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補(bǔ)能的爭(zhēng)議路線:快充會(huì)走向大一統(tǒng)嗎?

2022/07/04
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新能源動(dòng)力電池領(lǐng)域,近日兩則電池的快充新聞引起了網(wǎng)友的熱議:

一個(gè)是日本電子零部件開(kāi)發(fā)企業(yè) Eamex ,其開(kāi)發(fā)出高容量的電容器,如果用于純電動(dòng)汽車(chē),最快 1 分鐘即可完成充電。并且Eamex 將于 8 月供應(yīng)樣品,準(zhǔn)備開(kāi)始量產(chǎn)。

 

另外一則消息是寧德時(shí)代發(fā)布的CTP3.0麒麟電池,可實(shí)現(xiàn)1000公里續(xù)航,10分鐘快充,麒麟電池將于2023年量產(chǎn)上市。在新能源電池領(lǐng)域,這是一次突破的創(chuàng)新,在資本市場(chǎng)引起巨大反響。

兩則新聞無(wú)一例外都反映出當(dāng)下動(dòng)力電池的快充技術(shù)發(fā)展迭代的速率之快。當(dāng)下絕大多數(shù)的電動(dòng)汽車(chē)快充幾乎一小時(shí)才能夠充滿電,慢充的話則需要6小時(shí)左右??斐浼夹g(shù)在新聞中屢屢有突破的消息,但是似乎離真正的落地還具有一定的時(shí)間。市面上的電動(dòng)汽車(chē)快充的效率還未如新聞描述的那般,目前落地應(yīng)用的快充技術(shù)到底是在什么階段?升階的話又有哪些挑戰(zhàn)呢?

突破的技術(shù)與增長(zhǎng)的期待

討論快充技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,我們需要先明晰下快充的概念。在快充的概念中有個(gè)重要的術(shù)語(yǔ)——充放電倍率C,可以簡(jiǎn)單理解為充、放電的速率。電池的充放電倍率,決定了我們可以用多快的速度,將一定的能量存儲(chǔ)到電池里面,或者以多快的速度,將電池里面的能量釋放出來(lái)。

根據(jù)業(yè)界定義,電動(dòng)汽車(chē)快充是指充電電流大于1.6C的充電方式,也就是從0%充電到80%時(shí)間小于30分鐘的技術(shù)。

充電的快慢和動(dòng)力電池、充電樁、電網(wǎng)等整體技術(shù)和設(shè)計(jì)息息相關(guān),而動(dòng)力電池是快充的根。電池在快充時(shí)負(fù)極會(huì)出現(xiàn)副產(chǎn)物,影響電芯的循環(huán)和穩(wěn)定性。無(wú)論是對(duì)于廠商還是用戶,最理想的快充電池意味著能量密度高,充電快,價(jià)格便宜。然而“魚(yú)與熊掌不可兼得”,電池的特性使得其倍率性能、能量密度、壽命、安全性、價(jià)格等指標(biāo)不可兼得,只能是平衡后的中間選擇,如果在這其中提高任何一個(gè)指標(biāo),其他的指標(biāo)相對(duì)來(lái)說(shuō)都需要做出一定的犧牲。

目前落地的快充技術(shù)中,特斯拉采用的4680電池,據(jù)悉4680電池組只需要15分鐘時(shí)間就能將電量從10%充電至80%,如果電量從10%充電到50%,則僅僅需要7分鐘時(shí)間。也就是說(shuō),在不擴(kuò)充充電樁的情況下,用戶最多需要等20分鐘就能將電量補(bǔ)充到一個(gè)合適的狀態(tài)。

理想智造ONE采用的是來(lái)自寧德時(shí)代的容量為40.5kwh的VDA電池組。在快充方式下,從0至80%的電能補(bǔ)充需要30分鐘。如果是慢充的方式,需要6個(gè)小時(shí)才可以充滿電。小鵬最新款P7的2022款480N+快充時(shí)間為45分鐘,慢充時(shí)間為5個(gè)小時(shí)。

目前來(lái)看,落地的快充電池中,特斯拉的快充速率最快,而其他市面的玩家們快充從10%充電至80%至少需要30分鐘到一個(gè)小時(shí)的區(qū)間,也有一些企業(yè)給出的理論充電速度是從30%電量充電到80%需要30分鐘,實(shí)際充電時(shí)間可能需要40、50分鐘。

對(duì)于用戶的充電焦慮,廠商們的做法分為兩派,一種是擴(kuò)大電池的能量密度延長(zhǎng)其里程,里程足夠長(zhǎng)的話,充電的頻率不高也能夠覆蓋一部分用戶的選擇;另外一種是我們正在介紹的快充技術(shù),將充電的時(shí)間限制在半小時(shí)以內(nèi),雖然跟燃油車(chē)的5分鐘加滿油不能比,但是快充技術(shù)一直在屢屢打破此前的紀(jì)錄。

