补能的争议路线:快充会走向大一统吗?

汽车电动化的发展日趋深入,对于关键的快充技术的来说,也到了爆发前的黎明阶段。

文|脑极体

在新能源动力电池领域,近日两则电池的快充新闻引起了网友的热议:一个是日本电子零部件开发企业 Eamex ,其开发出高容量的电容器,如果用于纯电动汽车,最快 1 分钟即可完成充电。并且Eamex 将于 8 月供应样品,准备开始量产。

另外一则消息是宁德时代发布的CTP3.0麒麟电池,可实现1000公里续航,10分钟快充,麒麟电池将于2023年量产上市。在新能源电池领域,这是一次突破的创新,在资本市场引起巨大反响。

两则新闻无一例外都反映出当下动力电池的快充技术发展迭代的速率之快。当下绝大多数的电动汽车快充几乎一小时才能够充满电,慢充的话则需要6小时左右。快充技术在新闻中屡屡有突破的消息,但是似乎离真正的落地还具有一定的时间。市面上的电动汽车快充的效率还未如新闻描述的那般,目前落地应用的快充技术到底是在什么阶段?升阶的话又有哪些挑战呢?

突破的技术与增长的期待

讨论快充技术的发展现状,我们需要先明晰下快充的概念。在快充的概念中有个重要的术语——充放电倍率C,可以简单理解为充、放电的速率。电池的充放电倍率,决定了我们可以用多快的速度,将一定的能量存储到电池里面,或者以多快的速度,将电池里面的能量释放出来。

根据业界定义,电动汽车快充是指充电电流大于1.6C的充电方式,也就是从0%充电到80%时间小于30分钟的技术。

充电的快慢和动力电池、充电桩、电网等整体技术和设计息息相关,而动力电池是快充的根。电池在快充时负极会出现副产物,影响电芯的循环和稳定性。无论是对于厂商还是用户,最理想的快充电池意味着能量密度高,充电快,价格便宜。然而“鱼与熊掌不可兼得”,电池的特性使得其倍率性能、能量密度、寿命、安全性、价格等指标不可兼得,只能是平衡后的中间选择,如果在这其中提高任何一个指标,其他的指标相对来说都需要做出一定的牺牲。

目前落地的快充技术中,特斯拉采用的4680电池,据悉4680电池组只需要15分钟时间就能将电量从10%充电至80%,如果电量从10%充电到50%,则仅仅需要7分钟时间。也就是说,在不扩充充电桩的情况下,用户最多需要等20分钟就能将电量补充到一个合适的状态。

理想智造ONE采用的是来自宁德时代的容量为40.5kwh的VDA电池组。在快充方式下,从0至80%的电能补充需要30分钟。如果是慢充的方式,需要6个小时才可以充满电。小鹏最新款P7的2022款480N+快充时间为45分钟,慢充时间为5个小时。

目前来看,落地的快充电池中,特斯拉的快充速率最快,而其他市面的玩家们快充从10%充电至80%至少需要30分钟到一个小时的区间,也有一些企业给出的理论充电速度是从30%电量充电到80%需要30分钟,实际充电时间可能需要40、50分钟。

对于用户的充电焦虑,厂商们的做法分为两派,一种是扩大电池的能量密度延长其里程,里程足够长的话,充电的频率不高也能够覆盖一部分用户的选择;另外一种是我们正在介绍的快充技术,将充电的时间限制在半小时以内,虽然跟燃油车的5分钟加满油不能比,但是快充技术一直在屡屡打破此前的纪录。

央视财经此前也发布了一则消息,称电动汽车快充技术已经成熟,只需要10分钟左右就能充满一台容量为100KWh电动汽车。宁德时代推出的新款麒麟电池10分钟快充,2023上市量产,这些快充电池的突破让对新能源汽车观望的人群期待了起来。

快充之路的“山峦层叠”

也许会有人想,如果把里程和快充的两个优势结合起来,新能源汽车的普及率会更高,尤其是在目前油费突破十元的情况下,高企的燃油费率让廉价的电能优势愈发突显出来。前面我们也提过,由于电池本身的物理特性,致使其能量密度与功率密度不是能够同时提升的两个指标,在同一个电池中只能提升其中一项,另外一项的性能只能顾此失彼。

在动力电池中,倍率性能、能量密度、寿命、安全性、价格等指标需要在一个优化后合理的区间,厂商们的选择是在控制好电池成本的前提下,用便捷的充电能力+适用的续航里程,来缓解用户的焦虑。对于快充电池来说,在提升性能的过程中也存在瓶颈。

