电动车淘汰燃油车，中间不止差一个高压快充
编辑：admin 日期：2022-08-30 06:39:03 / 人气：
“电动车在市里开，方便又省钱，但是跨省我还是不放心，倒不是因为续航里程，我这辆车夏天能跑450公里左右，主要是因为充电太麻烦，今年‘五一’假期在高速上充电就遇到了排长队，耽误时间，还很影响心情，这次假期时间短，我和家人商量还是租辆油车，这样更方便。”张凝说。
张凝的遭遇并非个例。近期，易观分析发布的《中国电动汽车公共充电服务市场发展研究报告(2022)》显示，在接受调查的1000名新能源车主中，85%的车主在公共充电场站平均单次充电时长在0.5~2小时之间，58.1%的车主认为充电排队耗时长。 “补能时间长”也成为电动车车主们用车时遭遇的普遍难题。
“张凝们”的烦恼或许将被很快解决。“充电10分钟，补能200km”，当前不少车企竞相推出高压快充车型。7月中旬，搭载800V高压快充平台的极狐阿尔法SHI版量产车交付;8月，同样搭载800V高压快充的小鹏G9将交付。此外，比亚迪、广汽埃安、吉利、长安等自主品牌也在相继入局高压快充。公开资料显示，目前，全球公开宣布搭载高压快充技术的新能源车，半数以上在中国。业内甚至有人将2022年称为是800V高压快充车型量产元年。
随着多款800V高压快充车型的陆续推出，业内乐观预计电动车补能难题将被破解， 新能源车的消费需求将有更多想象空间，电动车淘汰燃油车的进程将再提速。事实真是如此吗？近期，《每日经济新闻》记者对此展开了实地走访调查。
噱头还是真实用？
“保时捷Turbo充电站和超级充电站只可以为Taycan提供充电服务，其他车型暂时不支持。”在北京的一家保时捷超级充电站内，一位保时捷工作人员对《每日经济新闻》记者如此表示。
超充桩只为旗下车型提供超充服务，并不仅限于保时捷一个品牌。 在走访中，记者发现北京多个品牌的超级充电站都存在这一问题。比如，小鹏汽车S4超快充桩当前只适配旗下G9车型，以及后续产品。
图片来源：每经记者 段思瑶 摄
支持高压快充的车型虽然有了专属充电桩，但并不意味着“充电10分钟，补能200km”就能成为现实。一位保时捷Taycan车主称，Taycan虽然支持800V高压快充，但一般只有保时捷中心或个别商业中心停车场配有Turbo充电桩，所以平时车辆补能还是以第三方的快充和家用慢充桩为主，充电所需要的时间也更长。
保时捷Taycan是全球首个实现800V高压充电平台成功上车并量产落地的车型，其30分钟内电量可以从5%快充到80%，如果使用400V充电枪则需要47分钟，而使用家用充电桩充电从0%充至100%则需要9~10个小时。
记者注意到，目前多个汽车品牌对车辆在高压快充状态下补能时间和续航里程的表述中， 都会出现这样的话术， “在理想条件下”“基于工程开发模拟数值”“数据来源于实验室” ……
对此，一位自主品牌车企技术人员告诉记者：“目前基于完整800V架构已量产的车型很少，大部分车企800V平台多为400V电池串并联过渡方案，再加上补能时间和续航里程的测算受很多客观因素的影响，所以只能作为参考。”
动力电池端：充电速度与安全性难两全
高压快充，听起来很美好，但对新能源汽车产业链上的每一个环节而言，都是一个“牵一发而动全身”的大工程。
一个关键的问题是， 想要实现快充，就必须提高充电倍率，但动力电池的循环寿命就会缩短，而现有技术还无法解决这一问题。 此外，4C快充电池还未实现量产装车，其耐久性尚未经受市场检验。
“充电倍率的提升，依赖于相关技术包括电芯材料、电芯内部结构、模组设计方案、电池包设计方案CTP，以及电池管理系统 BMS等方面的不断突破。目前主流的动力电池包已能支持2C充电倍率，往上提升类似木桶效应，需持续突破技术短板。”天风证券在研报中认为。
在动力电池领域有过多年研究的中国汽车动力电池产业创新联盟副秘书长王子冬也认为，实现快充要求动力电池要具有比较高的充电接受能力（功率密度高），如5C、8C、10C等，动力电池的充电接受能力越高，充电完成时间就越短。但 动力电池的特性决定了能量密度越高的电池，充电接受能力反而越低。 想要同时兼顾高能量密度和高功率密度，对材料、电池结构和生产工艺的挑战非常大。
“我们目前是在这两个性能之间找平衡，能兼顾高能量密度和超级快充的电池方案，我认为还没有找到。”王子冬对记者说。