央視財(cái)經(jīng)此前也發(fā)布了一則消息,稱電動(dòng)汽車(chē)快充技術(shù)已經(jīng)成熟,只需要10分鐘左右就能充滿一臺(tái)容量為100KWh電動(dòng)汽車(chē)。寧德時(shí)代推出的新款麒麟電池10分鐘快充,2023上市量產(chǎn),這些快充電池的突破讓對(duì)新能源汽車(chē)觀望的人群期待了起來(lái)。

快充之路的“山巒層疊”

也許會(huì)有人想,如果把里程和快充的兩個(gè)優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái),新能源汽車(chē)的普及率會(huì)更高,尤其是在目前油費(fèi)突破十元的情況下,高企的燃油費(fèi)率讓廉價(jià)的電能優(yōu)勢(shì)愈發(fā)突顯出來(lái)。前面我們也提過(guò),由于電池本身的物理特性,致使其能量密度與功率密度不是能夠同時(shí)提升的兩個(gè)指標(biāo),在同一個(gè)電池中只能提升其中一項(xiàng),另外一項(xiàng)的性能只能顧此失彼。

在動(dòng)力電池中,倍率性能、能量密度、壽命、安全性、價(jià)格等指標(biāo)需要在一個(gè)優(yōu)化后合理的區(qū)間,廠商們的選擇是在控制好電池成本的前提下,用便捷的充電能力+適用的續(xù)航里程,來(lái)緩解用戶的焦慮。對(duì)于快充電池來(lái)說(shuō),在提升性能的過(guò)程中也存在瓶頸。

1.材料與工藝的要求提升。動(dòng)力電池快充的過(guò)程,充電時(shí)間縮短,充電功率的提高,需要更高頻磁性材料與磁性元器件。這就需要原材料廠商研發(fā)出更多高頻磁性材料、磁性元器件,同時(shí)提高生產(chǎn)工藝以滿足越發(fā)復(fù)雜的工藝要求。

2.耐壓與安全性。超級(jí)快充對(duì)比普通充電來(lái)說(shuō),電壓甚至可能提高到1000V,這對(duì)繼電器、熔斷器以及磁性元器件來(lái)說(shuō),都需更加耐壓的材料。此外,由于功率的提高,充電的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量,在保證快充倍率性能的同時(shí),也要兼顧散熱的效率,安全的性能需要得到保障。

3.電池技術(shù)的突破延長(zhǎng)其壽命。快速充電倍率大,對(duì)電池的壽命影響也比較大,仍然需要持久探索對(duì)電池內(nèi)阻降低的技術(shù),對(duì)正負(fù)極材料的進(jìn)一步優(yōu)化等,比如說(shuō)根據(jù)超級(jí)快充中所需充電功率以及充電的時(shí)間來(lái)調(diào)整電池相關(guān)的性能。目前電池的技術(shù)突破方向主要包括改變電解液的配方,電芯的結(jié)構(gòu),降低溫升,提高電壓等。

在快充的過(guò)程中,對(duì)于電池來(lái)說(shuō),最大的風(fēng)險(xiǎn)還是其充電過(guò)程熱失控帶來(lái)的危害。對(duì)于一些新能源車(chē)型來(lái)說(shuō),一旦超負(fù)荷過(guò)載充電,電池自燃的概率將大大提升。此前包括廣汽豐田、威馬等車(chē)企,為了保障車(chē)輛安全性,曾偷摸的為旗下車(chē)型鎖電、降功率。這意味著快充技術(shù)在完全的落地過(guò)程中,宣傳只是一方面,快充本身需要受到多方面的限制。

補(bǔ)能路線:相互補(bǔ)充與協(xié)同

對(duì)于新能源汽車(chē)來(lái)說(shuō),快充是一個(gè)系統(tǒng)的工程,需要充電樁、電網(wǎng)、動(dòng)力電池的協(xié)同,從動(dòng)力電池的發(fā)展角度來(lái)看,補(bǔ)能體系的變化在電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的十年間,發(fā)生了巨大的變化??斐?、換電、長(zhǎng)續(xù)航的里程幾乎是現(xiàn)下發(fā)展路線的三個(gè)爭(zhēng)議選擇,車(chē)企廠商們?cè)诟髯缘纳瞄L(zhǎng)的領(lǐng)域選擇了不同的技術(shù)路線。

對(duì)于用戶來(lái)說(shuō),選擇就比較簡(jiǎn)單,《2021中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)用戶充電行為白皮書(shū)》顯示,快充是99.3%的用戶的首選,尤其是對(duì)充電時(shí)間高度敏感的營(yíng)運(yùn)車(chē)輛用戶,對(duì)快充的需求更高;從充電設(shè)施功率看,超過(guò)87%的用戶傾向選擇120kW及以上大功率充電樁。