1、材料与工艺的要求提升。动力电池快充的过程,充电时间缩短,充电功率的提高,需要更高频磁性材料与磁性元器件。这就需要原材料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。

2、耐压与安全性。超级快充对比普通充电来说,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,都需更加耐压的材料。此外,由于功率的提高,充电的过程中会产生大量的热量,在保证快充倍率性能的同时,也要兼顾散热的效率,安全的性能需要得到保障。

3、电池技术的突破延长其寿命。快速充电倍率大,对电池的寿命影响也比较大,仍然需要持久探索对电池内阻降低的技术,对正负极材料的进一步优化等,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。

在快充的过程中,对于电池来说,最大的风险还是其充电过程热失控带来的危害。对于一些新能源车型来说,一旦超负荷过载充电,电池自燃的概率将大大提升。此前包括广汽丰田、威马等车企,为了保障车辆安全性,曾偷摸的为旗下车型锁电、降功率。这意味着快充技术在完全的落地过程中,宣传只是一方面,快充本身需要受到多方面的限制。

补能路线:相互补充与协同

对于新能源汽车来说,快充是一个系统的工程,需要充电桩、电网、动力电池的协同,从动力电池的发展角度来看,补能体系的变化在电动汽车发展的十年间,发生了巨大的变化。快充、换电、长续航的里程几乎是现下发展路线的三个争议选择,车企厂商们在各自的擅长的领域选择了不同的技术路线。

对于用户来说,选择就比较简单,《2021中国电动汽车用户充电行为白皮书》显示,快充是99.3%的用户的首选,尤其是对充电时间高度敏感的营运车辆用户,对快充的需求更高;从充电设施功率看,超过87%的用户倾向选择120kW及以上大功率充电桩。

每年的十一假期,冲上热搜新闻的总会有新能源汽车充电难,排队久充电久。快充的普及在未来也会是解决节假日出行快速补能的重要手段。从长远来看,公共充电场景还是以快充为主,包括超级充电,在政策方面,我国正在大力发展公共的快充网络,加速普及高速公路充换电网络的覆盖度,国家电网等相关的企业也在高速公路加大对快充网络的投入。包括车企、运营商在内的各方都在积极推进快充网络的布局。

叠加上“双碳”战略目标的影响,停产燃油车是大势所趋。此前欧洲议会投票通过了由欧盟委员会起草的立法提案,决定自2035年起在全欧盟范围内禁止销售注册燃油车,包括插电混动、合成燃料在内的过渡性方案也均被否定。汽车厂商包括北汽、长安、奥迪、奔驰等多家车企也纷纷宣布自家停产燃油车的时间,奥迪品牌确定了2026年不再推出内燃机新车型、2033年起停止所有内燃机车型生产的目标;奔驰将致力于在2030年完成集团的电动化转型,全球市场内的内燃机退出时间则不晚于2039年;长安汽车将于2025年正式停止销售传统燃油车。厂商们的禁售时间基本上在2025年—2040年之间。

禁售燃油车的时间表确立,也意味着汽车电动化的发展日趋深入,对于关键的快充技术的来说,也到了爆发前的黎明阶段。

不过耽于动力电池本身的物理特性限制,快充与安全、寿命、成本等关键要素相互矛盾,平衡快充、安全、寿命等各种需求仍然需要较长的一段时间来磨合。发展空间巨大的事物成功达成的过程总是充满挑战,长期耕耘厚积薄发都是必要的路径,绕不过去。

在补能的路径选择上,从新能源汽车开始发展的那天起,争论从未停止,从慢充到快充,从换电到充电,各种声音都有,而现在也没有谁淘汰掉谁,这也是市场选择最终结果的呈现,在不同的情境下,会有不同的需求,市场化发展的事物,也需要符合市场发展需求的补能方式。

用户最终的需要是充电的便利性,例如没有时间等充电的情况就采用换电的方式,时间充裕的话,选择电网波谷的阶段慢充,不同的补能方式,在不同的使用情境下,有不同的市场空间。我们知道咱们的地域辽阔,覆盖的气候条件各不相同,而充电具有较强的地域性,在北方的冬天,换电就比快充更受消费者的欢迎,如果非要讨论个哪种技术路线为王会淘汰其他路线,从用户的使用场景来说,补能方式想要做到统一就不太现实。

回到快充的技术路线,对于厂商们而言,也不会选择单一的路径,非此即彼的选择容易走进死胡同,企业也会根据用户的意愿来调整补能的方式。技术迭代、消费认知提升、企业的倾斜推广等各种因素在市场化发展有不同呈现,但最终的选择还是靠市场。

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