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中国科学院院士欧阳明高同样认为， 超级快充完全充满，同时电池还需要具备安全性和长寿命，这是很难折中的。 但15分钟充电80%也不是不可能，这要求电池本身要改进，比如采用电极隔膜一体化技术，但这会对电池回收带来麻烦。
不过，当前主流电池供应商正在推动动力电池充电倍率从1C~2C向4C升级。如宁德时代此前发布的麒麟电池宣称可实现4C充电倍率，配合800V高电压平台，可实现10分钟快充（从10%电量充至80%）；孚能科技自主研发的800V超充高压平台技术充电倍率为2.7C，整包充电倍率等效为2.2C，意味着从10%电量充至80%仅需15分钟，预计2022年10月进入量产阶段；蜂巢能源也已实现2C电芯产品的量产，未来其短刀电池全品类将提供4C快充技术、高效热管理技术等，适配800V高端车型。
“快充对电芯方面的技术要求难度并不大，但在800V高压平台上，由于电池数量较多，电池间微小的差异性都可能影响电池的使用寿命，因此对电池系统的整体要求较高。另一方面，超级快充技术对电网的要求也很高，要能满足大量电动车同时快充的需求，难度很大。”国轩高科工程研究院总院副院长徐兴无在接受记者采访时表示。
充电桩运营端：需求少，限制多
尽管车企们竞相开启大功率超充桩布局，但据记者了解，公共充电场站的主力军——第三方充电桩运营商却对此兴致平平。
“车企这种5~10分钟补能150~200公里的宣传抓住了新能源车主的痛点，但真正落地时面临的限制很多。对于我们而言，超充桩的成本、选址、配网容量都需要考量，现在支持超充的车辆又很少，相当于我好不容易建了个大水池，但 绝大部分的车都是‘喝’不了这么快，变相造成了一种资源浪费， 因此尽管公共场站一直在升级，但支持400千瓦以上超充的还是极少数。”一位充电桩运营企业内部人士向记者坦言。
据万帮数字能源股份有限公司高级副总裁李宏庆介绍，目前星星充电在主要城市的充电订单仍以30~90千瓦充电功率为主，远未达到车企规划超级快充时所设想的200千瓦以上。
“杭州53%的订单充电功率需求分布在30~60千瓦，60千瓦以上的订单比例约在20%左右。合肥的情况与之类似，大于60千瓦的需求也是20%多一点，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过22%，90千瓦以上占7%，相对来说对大功率充电需求更高一些。”
另一充电运营商特来电向记者提供的数据也基本与之相同。据特来电首席专家穆晓鹏介绍， 当前特来电各场站充电订单显示，85%的乘用车充电功率在45千瓦~100千瓦范围内，其中最多的订单位于60千瓦左右。
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“从技术维度考量，满足理论上充电5分钟、补充200公里续航的充电设施，都是800V、360千瓦以上的高压快充桩，在当前充电场站中的覆盖比例并不高。早期布局的这类充电桩主要服务于重卡类商用车，并且普遍的充电电压也是在700V左右；对乘用车市场来说，这项技术仍处于起步阶段。”能链智电经营副总裁于翔在接受记者采访时说。
或许， 正是因实际充电功率有限，车主们对大功率充电的期待值很高。 中国电动汽车充电基础设施促进联盟信息部主任仝宗旗表示，在公共充电桩的补能行为中，87.9%的用户充电时偏好选择120千瓦及以上的大功率充电设施，而60千瓦以下充电设施的用户选择率仅为1.6%。其中，选择120~150千瓦大功率充电设施的用户数量最多，占比达35.1%。
“车主在选择充电桩时会综合考虑充电时长、停车收费等因素。总体而言，大功率充电设施更符合用户使用偏好。” 仝宗旗表示。对此，上述充电桩运营企业内部人士认为，这也解释了当前车企为何大力推广超充桩。
上游材料端：争夺碳化硅
动力电池、充电桩环节之外，高压快充技术距离落地推广还有一关要过：关键材料碳化硅（SiC）。
“如果电动汽车架构升级到800V甚至更高水平的平台上，包括逆变器、电驱系统、电能转换等在内的强电链路将从传统的硅基产品换成SiC功率器件。”上述自主品牌车企技术人员告诉记者，原本的硅基IGBT芯片达到了材料极限，而具备耐高压、耐高温、高频等优势的SiC是很好的替代方案。
