也有相似之处，这篇文章的思路可以作为参考。请注意，这篇论文去解释脉冲充电的原理，比等效电路模型和电化学模型都要更底层一些，来到了“分子”级别的模型。
论文显示：通过优化脉冲充电电流，可有效调控锂离子在电解质中的溶剂化结构特征和扩散过程，可显著抑制锂枝晶的生成，从而大幅延长锂金属电池的寿命。最优脉冲比和脉冲延续时间均为调控脉冲充电过程的关键参数，它们的取值与锂离子在电解质中的溶剂化结构有关，主要由电解质本身性质决定。
说到这里，你可能想问为什么？可是到了分子机理或原子机理层面，就没有这么多为什么了。微观世界的原理，很难用宏观世界的直觉来解释。
例如，为什么氢和氦只差一个电子，化学性质就差这么多？为什么金比银多了一个电子层，就贵这么多？这到量子世界了，不好解释。
所以，为什么负脉冲充电可以提升充电速度？这是由锂离子电池的物理化学结构决定的，通过分子层面的机理可以解释。这听起来像忽悠人？没关系，作为消费者可以通过实践来检验，它的「智能末端快充」到底快不快。只要真的快，那就够啦！你说是吗？
2023年初，我就呼吁在充电峰值功率越卷越高的同时，行业应该关注末端充电速度。这是因为，当充电速度达到2C、3C时，峰值段的时间本来就不长，再增长到4C、5C的边际效益就很低了；反过来，末端充电速度本来就慢，那么提升一些的边际效益就非常高。
可大家都在卷峰值功率呢，有谁去在乎末端充电呢？而且，末端充电速度提升起来的难度比较大，一是需要了解电池原理，二是需要在电机控制电路中增加脉冲控制功能。这都是有难度的，吃力不讨好，所以这次又是比亚迪最先去做了！
既然提到了脉冲控制功能，那咱们下期就聊「脉冲加热」。
[1]Li,Shen,Tan,et al.Understanding the molecular mechanism of pulse current charging for stable lithium-metal batteries.[J].Science advances, 2017, 3(7):e1701246.DOI:10.1126/sciadv.1701246.
[2] Guo J , Xu Y , Exner M ,et al.Unravelling the Mechanism of Pulse Current Charging for Enhancing the Stability of Commercial LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2/Graphite Lithium‐Ion Batteries[J].Adv. Energy Mater. 14[2024-08-18].DOI:10.1002/aenm.202400190.
Advanced Energy Materials - 2024 - Guo - Unravelling the Mechanism of Pulse Current Charging for Enhancing the Stability of.pdf
[3]https://mp.weixin.qq.com/s/nsLhNeN5wFOQ53kMXlnRaA