每年的十一假期,沖上熱搜新聞的總會(huì)有新能源汽車(chē)充電難,排隊(duì)久充電久。快充的普及在未來(lái)也會(huì)是解決節(jié)假日出行快速補(bǔ)能的重要手段。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,公共充電場(chǎng)景還是以快充為主,包括超級(jí)充電,在政策方面,我國(guó)正在大力發(fā)展公共的快充網(wǎng)絡(luò),加速普及高速公路充換電網(wǎng)絡(luò)的覆蓋度,國(guó)家電網(wǎng)等相關(guān)的企業(yè)也在高速公路加大對(duì)快充網(wǎng)絡(luò)的投入。包括車(chē)企、運(yùn)營(yíng)商在內(nèi)的各方都在積極推進(jìn)快充網(wǎng)絡(luò)的布局。

疊加上“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的影響,停產(chǎn)燃油車(chē)是大勢(shì)所趨。此前歐洲議會(huì)投票通過(guò)了由歐盟委員會(huì)起草的立法提案,決定自2035年起在全歐盟范圍內(nèi)禁止銷(xiāo)售注冊(cè)燃油車(chē),包括插電混動(dòng)、合成燃料在內(nèi)的過(guò)渡性方案也均被否定。汽車(chē)廠商包括北汽、長(zhǎng)安、奧迪、奔馳等多家車(chē)企也紛紛宣布自家停產(chǎn)燃油車(chē)的時(shí)間,奧迪品牌確定了2026年不再推出內(nèi)燃機(jī)新車(chē)型、2033年起停止所有內(nèi)燃機(jī)車(chē)型生產(chǎn)的目標(biāo);奔馳將致力于在2030年完成集團(tuán)的電動(dòng)化轉(zhuǎn)型,全球市場(chǎng)內(nèi)的內(nèi)燃機(jī)退出時(shí)間則不晚于2039年;長(zhǎng)安汽車(chē)將于2025年正式停止銷(xiāo)售傳統(tǒng)燃油車(chē)。廠商們的禁售時(shí)間基本上在2025年—2040年之間。

禁售燃油車(chē)的時(shí)間表確立,也意味著汽車(chē)電動(dòng)化的發(fā)展日趨深入,對(duì)于關(guān)鍵的快充技術(shù)的來(lái)說(shuō),也到了爆發(fā)前的黎明階段。

不過(guò)耽于動(dòng)力電池本身的物理特性限制,快充與安全、壽命、成本等關(guān)鍵要素相互矛盾,平衡快充、安全、壽命等各種需求仍然需要較長(zhǎng)的一段時(shí)間來(lái)磨合。發(fā)展空間巨大的事物成功達(dá)成的過(guò)程總是充滿挑戰(zhàn),長(zhǎng)期耕耘厚積薄發(fā)都是必要的路徑,繞不過(guò)去。

在補(bǔ)能的路徑選擇上,從新能源汽車(chē)開(kāi)始發(fā)展的那天起,爭(zhēng)論從未停止,從慢充到快充,從換電到充電,各種聲音都有,而現(xiàn)在也沒(méi)有誰(shuí)淘汰掉誰(shuí),這也是市場(chǎng)選擇最終結(jié)果的呈現(xiàn),在不同的情境下,會(huì)有不同的需求,市場(chǎng)化發(fā)展的事物,也需要符合市場(chǎng)發(fā)展需求的補(bǔ)能方式。

用戶最終的需要是充電的便利性,例如沒(méi)有時(shí)間等充電的情況就采用換電的方式,時(shí)間充裕的話,選擇電網(wǎng)波谷的階段慢充,不同的補(bǔ)能方式,在不同的使用情境下,有不同的市場(chǎng)空間。我們知道咱們的地域遼闊,覆蓋的氣候條件各不相同,而充電具有較強(qiáng)的地域性,在北方的冬天,換電就比快充更受消費(fèi)者的歡迎,如果非要討論個(gè)哪種技術(shù)路線為王會(huì)淘汰其他路線,從用戶的使用場(chǎng)景來(lái)說(shuō),補(bǔ)能方式想要做到統(tǒng)一就不太現(xiàn)實(shí)。

回到快充的技術(shù)路線,對(duì)于廠商們而言,也不會(huì)選擇單一的路徑,非此即彼的選擇容易走進(jìn)死胡同,企業(yè)也會(huì)根據(jù)用戶的意愿來(lái)調(diào)整補(bǔ)能的方式。技術(shù)迭代、消費(fèi)認(rèn)知提升、企業(yè)的傾斜推廣等各種因素在市場(chǎng)化發(fā)展有不同呈現(xiàn),但最終的選擇還是靠市場(chǎng)。

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