《電子技術(shù)應(yīng)用》
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電動(dòng)車淘汰燃油車,,中間不止差一個(gè)800V高壓快充

2022-08-30
來源:每日經(jīng)濟(jì)新聞

   電動(dòng)車在市里開,方便又省錢,,但是跨省我還是不放心,,倒不是因?yàn)槔m(xù)航里程,,我這輛車夏天能跑450公里左右,主要是因?yàn)槌潆娞闊?,今年‘五一’假期在高速上充電就遇到了排長隊(duì),,耽誤時(shí)間,還很影響心情,,這次假期時(shí)間短,,我和家人商量還是租輛油車,這樣更方便,?!睆埬f。

  張凝的遭遇并非個(gè)例,。近期,,易觀分析發(fā)布的《中國電動(dòng)汽車公共充電服務(wù)市場發(fā)展研究報(bào)告(2022)》顯示,在接受調(diào)查的1000名新能源車主中,,85%的車主在公共充電場站平均單次充電時(shí)長在0.5~2小時(shí)之間,,58.1%的車主認(rèn)為充電排隊(duì)耗時(shí)長?!把a(bǔ)能時(shí)間長”也成為電動(dòng)車車主們用車時(shí)遭遇的普遍難題,。

  “張凝們”的煩惱或許將被很快解決。“充電10分鐘,,補(bǔ)能200km”,,當(dāng)前不少車企競相推出高壓快充車型。7月中旬,,搭載800V高壓快充平臺(tái)的極狐阿爾法SHI版量產(chǎn)車交付,;8月,同樣搭載800V高壓快充的小鵬G9將交付,。此外,,比亞迪、廣汽埃安,、吉利,、長安等自主品牌也在相繼入局高壓快充。公開資料顯示,,目前,,全球公開宣布搭載高壓快充技術(shù)的新能源車,半數(shù)以上在中國,。業(yè)內(nèi)甚至有人將2022年稱為是800V高壓快充車型量產(chǎn)元年,。

  隨著多款800V高壓快充車型的陸續(xù)推出,業(yè)內(nèi)樂觀預(yù)計(jì)電動(dòng)車補(bǔ)能難題將被破解,,新能源車的消費(fèi)需求將有更多想象空間,,電動(dòng)車淘汰燃油車的進(jìn)程將再提速。事實(shí)真是如此嗎,?近期,,《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者對(duì)此展開了實(shí)地走訪調(diào)查。

  噱頭還是真實(shí)用,?

  “保時(shí)捷Turbo充電站和超級(jí)充電站只可以為Taycan提供充電服務(wù),,其他車型暫時(shí)不支持?!痹诒本┑囊患冶r(shí)捷超級(jí)充電站內(nèi),,一位保時(shí)捷工作人員對(duì)《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者如此表示。

  超充樁只為旗下車型提供超充服務(wù),,并不僅限于保時(shí)捷一個(gè)品牌,。在走訪中,記者發(fā)現(xiàn)北京多個(gè)品牌的超級(jí)充電站都存在這一問題,。比如,,小鵬汽車S4超快充樁當(dāng)前只適配旗下G9車型,以及后續(xù)產(chǎn)品,。

  支持高壓快充的車型雖然有了專屬充電樁,,但并不意味著“充電10分鐘,,補(bǔ)能200km”就能成為現(xiàn)實(shí)。一位保時(shí)捷Taycan車主稱,,Taycan雖然支持800V高壓快充,,但一般只有保時(shí)捷中心或個(gè)別商業(yè)中心停車場配有Turbo充電樁,所以平時(shí)車輛補(bǔ)能還是以第三方的快充和家用慢充樁為主,,充電所需要的時(shí)間也更長,。

  保時(shí)捷Taycan是全球首個(gè)實(shí)現(xiàn)800V高壓充電平臺(tái)成功上車并量產(chǎn)落地的車型,其30分鐘內(nèi)電量可以從5%快充到80%,,如果使用400V充電槍則需要47分鐘,,而使用家用充電樁充電從0%充至100%則需要9~10個(gè)小時(shí)。

