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充电桩功率的竞赛中,国内完全落后了?

时间:2018-11-01 阅读:
在国内与国外,快充充电桩的功率似乎是两个世界。

前两周,车和家发布增程式量产车理想智造ONE,打出没有里程焦虑的旗号。

进入2018年,电动车的消费者们,对车辆的续航里程期望值已经上浮至400公里起,A级电动车市场主流车型NEDC续航纷纷站上350公里乃至400公里,也说明了这一趋势。

然而,对于更多的燃油车主来说,他们不选择电动车的理由是——“加油5分钟,充电十小时”。

为了占住未来的市场,车企、动力电池巨头、电池初创、充电桩技术商……一众产业玩家,围绕快充技术,分别在车辆充电速度、动力电池充电性能、充电桩功率三个领域,开启了三场战役。

一、充电速度之战:从1小时到15分钟,传统车企围剿特斯拉!

今年日内瓦车展上,号称“特斯拉杀手”的捷豹I-Pace横空出世,充电功率达到100KW。搭配大功率快充功能,使得这辆带电量达到81kWh的电动车能够在40分钟充至80%的电量,对应NEDC续航400公里。

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I-Pace对标的特斯拉,在超级充电站的支持下则最多可达到120KW充电功率,特斯拉的各个车型基本也能满足1小时充足80%电量(为了保护电池,动力电池充电最后20%的余量通常会强行限制电流,采用涓流充电)。

在特斯拉立下充电速度标杆后,来自传统车厂的竞品们不敢怠慢。“一小时内充至80%电量”,基本成为了豪华电动车的入门标准。

然而,如果与带电量75KWh的Model X 75D相比,I-Pace无论是在最大充电功率还是最快充电速度上,都没有优势,传统车企纯电动车在充电方面与特斯拉的第一局较量中未能取胜。

今年秋天,盛名在外、被寄予厚望的奔驰EQC问世,带电量80KWh,充电功率110KW,充至80%电量时间与I-Pace看齐,40分钟。传统车企支持者们设想的第二位“特斯拉杀手”,人设也轰然倒塌。

EQC发布后不久,特斯拉的第三位挑战者奥迪E-tron上场,在特斯拉家门口—美国旧金山发布。显然,E-tron敢“打上门去”,还是有些准备,至少在充电速度上是这样——e-tron最高充电功率150KW,充至80%电量的快充时间为半小时。 

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尽管E-tron明年才能量产,但在充电速度的纸面数据上,传统车企终于完成了对特斯拉的超越。

同样要在充电速度参数上超越特斯拉的,还有宝马尚未正式官宣的iX3。在外媒的报道中,这款宝马的纯电动SUV最大充电功率也将达到150KW,快充半小时充满(80%)电量,两年后量产。

但半小时的充电时间,仍然是燃油车加油时间的6倍。车企们认为这个比值还需要缩小。

于是,保时捷首款纯电动车Taycan发布时,宣布最大支持350KW的充电功率,让其快充时间可以缩短至15分钟!对外宣传时,保时捷一直强调比特斯拉强了数倍的充电性能。

有意思的是,马斯克在两年前就表示,会把特斯拉的最大充电功率提升至350KW,然后马斯克表示不现实,降至200-250kW合适,但特斯拉忙于Model 3的量产,今年夏季末升级充电功率的计划又跳票了。

从100KW到350KW,从1小时到15分钟,一系列豪华电动车将快充功率提升3.5倍,快充时间则提升了4倍。

但需要提到的是,特斯拉目前仍然是支持充电功率最高的量产电动车。

二、动力电池倍充性能之战:从2倍到20倍!