在SiC的应用上，特斯拉是第一个“吃螃蟹的人”。2018年，特斯拉Model 3首次将IGBT模块换成了SiC模块。 在相同功率等级下，SiC模块的封装尺寸明显小于IGBT模块，并且开关损耗降低了75%。 换算下来，采用SiC模块替代硅基IGBT模块，系统效率可以提高5%左右。
图片来源：视觉中国
正是这次大胆的尝试，让特斯拉占据着400V电池系统的技术和市场。不过，成本难题也曾困扰着特斯拉。 当时，一块SiC功率器件的价格要比传统硅器件贵十倍左右，即使如今SiC售价有所下降，但其价格也仍是同等传统硅器件的数倍。
“由于SiC制造过程难度较高，目前成本依然是第二代晶体硅材料的数倍。”国内一家功率器件公司的碳化硅研发工程师告诉记者，“主驱逆变器使用SiC，成本大约在4500元左右，但使用硅材料的话，只需要1500元左右，差价在3倍。”
对此，兴业证券研报认为，随着SiC产能提升，价格会逐步降低，并且应用SiC能够简化直流充电桩的电路结构，减少元器件使用数量，降低热管理成本。 综合来看，应用 SiC 能在未来为快充桩的建设提供成本优势。
“SiC器件具有高频率、高效率、小体积等优点，使用SiC材料可让电机逆变器效率提升4%，这将让电动车的续航里程至少提高7%；800V电压平台升级是其渗透率提升动力之一，未来将大规模应用；预计到2025年可达48.32亿美元，行业未来5年复合增速可达25.5%。”天风证券分析称。
事实上，特斯拉之后，越来越多的车企正在快速应用SiC。近期，小鹏汽车推出国内首个量产800V高压SiC平台，可实现充电5分钟，补充续航里程200km的能力。此前，比亚迪预计到2023年，电动汽车将完全用SiC基车用功率半导体替代硅基IGBT。
值得注意的是， 当前SiC功率器件市场以海外巨头为主导。 据Yole数据，2020年SiC功率器件市场中，意法半导体、Cree、ROHM、Infineon、Onsemi 市占率分别为40.5%、14.9%、14.4%、13.3%、7.7%。“与国外SiC功率器件企业相比，国内企业与其差距在于产品的稳定性，这决定着能否快速达到车规级（应用）的关键。”上述碳化硅研发工程师说。
在开源证券分析师任浪看来，由于碳化硅仍在快速增长阶段，格局尚未固化，国内企业有望依托庞大的内需市场冲击海外巨头垄断地位。
产品普及仍待时日
尽管有种种难题待解，但业内对电动车超级快充的探索并没有放慢脚步。
“未来超级快充将与其他技术路线并存，成为新能源车主的补能选择。” 于翔对记者说，无论是慢充、快充、超级快充还是换电，都会有不同场景及用途。例如，慢充多数投放在办公场所、社区；普通快充集中在一些配套设施相对完善的公共充电站；超级快充未来可能受到那些更追求时间效率和服务体验的中高端车型车主的青睐。
在中国电力企业联合会副秘书长兼中电联标准化管理中心主任刘永东看来，超级快充的普及推广也并非一日之功，仍需全产业链的共同配合。“大功率充电不仅仅是一个接口，它也是一个系统工程，包含车、枪、桩等全产业链。当然，我认为超级充电只是未来多元化技术路线中的一种，它更适合于中高端车型搭载，满足车主对充电功率和充电速度的要求。”刘永东说。
从目前来看，车企针对800V快充技术推出的车型以中大型轿车和SUV为主，售价在20万~50万元。比如，小鹏G9、机甲龙等车型将在年内陆续上市， 业内预计真正支持800V快充技术的产品大年要到2024年左右。
图片来源：西部证券研报
比如，中金研报认为，800V高压系统平台兼容性高，预计全系800V架构将凭借其低损耗特性或将成为主流；而当前，不同车载零部件的高压成熟度不一致，车企或采用400V+800V混合方案，并向全系800V逐步迭代。
而 随着大功率充电研究方向的确定，未来高压平台将演进到1000V~1500V。 2021年，华为给出了一套比较明确的技术目标：到2025年将推出电压平台超1000V、功率600kW的快充方案，5分钟即可实现30%~80%SOC充电性能。
虽然距离高压快充产品普及尚有时日，但就像快充技术改变了大家使用智能手机的习惯一样，高电压平台技术的落地也会对电动车产品的技术走向和使用体验产生巨大影响。试想一下， 当基于电压平台升高的量变，使电动车的便利性达到了媲美燃油车的质变，那么电动车取代燃油车的一天将很快到来。