  記者注意到,,目前多個(gè)汽車品牌對(duì)車輛在高壓快充狀態(tài)下補(bǔ)能時(shí)間和續(xù)航里程的表述中,都會(huì)出現(xiàn)這樣的話術(shù),,“在理想條件下”“基于工程開發(fā)模擬數(shù)值”“數(shù)據(jù)來源于實(shí)驗(yàn)室”……

  對(duì)此,,一位自主品牌車企技術(shù)人員告訴記者:“目前基于完整800V架構(gòu)已量產(chǎn)的車型很少,大部分車企800V平臺(tái)多為400V電池串并聯(lián)過渡方案,,再加上補(bǔ)能時(shí)間和續(xù)航里程的測算受很多客觀因素的影響,,所以只能作為參考?!?/p>

  動(dòng)力電池端:充電速度與安全性難兩全

  高壓快充,,聽起來很美好,但對(duì)新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈上的每一個(gè)環(huán)節(jié)而言,,都是一個(gè)“牽一發(fā)而動(dòng)全身”的大工程,。

  一個(gè)關(guān)鍵的問題是,想要實(shí)現(xiàn)快充,,就必須提高充電倍率,,但動(dòng)力電池的循環(huán)壽命就會(huì)縮短,而現(xiàn)有技術(shù)還無法解決這一問題,。此外,,4C快充電池還未實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)裝車,其耐久性尚未經(jīng)受市場檢驗(yàn),。

  “充電倍率的提升,,依賴于相關(guān)技術(shù)包括電芯材料、電芯內(nèi)部結(jié)構(gòu),、模組設(shè)計(jì)方案,、電池包設(shè)計(jì)方案CTP,以及電池管理系統(tǒng) BMS等方面的不斷突破,。目前主流的動(dòng)力電池包已能支持2C充電倍率,,往上提升類似木桶效應(yīng),,需持續(xù)突破技術(shù)短板?!碧祜L(fēng)證券在研報(bào)中認(rèn)為,。

  在動(dòng)力電池領(lǐng)域有過多年研究的中國汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟副秘書長王子冬也認(rèn)為,實(shí)現(xiàn)快充要求動(dòng)力電池要具有比較高的充電接受能力(功率密度高),,如5C,、8C、10C等,,動(dòng)力電池的充電接受能力越高,,充電完成時(shí)間就越短。但動(dòng)力電池的特性決定了能量密度越高的電池,,充電接受能力反而越低,。想要同時(shí)兼顧高能量密度和高功率密度,對(duì)材料,、電池結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝的挑戰(zhàn)非常大,。

  “我們目前是在這兩個(gè)性能之間找平衡,能兼顧高能量密度和超級(jí)快充的電池方案,,我認(rèn)為還沒有找到,。”王子冬對(duì)記者說,。

  中國科學(xué)院院士歐陽明高同樣認(rèn)為,,超級(jí)快充完全充滿,同時(shí)電池還需要具備安全性和長壽命,,這是很難折中的,。但15分鐘充電80%也不是不可能,這要求電池本身要改進(jìn),,比如采用電極隔膜一體化技術(shù),,但這會(huì)對(duì)電池回收帶來麻煩。

  不過,,當(dāng)前主流電池供應(yīng)商正在推動(dòng)動(dòng)力電池充電倍率從1C~2C向4C升級(jí),。如寧德時(shí)代此前發(fā)布的麒麟電池宣稱可實(shí)現(xiàn)4C充電倍率,配合800V高電壓平臺(tái),,可實(shí)現(xiàn)10分鐘快充(從10%電量充至80%),;孚能科技自主研發(fā)的800V超充高壓平臺(tái)技術(shù)充電倍率為2.7C,整包充電倍率等效為2.2C,,意味著從10%電量充至80%僅需15分鐘,,預(yù)計(jì)2022年10月進(jìn)入量產(chǎn)階段;蜂巢能源也已實(shí)現(xiàn)2C電芯產(chǎn)品的量產(chǎn),,未來其短刀電池全品類將提供4C快充技術(shù),、高效熱管理技術(shù)等,,適配800V高端車型。

