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大咖对话,剖析超级快充发展现状与难点
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大咖对话,剖析超级快充发展现状与难点

2021-10-14 09:52:42 来源:电子变压器与电感网 作者:陈泽香

【哔哥哔特导读】随着新能源汽车保有量不断提高,充电时间长的痛点越发受到人们的关注,而超级快充或能有效解决这一痛点。超级快充当前发展现状如何,又面临哪些技术难点。本期《对话》,将为你一一解析。

编者按:

中国汽车工业协会官方消息显示,截至2021年6月底,全国新能源汽车保有量超603万辆,占汽车总量的2.1%。其中,纯电动汽车保有量493万辆,占新能源汽车总量的81.7%。上半年新注册登记新能源汽车110.3万辆,与去年同期相比增加77.4万辆,增长234.9%。

新能源汽车保有量的增加,也意味着汽车充电需求的增加。随着新能源汽车续航里程的不断提高,充电时间长、充电效率低成为新能源汽车的主要痛点。为此,各大汽车厂商、充电桩厂商纷纷提出不同的解决方案来应对,以求更快地分到这一市场的蛋糕,超级快充也是在这样的背景下应运而生。

然而,超级快充作为今年新推出的产品,是否已经有相关的定义标准?对比市面上普通的充电桩有何突出优势?大电流、高频率的特性又会对充电桩厂商、磁性元器件厂商、电源厂商、电池厂商等提出哪方面的要求?超级快充是否具有推广的可行性,未来市场发展前景如何?对于这一新鲜事物,电子行业人士对此深感兴趣的同时亦有着许多疑问。本期《对话》栏目,将带领大家共同探讨超级快充发展现状及其技术难点,为广大对超级快充感兴趣的行业人士提供力所能及的点拨。

对话导览:

  1. 超级快充是否有定义标准?
  2. 超级快充所需磁性元器件类型与数量?对磁性材料、磁性元器件、电源有何要求?
  3. 超级快充功率高,体积比一般充电桩大,对其体积是否有相关要求?
  4. 超级快充充电功率高,极易导致电池温度高,电池的安全问题如何解决?
  5. 现阶段超级快充电池有何突破性的技术进展或是现存技术难点?其未来技术发展的主要方向是?
  6. 超级快充和换电两种续航方式,您比较看好哪一个的市场发展前景?
  7. 超级快充未来3-5年的市场如何?贵司是否有计划加入或是继续扩大这一市场领域?

对话嘉宾:

对话嘉宾

古兆坤:从顶层设计来讲,关于超级快充我们比较关注其标准问题,只有出台了相关的标准,上下游产业链的厂商才能更好地配合。想了解一下大家对超级快充的标准问题有何看法?                                                                          

广汽郑长安:现在针对超级快充,还没有相关的定义标准。因为超级快充还是一个新事物,很多时候标准的制定都有一定的滞后性。其实针对充电桩,国家已经有相关的标准,但超级快充现在仍是非标。目前主要是按照充电的功率与时间来区分慢充、快充和超级快充。

星星充电赵会:关于超级快充正式版的标准尚未发布,仍在拟定的过程中。一般来说,要达到500kw以上,才能称之为超级快充。今年我们已经开始在布局超级快充这一市场领域,并且也和相关的企业进行了合作。后续还会加大对超级快充市场的投入。

永联科技陈小平:永联科技承担了充电模块、充电桩等领域多项国家标准和行业标准的编制重任。2018年8月中日签署充电技术领域合作协议后,永联科技成为直流大功率快速充电中日统一标准的主要制定者。

超级快充所需磁性元器件类型与数量?对磁性材料、磁性元器件、电源有何要求?

广汽郑长安:充电时间的缩短,充电功率的提高,需要更高频磁性材料与磁性元器件。这就需要上游厂商研发出更多高频磁性材料、磁性元器件,同时提高生产工艺以满足越发复杂的工艺要求。

星星充电赵会:超级快充对比普通充电桩来说,电压甚至可能提高到1000V,这对继电器、熔断器以及磁性元器件来说,都需要其更为耐压。此外,由于功率的提高,往往需要叠加多个模块才能满足,因此磁性元器件的数量也会有所提高。然而目前国内能够达到800V以上高压接触器还很少,大部分还需要从国外去进口。从成本角度考虑,目前从日韩等亚洲国家进口的数量比较多。

巨湾技研彭文科: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,推出更高频磁性材料、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。

普晶谌利军:基本还是用传统的现有的磁性元器件。因为据我了解,市面上还没有新的磁性元器件出现。大电流、高功率的超级快充,自然就需要用更高频率的磁性元器件,因此就要选用高频磁性材料,一般就会用PC95、PC96。虽然说现在磁性元器件基本能满足高频的需求,但是如果超过500k赫兹也会对磁性元器件造成很大的损耗,所以我们还需要研发生产出更多低损耗的高频磁性材料、磁性元器件。

