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超级快充开启新能源汽车时代新篇章
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超级快充开启新能源汽车时代新篇章

2021-09-27 15:13:04 来源:电子变压器与电感网 作者:陈泽香 点击:1607

【哔哥哔特导读】充电时间长,是当今新能源汽车的最大痛点,而超级快充,就成为解决这一痛点难点的主要方案之一。

自2011年国家推行新能源汽车在各城市推广试点至今,新能源汽车在国家大力扶持下,已走过十个年头。新能源汽车发展初始,由于技术不成熟,面临着诸多如续航时间短,充电基础设施少,电池价格高且存在安全风险,充电时间长等难题。

新能源汽车

里程焦虑式微  超级快充来了!

如今,400km已成为新能源汽车入门级续航标准,更有700-800km的方案,与传统燃油车的里程并无区别,里程焦虑得以缓解。

中国电动充电基础设施促进联盟公布的数据显示,截止2021年6月,全国充电基础设施累计数量为194.7万台,同比增加47.3%,充电桩建设速度加快。随着充电基础设施的全面铺设,充电桩随处可见,新能源汽车充电便利性大大提高。

电池安全问题一直是行业关注重点,近年来随着电池生产管控水平的提升,大数据后台的预警功能等,由电池引发的安全事故也逐渐可控。

然而,新能源汽车若要充满电,往往需要1-2小时,对比燃油车3-5分钟就能加满油箱,在充电时间上新能源汽车存在明显劣势,制约了新能源汽车进一步发展。这也导致充电时间长,成为新能源汽车现阶段最大痛点。时下,换电、超级快充,成为解决新能源汽车充电时长过长这一痛点难点的两个主要方案。

换电or超级快充?哪种模式更胜一筹

记者采访过程中,有受访者表示更加看好换电这一模式。京泉华磁材开发工程师朱工表示,从目前超级快充所需充电时间与换电时间相比,换电时间更多,因此相对来说更加便捷一些。只是目前基础充电设施与换电站普及程度还需进一步提高。

巨湾技研充电事业高级总监彭文科则指出,换电有其主要的应用场景,比如说重型卡车,其电池特别多,还有多个接口,这种情况下换电模式就更为便利。相比之下,超级快充的应用场景则更为广泛。

星星充电研究院经理赵会则觉得超级快充更具有市场推广性和发展前景。赵经理表示,就像以前手机,也是通过换电池的方式来补充电量,但是现在基本采取充电器直接给手机充电的方式了。以此类比,超级快充就比换电这种续航方式更具发展前景。再者换电容易产生追责难题,发生故障时难以判断是电池问题、换电站问题还是汽车其他系统的问题。此外,所谓换电也就是更换电池,意味着还需要给电池充电,新能源汽车数量增加,要匹配其充电需求就需要更多的替换电池,这将占据很大的存储体积与存储成本。

也有人表示,超级快充与换电各有其应用场景,优势互补。在国轩高科动力新能源宋工看来,如今新能源汽车续航里程300~400公里已经能够满足消费者的基本需求了,关键是要解决充电的方便性,以及电池的长久性、安全性。其实从便利性的角度来看,超级快充和换电都能做到。使用超级快充,消费者能自主选择充多少电,换电则更吸引需要短时间内就充满电的消费者。

雅玛西总经理助理周晖也提到:由于换电需要更换电池,一旦发生安全问题,难以判断是电池或是汽车电能转换问题,不利于消费者进行合理追责。不过现在续航方式有许多,有线充、无线充、超级快充、慢充,还有换电的,各有优缺点,也各有其应用场景,给消费者提供了更多的选择。

何为超级快充?