  “快充對(duì)電芯方面的技術(shù)要求難度并不大,,但在800V高壓平臺(tái)上,,由于電池?cái)?shù)量較多,電池間微小的差異性都可能影響電池的使用壽命,,因此對(duì)電池系統(tǒng)的整體要求較高,。另一方面,超級(jí)快充技術(shù)對(duì)電網(wǎng)的要求也很高,,要能滿足大量電動(dòng)車同時(shí)快充的需求,,難度很大?!眹幐呖乒こ萄芯吭嚎傇焊痹洪L徐興無在接受記者采訪時(shí)表示,。

  充電樁運(yùn)營端:需求少,限制多

  盡管車企們競相開啟大功率超充樁布局,,但據(jù)記者了解,,公共充電場站的主力軍——第三方充電樁運(yùn)營商卻對(duì)此興致平平。

  “車企這種5~10分鐘補(bǔ)能150~200公里的宣傳抓住了新能源車主的痛點(diǎn),,但真正落地時(shí)面臨的限制很多。對(duì)于我們而言,,超充樁的成本,、選址、配網(wǎng)容量都需要考量,,現(xiàn)在支持超充的車輛又很少,,相當(dāng)于我好不容易建了個(gè)大水池,但絕大部分的車都是‘喝’不了這么快,,變相造成了一種資源浪費(fèi),,因此盡管公共場站一直在升級(jí),但支持400千瓦以上超充的還是極少數(shù),?!币晃怀潆姌哆\(yùn)營企業(yè)內(nèi)部人士向記者坦言。

  據(jù)萬幫數(shù)字能源股份有限公司高級(jí)副總裁李宏慶介紹,,目前星星充電在主要城市的充電訂單仍以30~90千瓦充電功率為主,,遠(yuǎn)未達(dá)到車企規(guī)劃超級(jí)快充時(shí)所設(shè)想的200千瓦以上。

  “杭州53%的訂單充電功率需求分布在30~60千瓦,,60千瓦以上的訂單比例約在20%左右,。合肥的情況與之類似,大于60千瓦的需求也是20%多一點(diǎn),,90千瓦以上的需求大概在1%,。成都的分布稍有不同,,60千瓦以上的需求分布超過22%,90千瓦以上占7%,,相對(duì)來說對(duì)大功率充電需求更高一些,。”

  另一充電運(yùn)營商特來電向記者提供的數(shù)據(jù)也基本與之相同,。據(jù)特來電首席專家穆曉鵬介紹,,當(dāng)前特來電各場站充電訂單顯示,85%的乘用車充電功率在45千瓦~100千瓦范圍內(nèi),,其中最多的訂單位于60千瓦左右,。

  “從技術(shù)維度考量,滿足理論上充電5分鐘,、補(bǔ)充200公里續(xù)航的充電設(shè)施,,都是800V、360千瓦以上的高壓快充樁,,在當(dāng)前充電場站中的覆蓋比例并不高,。早期布局的這類充電樁主要服務(wù)于重卡類商用車,并且普遍的充電電壓也是在700V左右,;對(duì)乘用車市場來說,,這項(xiàng)技術(shù)仍處于起步階段?!蹦苕溨请娊?jīng)營副總裁于翔在接受記者采訪時(shí)說,。