如果从保时捷Taycon将搭载的350KW充电技术来看,电动车最大充电速度的进步已然很快。然而,与电动车最快的耗电速度相比,仍然不够看。

以特斯拉Model S P100D为例,其电机最大输出功率达到568KW,只需要10分钟,就可以把100KWh的电池彻底耗尽。在这样的条件下,电池的放电倍率是6C(即放电功率是电池容量的6倍,充电功率同理 ,该数值越大,电池充电/放电越快。),而特斯拉快充的充电倍率没有超过2C。

动力电池的安全性,是其中最大的瓶颈。事实上,为了在充电时“不出事儿”,如今在乘用车上量产应用的动力电池,充电倍率基本都不超过2C。

为了电池内部锂的脱嵌有序进行,防止产生析锂、电解液分解、电池过热等危及安全的问题以及内部结构塌陷造成的循环寿命衰减问题,在需要长时间保持恒定功率的充电过程,无论是主机厂还是动力电池厂商,都对超大功率的充电持谨慎态度。

好在,动力电池技术的持续进步,陶瓷涂层隔膜、耐高压高温电解液、正极材料包覆、新型负极材料的开发等等技术的成熟,为亟待满足的快充需求创造了条件。

产品方面的表现是高端电动车们最大充电功率的不断上升,产业链上游则是动力电池巨头与初创公司们在不断探索动力电池快充的倍率极限——这一数字,已经从2上升到4、6、10倍乃至更高的倍数。

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今年年中,在 2018中国(青海)锂产业与动力电池国际高峰论坛上,宁德时代总裁黄世霖表示下半年将出货快充时间达到15分钟的动力电池。车东西从业内人士处了解到,黄世霖所说的这型电池很可能是一款能量密度达到190Wh/kg的快充电池。

在宣传资料中,这款电池的负极材料是应用了“快离子环”技术的改性石墨,能够帮助锂离子快速从负极脱嵌;正极材料则是能量密度较高的三元锂材料。这款电池有望先投放至对高倍率快充有迫切需求的电动出租车市场。

另外,宁德时代还有充电倍率达到5C(快充时间10分钟)与3C(快充时间20分钟)的动力电池,正极材料采用了安全性更高的磷酸铁锂,目标瞄向电动公交,并且已经投放市场。

而在快充电池上步伐迈得更早的国产动力电池厂商——微宏动力、珠海银隆,最早使用结构十分稳定的钛酸锂作动力电池负极材料,在几年之前就实现了6C的充电倍率,虽然牺牲了一定的能量密度以及经济性,但这种电池尤其适合城市电动巴士使用。在2015年,微宏动力就拿到了伦敦混动大巴的订单以及国内重庆北京等地的电动公交订单,而珠海银隆在董明珠入股之前,也拿下过北京电动公交的订单。

眼下,微宏动力通过将负极材料更换为理论能量密度更高的多孔复合碳,推出能量密度170Wh/kg,充电倍率4C的动力电池,试图切入电动出租车及乘用车市场。

国外的巨头对快充动力电池也保持着密切关注,并且,他们不仅想要电池支持快充,还希望未来的动力电池能够同时满足高能量密度与高充电倍率性能。

上周,软包动力电池巨头LG宣布投资动力电池初创公司Enevate。这家美国公司独辟蹊径,研发了纯硅作为负极材料的动力电池。据其副总裁所言,这样不仅解决了负极材料的锂脱嵌稳定性问题,使得倍充性能可以大幅度提升,而且能够大大提升电池整体的能量密度(硅负极的理论比能量超过4200mAh/g,超过碳负极10倍)。

因此,Enevate掏出的产品是能量密度可达250-300Wh/kg,充电倍率达到10C,快充时间只需要6分钟的超级电池!不过,Enevate的这一产品目前还未量产,目前仍在产业化过程中。

而10C的倍率充电性能,还不是巨头们正在追逐的极限。以色列公司StoreDot,则号称正在开发充电倍率性能达到12C的动力电池。在其对外宣传中,StoreDot号称其技术在正负极材料上使用有机材料,可以使电动车“充电5分钟,续航500km(300英里)”。这一技术还吸引来了戴姆勒,为StoreDot投资了6000万美元。

