高压快充:车桩电池三方“共振”,超充迎来爆发时刻

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任何一方都不能掉链子。

图片来源@视觉中国

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文 | 能链研究院

“充电5分钟,续航200公里”、“充电1秒跑1公里“......最近,只要关注新能源汽车、充电桩行业的,几乎都会被这样的字眼“刷屏”。

今年十一国庆期间,广西高速钦州西服务区超级充电站上线运营,该充电站配套了2个600kW功率的超充枪,10个支持360kW功率充电的快充枪,为国庆驶上高速的电车车主提供超快充服务,避免了长时间排队等待。场站运维人员提供的数据显示,每台充电桩平均每天可充240辆车,这个数据几乎是普通快充的10倍以上。

相比市面上普遍在60-120kW的直流充电桩,功率高达350kW-600kW的液冷超充桩,正成为充电基础设施建设的新热点,既大幅提升了充电速度,又显著缓解了电动汽车车主的充电焦虑。另一厢,800V-1000V的高压快充技术也正在车端、电池端快速应用和普及,并进入一个小高潮。

不过,高压快充的实现并不容易,因为涉及到全产业链,超充桩只有与匹配的高压快充新能源汽车车型、高倍率4C电池“搭配”在一起,才能实现充电的最大峰值功率。其中任何一个环节上的“掉链子”,都会让所谓的“超充”效果大打折扣。

高压快充车型扎堆上市,渗透率破20%

去年,支持800V高压平台的车型数量较少,价格区间往往在30万元以上。由于需要配套升级高倍率电池、OBC、空调及PTC、电机、线束等,升级后的纯800V架构带来了较高的成本增加,很难在中低端车型上落地。

但进入2023年,800V高压车型扎堆上市,价格也被拉低到更亲民的20万元一线。

2023年9月,2024款小鹏G9破冰,采用了全域800V高压SiC碳化硅平台,并标配3C电池,定价26.39-35.99万元;10月12日,上汽智己LS6正式上市,主打准900V高压平台概念,双电机版本最大功率579kW,充电15分钟续航500km,价格下探到22.99万元;合创V09号称是全球首款标配800V高压系统的MPV,提供4C超级快充,常规版本充电功率158kW,但配备4C电池的高阶版本则直达380kW;大秀高压快充技术的还有广汽埃安旗下的高端豪华品牌昊铂GT,15分钟补能450km,可承受行业最高900V峰值电压。

此外,还有一大批排队等待上市的800V高压车型,如呼声较高的理想MEGA,电池容量100kWh-110kWh,据说最高峰值充电功率达到了521kW,最高电流711.6A,7分钟就充电50度电。还有年底要上市的华为问界M9,以及极氪刚刚发布的001FR猎装超跑,四电机最大输出功率956kW,上的是四碳化硅800V高压系统。

之前,电动汽车普遍采用400V,彼时,充电功率最大的是特斯拉V3充电桩,能达到250kW,工作电流峰值600A。但随着国内品牌800V架构一哄而上,特斯拉的大电流充电方案就有点儿拉胯了。可以预见,随着800V高压架构版本的高倍率电池、OBC、电机、PTC等配件的技术成熟,以及车型放量,成本有望进一步降低,并逐步下探到B级车。即便A级车不能做到全域800V架构,也能通过400V/800V混合、并联电池组、DCDC额外降压的方式,找到平衡之策。

来源:华安证券

华安证券报告显示,预计2023年高压平台车型将密集上市,2025年新能源主流车型均支持高压快充。2026年,800V以上高压平台车型销量预计达580万辆,渗透率50%,2025年支持高压快充的3C以上电池需求量350GWh,占国内电动汽车动力电池装车量的59%。

今年电动汽车销量达到900万辆应该问题不大,其中高压快充车型的销量预计121万辆,在纯电车中的占比为21%。也就是说,每销售5辆纯电车,就有1辆是高压快充车型。

高倍率电池将成为标配

如果是纯800V高压架构车型,意味着整个“三电”体系都要升级,包括电池、电机、OBC、线束、DC/DC转换、空调和PTC加热器件,全部要更新到800V架构。

消费者为什么要购买高压快充车型呢?除了马力、扭矩等性能方面强上一截,因为引入耐高压、耐高温、低能耗的碳化硅第三代半导体功率器件,让OBC、电机等配件更加轻量化、更小巧外,其中最诱人的当属充电速度上的提升。400V的车型500A的电流,充电峰值功率只能到200kW,一旦上了800V,电流达到600A,峰值直指480kW。但有一个前提条件,必须上4C以上的高倍率电池,否则哪怕是超充桩,充电速度也仅仅是高一些而已。