那么,他们口中所说的超级快充是谓何物?顾名思义,就是对比市面上普通的充电桩,在充电速度上有质的飞跃,从而达到充电时间大大缩短的效果。当前,虽仍未有专门的标准定义超级快充,但相关标准已初步拟定。

2020年6月,国家电网有限公司与日本CHAdeMO协议会分别发布《电动汽车ChaoJi传导充电技术白皮书》和 CHAdeMO3.0 标准,标志着ChaoJi充电技术迈入标准制定与产业应用新阶段。兼容国内GB/T标准的版本有望于2021年发布。在新标准下,直流充电桩的最大电流可达600A,最高电压达1500V,乘用车的充电功率提升到400kW,商用车的充电功率更是能增加到900kW,充电时间可以大幅缩短到10分钟以内。

今年,广汽埃安宣布研发出全球首个6C超级快充技术,功率输出不低于480kW,是市面上常见充电桩(60kW)的8倍,可实现8分钟充满80%电量。据悉,超级快充电池部分广汽埃安采用了高孔隙涂覆陶瓷隔膜、新型低粘度高功率电解液、特有的软碳/硬碳/石墨烯包覆改性技术等新型技术及材料,最终实现了在迁移速率、嵌入速度和导电能力上的全面提升,让锂离子迁移过程极大加速,从而大大提高了充电速度。彭文科也表示:超级快充的成功研发是基于材料、生产工艺、正极负极电解液等整体技术的突破,从而使超级快充电池体系实现全方位技术改进,并非只有单一方向技术的突破。        

多家桩企、车企、动力电池企业跑步入场

实际上,除广汽以外,几乎所有车企的规划中,都开始布局超级快充车型及相关技术研发。

2019年,保时捷推出的Taycan就能实现在800V直流充电桩充电的情况下,充电4分钟,续航100公里,15分钟充电80%,是早期布局超级快充车企的典型代表。

同年,小鹏汽车与特来电共建超级快充充电站,自建超级快充站体系。今年小鹏汽车还在高速路段建设了首批11个高速超级快充充电站,输出功率达180kW,截止目前,已在全国各地上线298个超级快充充电站。

此外,还有吉利、长安、奥迪、大众、宝马、PSA和现代等新能源车车企都已对外宣称入局超级快充,实现几百千瓦级的超级充电速度。

特斯拉的第三代超级快充桩是行业技术先锋,最大充电功率在250kW,使用第三代超级快充桩,可实现5分钟补充120km续航里程,部分车型在峰值功率的状态下,15分钟可获得约250km续航里程。截至2021年8月,公开数据显示,在全国范围内,特斯拉建设超过920座特斯拉超级快充充电站、7100多个超级快充桩,覆盖全国超过330个城市。

充电桩企业中,特来电推出的300kW一体式直流双枪充电单桩既可实现300kW双枪快充,同时可以满足150kW群充充电需求,输出电压最高可达750V;星星充电自主研发的500kW大功率液冷充电系统可让车辆于10分钟内充满电,能有效提高电桩转换效率,并显著降低电损;万马爱充旗下产品智慧充电树V1和V2充电功率在240kW-480kW,直流输出电压高达750V。

动力电池企业蜂巢能源今年在上海国际车展上首次对外发布了全新快充技术和对应电芯,第二代4C快充电芯容量165Ah,仅需10分钟就可实现SOC20%~80%,实现充电10分钟续航400公里,预计2023年二季度实现量产。据现场的技术人员介绍,这款超级快充的技术创新主要包括,正负极材料运用了最新技术,并且电解液采用含硫添加剂/锂盐添加剂等低阻抗添加剂体系,降低正负极界面成膜阻抗。

领湃新能源苏州研发中心开放日上,领湃新能源技术团队宣布通过特殊设计的离子快穿通道设计,实现动力电池4C充电,15分钟充电5%~85%SOC。未来规划动力电池6C充电、充电时间少于10分钟。

宁德时代同样不甘落后,早早布局了超级快充技术,推出了自主研发的快充型电芯,充电速度提升一倍,可实现15分钟充电80%。

超级快充时代   迈过800V这个坎

国家电网作为快充桩营运龙头,同时是国内最大的充电桩公开招标企业,其招标需求对行业具有风向标意义。近年,国家电网招标的大功率充电桩数量呈现明显上升趋势。从电压上看,目前国家电网招标充电桩的充电模块已可兼容 DC200V-750V,未来将主要开发750V 并提前研发950V的充电模块。

中国科学院院士欧阳明高在今年电动汽车百人会组织的研讨会上提到,要解决充电时间长难题,需要更大功率的快充技术,超级快充是大势所趋,行业需要推进新能源汽车采用≥800V的更高电压平台。