不过,StoreDot更像是在电池领域中另辟了一个技术体系,离商业化比Enevate更远。

另外,车东西还发现了号称充电性能达到20C,能量密度150KWh/kg的湖南妙盛动力电池。只是这些参数已经超出了行业的认知,更像是一场炒作。

在充电倍率性能这场参数“天花乱坠”的战役中,初创公司以超高的数值取得了对巨头的完胜。只是,初创公司的技术其实大多还 停留在研发阶段。 

三、充电桩功率之战:从60KW到500KW

各家公司在充电倍率上的“放卫星”,实则反映了新能源汽车市场对快充技术的切实需求。

当主流电动车的续航里程升级到400公里,对应的电池容量通常至少要达到50KWh。要把充电时间压缩到半小时,至少需要100KW的充电功率。

而回到普通新能源车主的用车生活中来,真正构成充电速度瓶颈的另一大关键因素,其实是充电桩。充电桩的输出功率,将直接限制电动车的充电速度。特别是对于缺乏私桩安装条件的国内电动车主来说,高功率的公共快充桩,尤为重要。

但在国内与国外,快充充电桩的功率似乎是两个世界。

在超高功率的快充桩建设上,国外走得非常超前。

去年11月,戴姆勒、大众、福特、宝马等汽车巨头组建的欧洲快速充电联盟Ionity,宣布首个350KW快速充电站已启用,Ionity计划,到2018年底总共配置100个充电站。到2020年,在整个欧洲配置400个350KW充电站。

350KW正是保时捷Taycan的最大充电功率,但这还不是充电桩的最高纪录。2017年初,美国充电服务公司Chargepoint宣布打造400KW的直流快充桩。一家澳大利亚公司Tritium则把这一纪录刷新至475KW。而Chargepoint又通过自研的ExpressPlus充电系统将这一功率提升至500KW。

而国内,最主流的快充充电桩功率是60KW。

通过查阅国内最大充电桩运营商国家电网的招标公告,车东西发现在2017年第二批公开招标时,60KW直流快充桩订单在所有快充桩中占比90%。

但动力电池能量密度不断提升、电动车带电量不断提高,对快充技术的呼声也越来越响。大众的MEB电动车平台,支持的快充功率就是100KW起步,最高125KW。显然,60KW的快充不够用了。

在充电桩功率的竞赛中,国内似乎完全落后了。而一位充电桩运营商向车东西解释,实际情况并非如此。

以350KW的充电桩为例,它的最大输出功率要求电动车动力电池至少拥有4C-5C的倍率性能,而国内目前根本没有这样的纯电动乘用车。目前国内的主流需求是,实现100KW快充桩的普及。因此,国网在2018年的招标中也大幅度提高了100KW以上快充桩的比例。今年国网第一批充电桩招标时,100KW以上快充桩的比例已经提升至30%。

目前的高功率充电桩基本都是为搭载快充电池的电动大巴服务,而电动大巴、电动公交充电场地固定,超高功率充电站不需要建设太多即可满足需求。如果要论功率,目前国内其实也有星星充电自研的500KW超级充电站。

不过,由于建设大功率充电站需要的高压功率半导体目前基本掌握在国外半导体巨头手中,国内企业需要进口,因此高功率充电桩确实是一个待解的短板;同时,日美欧在高功率快充上的标准建设上,也比中国更快。

结语:快充的奇点正在到来

毫无疑问,透过这三场在新能源车产业中的“充电战”,快充技术的热度已经越来越高。

并且,超高功率的快充已经开始从商用车型上,向乘用车开始渗透。在动力电池能量密度提升遭遇瓶颈时,快充提供了另外一种解法,就如智能手机产业曾经发生的趋势一样。

当然,同提高动力电池能量密度一样,电动车快充的应用也需要完善的安全保障措施、健全的标准建设。同时,快充技术更加依赖基础设施。

不过,当越来越多的电动车带电量达到50度、60度乃至70度时,快充技术的大规模应用临界点已经到来了。

(来源:微信公众号车东西)

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