这就需要锂电动力电池的“配合”。所以,宁德时代在高端的麒麟电池之后,今年8月发布了全球首款磷酸铁锂4C超充电池,阿维塔、哪吒、奇瑞、极狐等车企首批搭载,预计明年一季度量产,有望让800V高压快充价格下探到更低的区间,覆盖更广泛的车型。欣旺达的闪充电池、亿纬锂能的π电池系统、蜂巢的龙鳞甲电池、中创新航的U型电池(6C),都是为了给高压快充铺路。

高倍率电池,用大白话来讲,就是单位时间内搬移锂离子的数量更多,要实现这一点,可以从正极材料、隔膜、负极、电解液各个角度入手,一方面对正负极材料改性、改结构,同时让锂离子的传输路径更顺畅。比如减少正极的颗粒大小,让锂离子脱出的阻力变小,用孔隙率更大、更薄、透气度更高的隔膜,降低电解液的粘度、浓度,增大锂离子的扩散系数,通过添加导电剂的辅助材料,降低电极的接触电阻,让电子移动速率更高。

在实现超快充效果方面,负极材料改性的效果最佳,远比正极材料上做文章更有效。

作为摇椅式电池,只要嵌入石墨负极的锂离子更快,充电速度就会更快。熟悉锂电池工作原理的话,对SEI膜恐怕并不陌生,就是在负极与电解液的固液界面形成的一层膜,导致不仅容易出现析锂效应,带来安全隐患,造成寿命衰减,还直接影响扩散效果和倍率性能。于是,用纳米粒子包覆碳纤维的负极具备了多孔通道,能显著改善倍率性能,碳包覆材料占比越高,对应更高倍率的电池,如包覆材料占到10%,差不多就达到4C。此外,使用硅碳、石墨二次造粒等方式,也能通过负极改性提升倍率性。

可以说,高倍率电池是高压快充实现的必选项,两者相辅相成。当然,被高压架构抬高的成本增加问题,也会随着高压架构车型销量的提升而降低。预计2025年,4C电池将占据主流,并逐步在20万元以下的车型上搭载,6C电池也将崭露头角。

超充桩的这笔帐不难算

要实现高压快充,充电1秒1公里,只有800V高压车型、4C电池这两项还不够,超充桩则是第三个必要条件。车、电池、桩三者协同在一起,才能实现峰值的超充速度,缺一项都会让充电速度打折扣。

按照电动汽车主机厂的计划,持续提升高压快充车型的渗透率已无悬念,但业界的疑虑是,需要配套的480kW\600kW的超充桩能跟得上脚步吗?现在看,最大的影响因素并不是技术,因为耐高压的碳化硅功率器件、全液冷技术的难度不大,反而是电网容量受限、投建超充站的经济性顾虑是超充落地的两大掣肘。

即便有阻力,超充桩的逐步应用并占到一定比例,也无悬念,因为市场使然。

超充桩的好处多多,首先是充电枪更轻便,线缆更细,重量减少1/3,车主充电体验得到提升;综合能源损耗降低1%,如果是600kW功率,年充电量80万度,每年因电能损耗减少而节省上万元。更值得关注的是,超充桩的寿命将从8年提升到10年以上,液冷充电模块的年损坏率低于0.5%,而风冷高达5%,是液冷的10倍,且对应后期运维成本的大幅降低。因此,从全生命周期的角度看,超充桩的经济性就体现出来了,远没一次性初始投资成本看起来那么高。

而且超充桩能提升充电桩的收益率,充电速度快,“翻台率”就高,每天接待的车辆更多,充电量、枪效更高,便能有效摊薄变压器、土建扩容、土地资源等占用成本,充电站的收益会更高。这么想,超充站这笔帐也没那么难看。

当然,因为目前市场上的800V高压快充车型保有量还不够高,大多为最高电压750V的充电桩,存量的公共充电桩中超充比例只有5%左右,大概10万台左右的样子。但随着高压车型的扎堆上市,特别是“超充+快充+功率共享”的混搭投运模式,大幅降低了投建门槛,带来了使用率的提升,市场的积极性自然被调动起来,超充桩建设进度也必然加速。

当高压车型、4C电池、超充桩形成三方“共振”时,“充电5分钟,续航200公里”,这样的极速充电体验时刻正在到来。

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