目前主流快充模式主要基于400V电压平台,然而随着用户需求升级,当前400V电压平台已不太能够满足用户的需求。2019年,保时捷率先在全球推出800V高压电气架构,旗下首款纯电动跑车Taycan采用800V直流快充系统并支持350kW大功率快充,成为800V高压平台吃下第一个螃蟹的企业。此后,不断有企业开始对800V高压平台进行研发布局。

近期,“800V”在新能源汽车行业频频出现,很大一部分原因就是充电时间长的痛点爆发,倒逼超级快充桩技术发展,有越来越多的企业建立800V高压平台搭配超级快充,从而更好解决这一“顽疾”。

今年以来,华为推出首个 AI 闪充全栈动力域高压平台解决方案,2021 年落地的 FC1 闪充方案,充电 15分钟 可实现30%-80%SOC;比亚迪发布e平台3.0,搭载 800V 高压闪充技术;吉利发布极氪 001,搭载 800V 高电压平台;长城旗下蜂巢能源发布蜂速快充电池,其中第二代蜂速快充电池支持 800V 的高压电气架构,充电倍率达到 4C。

电压平台的升高,也意味着电动车诸多零部件需要开发设计。目前OBC、MCU、HVBAT可使用800V,400V原件(如HVAC高压空调,HVPTC电热器)的使用则需要额外增加一套800V到400V双向变压的直流DC-DC转换器。

磁性元器件与电源面临新挑战

彭文科指出,如果要配合超级快充的需要,磁性元器件应具有大功率、模块化的特性。首先,磁性元器件单模块的功率需要不断快速向上突破,因为超级快充达到480kW时,不再需要使用低功率的磁性元器件,因此原本适用于普通充电桩的磁性元器件就无法满足需求,这就需要重新选型,推出更高功率的磁性元器件。此外,功率的提升需要更多磁性元器件的叠加,为尽可能缩小体积,磁性元器件还需要往模块化的方向发展。

为此,磁性元器件厂商雅玛西周晖表示,高电压高频率大电流的超级快充,对磁性材料、磁性元器件提出更高的要求,技术难度也更高。超级快充的出现,需要更高性能的磁性元器件才能满足其需求,这就要从磁性材料的研发来推动。现在我们已经和兰州大学进行相关的新型磁性材料的研发合作,虽然目前还没有具体应用到产品上,也没有推向市场,但预计未来一两年就能推出。

电源厂商金升阳管玉华则认为,人与车接触密切,因此对新能源汽车及相关用磁性元器件、电源等产品的安全性一直是客户关注的重点。对于电源来说,我们一直严格把关,设计成熟的电源产品方案,降低产品的不良率。同时,许多安全事故的发生是因为电源、电池的散热问题,超级快充高功率大电流亦给电源、电池带来很大的工作压力。作为电源厂商,我们也在努力提高电源的应用环境温度,降低事故发生的风险。

超级快充时代来临,势不可挡

虽然超级快充尚处于初步发展阶段,仍面临着诸如零部件替换升级、电源电池安全性难题、瞬间功率造成的电网冲击、换电与其他充电方式替代等挑战,但我们仍无法阻挡其发展的步伐。充电时间长痛点的存在,使得超级快充势必会成为未来新能源汽车研究的重点方向与发展方向。

除了大多数充电桩企业、整车企业加强超级快充技术研发,建立超级快充桩、推出超级快充车型以外,超级快充时代来临,还依赖于上下游产业链的通力合作。

磁性元器件知名企业雅玛西正加速研发新型磁性材料,预计在未来一两年推出可适用于超级快充领域的磁性材料、磁性元器件。

电池厂商国轩高科动力新能源也通过选用安全的材料,比如尽量用磷酸铁锂电池,少用高能量密度的材料;电池尽量做扁平薄,以达到更好的导热效果;增加极耳的数量,便于散热等方式来解决超级快充电池安全问题。

在第三届光储充技术创新研讨会上,永联科技项目经理陈小平表示推出适配于超级快充的40kW大功率充电模块,锐速智能副总经理覃见吉现场阐述了480kW大功率液冷超级快充产品应用。

随着标准的建立,超级快充技术的完善,充电基础设备的全面铺设,上下游企业的配合发展,超级快充即将书写新能源汽车时代新篇章!

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