充電5分鐘，續(xù)航200公里不再是夢(mèng)。
困擾電動(dòng)車(chē)主的補(bǔ)能問(wèn)題將要被解決了！對(duì)于需要長(zhǎng)途出行的電動(dòng)汽車(chē)車(chē)主來(lái)說(shuō)，補(bǔ)能問(wèn)題一直是一個(gè)痛，和燃油車(chē)的快速補(bǔ)能不同，電動(dòng)汽車(chē)的補(bǔ)能動(dòng)輒需要一個(gè)小時(shí)左右。而今年以來(lái)，各個(gè)新能源車(chē)企都開(kāi)始推出超級(jí)快充來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。就在上個(gè)月，小鵬汽車(chē)推出了旗艦車(chē)型小鵬G9，官方表示配上專(zhuān)用的快充樁，車(chē)輛只需要5分鐘就能補(bǔ)充200公里續(xù)航。以小鵬G9 570公里的續(xù)航來(lái)看，15分鐘就可以充滿(mǎn)電。這個(gè)充電速度有多夸張呢，這里舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，iQOO 10 Pro可以在10分鐘內(nèi)充滿(mǎn)，是目前充電最快的手機(jī)，而在安兔兔給出的手機(jī)充電速度榜單中，前五名手機(jī)可以在15分鐘左右充滿(mǎn)。也就是說(shuō)，小鵬G9的充電速度及時(shí)在手機(jī)榜單中也可以排到前五名。而小鵬G9的電池容量為98kWh，大部分手機(jī)的電池容量不足5000mAh，其充電速度可見(jiàn)一斑。與小鵬同處廣州的廣汽埃安也表示其AION V Plus可以在5分鐘內(nèi)補(bǔ)充112公里續(xù)航，未來(lái)將會(huì)在5分鐘內(nèi)補(bǔ)充207公里續(xù)航。事實(shí)上，除了小鵬、埃安，還有多個(gè)車(chē)企都在致力于超級(jí)充電。比亞迪曾表示，其e平臺(tái)3.0可以實(shí)現(xiàn)5分鐘補(bǔ)充150公里續(xù)航；極狐汽車(chē)也表示其最新推出的阿爾法S也可以在10分鐘補(bǔ)充200公里續(xù)航。此外，特斯拉、蔚來(lái)、嵐圖等車(chē)企都在布局超級(jí)快充。
▲車(chē)企布局超級(jí)快充情況表
從各家車(chē)企官方的數(shù)據(jù)來(lái)看，新一代車(chē)型基本上可以在20分鐘左右充電至80%以上，而小鵬G9幾乎在15分鐘左右就可以充滿(mǎn)電。這一數(shù)據(jù)雖然仍比油車(chē)要慢一些，但與目前的充電速度相比已經(jīng)做了很大的提升，可以大大緩解用戶(hù)的續(xù)航焦慮，也能夠讓電動(dòng)汽車(chē)在更多場(chǎng)景下使用。此前很多專(zhuān)家學(xué)者都認(rèn)為，補(bǔ)能困難是影響一部分消費(fèi)者選擇電動(dòng)汽車(chē)的關(guān)鍵，而隨著這一問(wèn)題逐步被解決，之后或許將會(huì)有更多的消費(fèi)者選擇電動(dòng)汽車(chē)。那么超級(jí)快充到底是怎么一回事兒？背后的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)在哪里？又有哪些車(chē)企和電池企業(yè)在推進(jìn)超級(jí)快充技術(shù)呢？
小鵬埃安打響超充之戰(zhàn) 多數(shù)車(chē)企已經(jīng)參戰(zhàn)
上個(gè)月小鵬汽車(chē)推出了最新的旗艦車(chē)型G9，補(bǔ)能速度快成為了該車(chē)重要的賣(mài)點(diǎn)之一。根據(jù)官方的數(shù)據(jù)顯示，小鵬G9可以在5分鐘內(nèi)補(bǔ)充200公里續(xù)航。以570公里續(xù)航版本車(chē)型為例，小鵬G9在15分鐘內(nèi)就可以充滿(mǎn)電，而此前小鵬P7在快充模式下則需要30分鐘才可以充電至80%，對(duì)比來(lái)看，G9的充電速度提升了一倍以上。而憑借這一性能，小鵬G9也喊出了全球充電最快量產(chǎn)車(chē)的口號(hào)。
▲小鵬G9
不過(guò)，并非只有小鵬汽車(chē)開(kāi)始在充電速度上發(fā)力了，海內(nèi)外多個(gè)車(chē)企都在積極地推進(jìn)電動(dòng)車(chē)充電速度的提升。特斯拉無(wú)疑是最早布局的車(chē)企之一，目前其峰值充電功率可以接近250kW。在特斯拉之外，保時(shí)捷也是在超級(jí)充電方面發(fā)力比較早的車(chē)企，保時(shí)捷首款純電動(dòng)車(chē)型Taycan上第一個(gè)采用了800V架構(gòu)，充電功率可以達(dá)到250kW，當(dāng)時(shí)其充電功率甚至壓過(guò)了特斯拉。據(jù)官方介紹，它的充電功率還可以提升至320kW。