  或許,正是因?qū)嶋H充電功率有限,,車主們對(duì)大功率充電的期待值很高,。中國電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施促進(jìn)聯(lián)盟信息部主任仝宗旗表示,在公共充電樁的補(bǔ)能行為中,,87.9%的用戶充電時(shí)偏好選擇120千瓦及以上的大功率充電設(shè)施,,而60千瓦以下充電設(shè)施的用戶選擇率僅為1.6%。其中,,選擇120~150千瓦大功率充電設(shè)施的用戶數(shù)量最多,,占比達(dá)35.1%。

  “車主在選擇充電樁時(shí)會(huì)綜合考慮充電時(shí)長,、停車收費(fèi)等因素,。總體而言,,大功率充電設(shè)施更符合用戶使用偏好,。”仝宗旗表示,。對(duì)此,,上述充電樁運(yùn)營企業(yè)內(nèi)部人士認(rèn)為,,這也解釋了當(dāng)前車企為何大力推廣超充樁。

  上游材料端:爭奪碳化硅

  動(dòng)力電池,、充電樁環(huán)節(jié)之外,,高壓快充技術(shù)距離落地推廣還有一關(guān)要過:關(guān)鍵材料碳化硅(SiC)。

  “如果電動(dòng)汽車架構(gòu)升級(jí)到800V甚至更高水平的平臺(tái)上,,包括逆變器,、電驅(qū)系統(tǒng)、電能轉(zhuǎn)換等在內(nèi)的強(qiáng)電鏈路將從傳統(tǒng)的硅基產(chǎn)品換成SiC功率器件,?!鄙鲜鲎灾髌放栖嚻蠹夹g(shù)人員告訴記者,原本的硅基IGBT芯片達(dá)到了材料極限,,而具備耐高壓,、耐高溫、高頻等優(yōu)勢的SiC是很好的替代方案,。

  在SiC的應(yīng)用上,,特斯拉是第一個(gè)“吃螃蟹的人”。2018年,,特斯拉Model 3首次將IGBT模塊換成了SiC模塊,。在相同功率等級(jí)下,SiC模塊的封裝尺寸明顯小于IGBT模塊,,并且開關(guān)損耗降低了75%,。換算下來,采用SiC模塊替代硅基IGBT模塊,,系統(tǒng)效率可以提高5%左右,。

  正是這次大膽的嘗試,,讓特斯拉占據(jù)著400V電池系統(tǒng)的技術(shù)和市場,。不過,成本難題也曾困擾著特斯拉,。當(dāng)時(shí),,一塊SiC功率器件的價(jià)格要比傳統(tǒng)硅器件貴十倍左右,即使如今SiC售價(jià)有所下降,,但其價(jià)格也仍是同等傳統(tǒng)硅器件的數(shù)倍,。

  對(duì)此,興業(yè)證券研報(bào)認(rèn)為,,隨著SiC產(chǎn)能提升,,價(jià)格會(huì)逐步降低,并且應(yīng)用SiC能夠簡化直流充電樁的電路結(jié)構(gòu),,減少元器件使用數(shù)量,,降低熱管理成本,。綜合來看,應(yīng)用 SiC 能在未來為快充樁的建設(shè)提供成本優(yōu)勢,。

  “SiC器件具有高頻率,、高效率、小體積等優(yōu)點(diǎn),,使用SiC材料可讓電機(jī)逆變器效率提升4%,,這將讓電動(dòng)車的續(xù)航里程至少提高7%;800V電壓平臺(tái)升級(jí)是其滲透率提升動(dòng)力之一,,未來將大規(guī)模應(yīng)用,;預(yù)計(jì)到2025年可達(dá)48.32億美元,行業(yè)未來5年復(fù)合增速可達(dá)25.5%,?!碧祜L(fēng)證券分析稱。

  事實(shí)上,,特斯拉之后,,越來越多的車企正在快速應(yīng)用SiC。近期,,小鵬汽車推出國內(nèi)首個(gè)量產(chǎn)800V高壓SiC平臺(tái),,可實(shí)現(xiàn)充電5分鐘,補(bǔ)充續(xù)航里程200km的能力,。此前,,比亞迪預(yù)計(jì)到2023年,電動(dòng)汽車將完全用SiC基車用功率半導(dǎo)體替代硅基IGBT,。