雅玛西周晖:超级快充为了缩短充电时间,必然是高频率大电流的,这就对里面所需磁性材料、磁性元器件提出更高的要求,技术难度也会更高。即使现在国内磁性材料、磁性元器件的国产化率已经很高,几乎能满足各个领域对磁性元器件提出的要求,但磁性元器件并非一成不变,而是一直在发展的。随着超级快充的出现,或许需要更高性能的磁性元器件的出现才能满足其需求,这就要从磁性材料的研发来推动。现在我们也有和兰州大学进行相关的高频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,但预计未来一两年应用于超级快充的高频磁性材料就能推出。

可立克顾军农:就磁性元器件来讲,要应用在OBC上首先需要满足AEC-Q200的标准,而这个标准其实已经是非常严格的,对于一些厂商来说已经是比较难达到的。我们磁性元器件厂商除了要达到这一标准以外,由于每一家客户的设计都不一样,我们还会根据客户设计的不同去改变磁性元器件的结构、生产工艺、性能等以满足不同的需求。

京泉华朱圣亮:因为汽车超级快充具有大电流高频率的特性,对磁性材料的要求会比较高,主要体现在损耗更低的转换效率更高的高频磁性材料。

金升阳管玉华:人与车接触密切,因此对新能源汽车及相关用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,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

超级快充功率高,体积比一般充电桩大,对其体积是否有相关要求?

巨湾技研彭文科:虽然说超级快充桩的体积普遍比较大,但并不会影响其推广使用。因为超级快充桩多建设于户外,且非单人、单个家庭使用,因此体积的大小并不会有太大的影响。

星星充电赵会:由于超级快充不太能进入个人使用领域,所以即使超级快充充电桩体积变大,对消费者来说影响并不会太大,不像手机快充一样需要考虑便携性,因此会有体积小型化的要求。针对汽车超级快充,消费者最主要的需求是充电速度,因此在设计时更多考虑如何提高充电功率。

永联科技陈小平:磁性元器件在整个充电桩模组中,占了较大的体积比例,有些达到1/15-1/12,甚至1/10的空间占比。磁性元器件的性能优劣也会影响到整个转换模组的特性。充电模块的性能也有赖于半导体、磁性元器件,我们希望磁性元器件能够实现低损耗、高效率、小体积,促进整个充电模块做成高效率小体积的产品。

京泉华朱圣亮:体积方面,未来可能会往小型化的方向发展,不过短期内体积并非关注的重点,现阶段还是主要将重点放在提高转换效率上。

雅玛西周晖:超级快充需要用到高功率高磁导率的高频磁性材料,而为了满足高功率的需求,往往需要叠加多个磁性元器件。因为单个磁性元器件的功率密度可能达不到超级快充高功率的需求,这就会导致超级快充体积较大。而小型化是磁性元器件行业的发展趋势,因为体积越大,所用材料越多,产品成本也会提高。但是我们也不会单纯追求体积的大小,而是协调各方面需求,生产出最佳性价比的产品。

金升阳管玉华:体积小型化是未来发展的趋势,因此电子元器件也在走集成化道路。但是,超级快充仍在初步发展的阶段,现阶段更多是考虑频率提高的问题,只有先把消费者最强烈的需求满足了,后续再考虑体积的问题。

超级快充充电功率高,极易导致电池温度高,电池的安全问题如何解决?

古兆坤:解决电池发热过高而引起的安全问题,宁德时代调整电解液配方,并通过不断研发,降低内阻减少发热,加大极耳散热,同时在结构上面进行特殊设计,如今的电池技术与安全性已能满足储能系统的要求。

国轩高科宋金保:电池的安全问题主要从以下三点来解决。一个是选用安全的材料,比如尽量用磷酸铁锂电池,少用高能量密度的材料。第二点是电池尽量做扁平薄,以达到更好的导热效果。第三个是增加极耳的数量,便于散热。

现阶段超级快充电池有何突破性的技术进展或是现存技术难点?其未来技术发展的主要方向是?

古兆坤:今年开始因为有客户涉及超级快充领域,从而对我们电池厂商会提出一些新需求,我们电池的技术发展方向也是按照客户的需求来进行,比如说根据超级快充中所需充电功率以及充电的时间来调整电池相关的性能。目前电池的技术突破方向主要包括改变电解液的配方,电芯的结构,降低温升,提高电压等。

永联科技陈小平:超级快充的核心就是AC-DC充电转换模块,只要把充电模块的输出电压,在保证安全可靠的前提下,最大限度做到高压、大电流,那么充电速度自然就变快。其实这个也跟电池相关,如果电池可以承受更大的电流,那外围的充电桩也可以做到。如果外围做到了,电池没有这个能力,也是不行。现阶段电池已经逐渐往这个方向在发展着。

(图片来源:汽车公社)

(图片来源:汽车公社)

超级快充和换电两种续航方式,您比较看好哪一个的市场发展前景?