  值得注意的是,,當(dāng)前SiC功率器件市場以海外巨頭為主導(dǎo)。據(jù)Yole數(shù)據(jù),,2020年SiC功率器件市場中,,意法半導(dǎo)體、Cree,、ROHM,、Infineon、Onsemi 市占率分別為40.5%,、14.9%,、14.4%、13.3%,、7.7%,。“與國外SiC功率器件企業(yè)相比,國內(nèi)企業(yè)與其差距在于產(chǎn)品的穩(wěn)定性,,這決定著能否快速達(dá)到車規(guī)級(jí)(應(yīng)用)的關(guān)鍵,。”上述碳化硅研發(fā)工程師說,。

  在開源證券分析師任浪看來,,由于碳化硅仍在快速增長階段,格局尚未固化,,國內(nèi)企業(yè)有望依托龐大的內(nèi)需市場沖擊海外巨頭壟斷地位,。

  產(chǎn)品普及仍待時(shí)日

  盡管有種種難題待解,但業(yè)內(nèi)對(duì)電動(dòng)車超級(jí)快充的探索并沒有放慢腳步,。

  “未來超級(jí)快充將與其他技術(shù)路線并存,,成為新能源車主的補(bǔ)能選擇?!庇谙鑼?duì)記者說,,無論是慢充、快充,、超級(jí)快充還是換電,,都會(huì)有不同場景及用途。例如,,慢充多數(shù)投放在辦公場所,、社區(qū);普通快充集中在一些配套設(shè)施相對(duì)完善的公共充電站,;超級(jí)快充未來可能受到那些更追求時(shí)間效率和服務(wù)體驗(yàn)的中高端車型車主的青睞,。

  在中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)副秘書長兼中電聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)化管理中心主任劉永東看來,超級(jí)快充的普及推廣也并非一日之功,,仍需全產(chǎn)業(yè)鏈的共同配合,?!按蠊β食潆姴粌H僅是一個(gè)接口,,它也是一個(gè)系統(tǒng)工程,,包含車、槍,、樁等全產(chǎn)業(yè)鏈,。當(dāng)然,,我認(rèn)為超級(jí)充電只是未來多元化技術(shù)路線中的一種,,它更適合于中高端車型搭載,滿足車主對(duì)充電功率和充電速度的要求,?!眲⒂罇|說。

  從目前來看,車企針對(duì)800V快充技術(shù)推出的車型以中大型轎車和SUV為主,,售價(jià)在20萬~50萬元,。比如,小鵬G9,、機(jī)甲龍等車型將在年內(nèi)陸續(xù)上市,,業(yè)內(nèi)預(yù)計(jì)真正支持800V快充技術(shù)的產(chǎn)品大年要到2024年左右。

  而隨著大功率充電研究方向的確定,,未來高壓平臺(tái)將演進(jìn)到1000V~1500V,。2021年,華為給出了一套比較明確的技術(shù)目標(biāo):到2025年將推出電壓平臺(tái)超1000V,、功率600kW的快充方案,,5分鐘即可實(shí)現(xiàn)30%~80%SOC充電性能。

  雖然距離高壓快充產(chǎn)品普及尚有時(shí)日,,但就像快充技術(shù)改變了大家使用智能手機(jī)的習(xí)慣一樣,,高電壓平臺(tái)技術(shù)的落地也會(huì)對(duì)電動(dòng)車產(chǎn)品的技術(shù)走向和使用體驗(yàn)產(chǎn)生巨大影響。試想一下,,當(dāng)基于電壓平臺(tái)升高的量變,,使電動(dòng)車的便利性達(dá)到了媲美燃油車的質(zhì)變,那么電動(dòng)車取代燃油車的一天將很快到來,。


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