古兆坤:超级快充一般来说应用于一些比较紧急充电的场景,短时间内就能充够续航里程要求的电;而运营用的物流车采取换电方式就更为便利。因此两者都有其主要的市场应用场景。

国轩高科宋金保: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。

京泉华朱圣亮:在我看来,换电这一续航方式相对来说更为便捷一点。但是由于基础充电设施与换电站在我国的普及程度相对还比较低,现阶段市场拓展还是比较有难度。

雅玛西周晖: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。

星星充电赵会:我个人认为相比之下,超级快充更具有市场推广性和发展前景。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。

巨湾技研彭文科: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。

超级快充未来3-5年的市场如何?贵司是否有计划加入或是继续扩大这一市场领域?

古兆坤:在超级快充中,电池只是其中一个组成部分,还需要充电桩企业等上下游多个产业链共同配合,才能共同推动超级快充这一市场。从充电桩角度讲,高电压对安全系数提出了更高的要求;从电网角度来讲,瞬间功率大也会对其造成较大的冲击,此外还有换电等其他续航方式,对于消费者来说超级快充不是一个必需品,所以未来几年超级快充市场的开拓也是具有一定的挑战。

普晶谌利军:现在我们还没有正式步入超级快充领域,但我们有在关注,未来也会加快这一市场领域的布局。

京泉华朱圣亮:虽然现在我们还没有正式生产与推广超级快充用磁性材料、磁性元器件,但是针对新能源汽车领域、超级快充领域我们一直都在探索,许多新型磁性材料、磁性元器件都在研发试验阶段,后续方案成熟得到有效验证以后,才会慢慢投向市场。超级快充如今还在初步发展阶段,机遇与挑战并存,现阶段还难以判断未来3-5年的发展情况,但我们仍会积极把握这一发展机遇。

可立克顾军农:我们暂时还没有涉足超级快充这一市场领域,不过一直有做汽车OBC的相关产品。我们公司生产的磁性元器件在OBC领域应用的也比较多。

雅玛西周晖:我认为针对超级快充,未来一两年将会推出新型的高频磁性材料,材料的技术发展与后续磁性元器件的规模化生产,能加速超级快充市场的发展。

星星充电赵会:据我了解,现在国际上已经有在关注超级快充这一市场并在研究标准的制定。充电枪也从原来的2015版枪头进行了最新的改版,可适用于现在的超级快充。随着现在新能源汽车建设速度的加快,与充电方式的不断多样化,预计3-5年超级快充也能在国际市场上进行推广。

超级快充

结语:

虽然目前“超级快充”尚未有统一标准,但已经吸引了众多充电桩厂商、电池厂商、电源厂商、磁性元器件厂商进行相关的布局。不少企业表示,已经在关注超级快充的最新进展情况,未来很可能会步入甚至是加大投入超级快充这一市场领域。

从对话嘉宾的分享中我们得知,由于超级快充大电流、高频率的特性,对磁性元器件、电源等都提出了更高频率、更强耐压性等要求,这就需要磁性元器件厂商、电源厂商从材料处着手,研发生产出更高性能的高频磁性材料,以及提高生产工艺来满足复杂的工艺需求。

大电流、高频率一方面缩短了充电时间,一方面也给磁性元器件、电源、电池带来更大的充放电压力,使得安全问题成为“超级快充”中产业链人士最为关注的焦点。部分电源厂商表示正在努力提高电源的应用环境温度,加快电源的散热速度,降低事故发生的风险。电池厂商则表示可通过调整电解液配方,降低内阻;选用低能量密度材料;改变电池结构,尽可能将电池做扁平薄以及增加极耳数量等方式来减少发热、加大散热,从而提高电池的安全性。

动力电池与充电基础设施不断完备为超级快充的未来发展做好了准备,然而,在看到超级快充发展机遇的同时,超级快充仍面临许多挑战。比如紧急快速充电场景并非是客户的常见需求与主要需求,超级快充的应用仍属于小众市场。且超级快充的发展还涉及动力电池技术、充电桩基础设施、电网冲击等诸多问题,需要上下游产业链协同配合发展。

从国家顶层设计与对话嘉宾的普遍认识来看,超级快充仍是未来发展趋势,我们期待未来,随着标准的建立与产业链上下游厂商通力合作,超级快充迎来其广阔的市场!

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