▲保時(shí)捷Taycan
國(guó)內(nèi)車(chē)企關(guān)于超級(jí)充電的競(jìng)爭(zhēng)則更加激烈。廣汽埃安最新推出AION V Plus車(chē)型可以在5分鐘內(nèi)補(bǔ)能至112公里，后續(xù)將會(huì)進(jìn)一步提升到207公里，從數(shù)據(jù)上來(lái)看已經(jīng)隱隱可以和小鵬G9掰手腕了。極狐也曾表示其阿爾法S可以在10分鐘補(bǔ)能200公里。此外，部分車(chē)企雖然還沒(méi)有拿出具體的產(chǎn)品，但也都曾展示了自己在充電方面的目標(biāo)。比亞迪e平臺(tái)3.0上推出的一款概念車(chē)型ecean-X可以實(shí)現(xiàn)充電5分鐘續(xù)航150公里。這說(shuō)明，比亞迪e平臺(tái)3.0上生產(chǎn)的后續(xù)車(chē)型可能也將會(huì)具備非常強(qiáng)的快充能力。極氪汽車(chē)采用了800V架構(gòu)，支持360kW超級(jí)充電；嵐圖汽車(chē)表示在800V架構(gòu)和360kW超充樁的加持下，可實(shí)現(xiàn)充電10分鐘續(xù)航400公里。
▲嵐圖FREE
此外，長(zhǎng)城汽車(chē)、極星、理想等車(chē)企也都在布局超級(jí)快充。雖然目前各家車(chē)企的進(jìn)展并不相同，但無(wú)一例外地都將超級(jí)充電作為了下一階段的重點(diǎn)方面，并且還已經(jīng)找到了可行的技術(shù)方案。那么，超級(jí)充電究竟是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？
提升車(chē)輛的充電速度其實(shí)是一件系統(tǒng)性的工程，對(duì)車(chē)輛的電池、電機(jī)、電控等各個(gè)方面都有一定的要求，甚至對(duì)于充電樁等也有特殊的要求。首先來(lái)看，想要提升車(chē)輛的充電速度無(wú)非就是提升充電功率，而這主要有兩個(gè)辦法：一是提升充電電壓，二是加大充電電流。目前大多數(shù)電動(dòng)汽車(chē)的牽引逆變器都使用了600V的IGBT模塊，電池組的電壓則限制在400V左右。在這一基礎(chǔ)上，如果加大電流就會(huì)使車(chē)輛的電纜直徑增加，導(dǎo)致電纜笨重，同時(shí)電流的提升導(dǎo)致系統(tǒng)功率的損耗也會(huì)增加，甚至發(fā)熱也會(huì)更加嚴(yán)重。而如果加入電壓，可以使得同一根電纜的充電功率提升一倍以上，因此增加電壓成為了目前超級(jí)快充最為便捷的方法，800V架構(gòu)也因此應(yīng)運(yùn)而生。車(chē)輛升級(jí)到800V架構(gòu)的關(guān)鍵則在于高壓元器件的改變，具體來(lái)說(shuō)就是在主驅(qū)逆變器、車(chē)載充電系統(tǒng)（OBC）、電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（車(chē)載DC/DC)和非車(chē)載充電樁等方面用上碳化硅元器件。
▲400V架構(gòu)和800V架構(gòu)對(duì)比（圖源網(wǎng)絡(luò)）
現(xiàn)階段大部分車(chē)型上在主驅(qū)逆變器、車(chē)載充電系統(tǒng)（OBC）、電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（車(chē)載DC/DC)等元器件上采用的都是基于硅基IGBT功率模塊。在目前的400V架構(gòu)下，硅基IGBT功率模塊的最大承壓為650V，如果車(chē)輛的電氣架構(gòu)提升到800V，考慮到開(kāi)關(guān)電壓過(guò)載的情況，需要功率半導(dǎo)體最大能夠承受到1200V的電壓，但在高電壓下，硅基IGBT功率模塊的損耗急劇上升，會(huì)導(dǎo)致車(chē)輛成本提升但能效下降的尷尬問(wèn)題。而碳化硅SiC由于自身高耐壓性、低損耗、高功率密度、高熱導(dǎo)率等優(yōu)勢(shì)，非常符合800V架構(gòu)的需求。因此，在800V架構(gòu)中，需要采用碳化硅SiC元器件來(lái)進(jìn)行替代。
▲碳化硅晶圓
碳化硅SiC元器件除了可以在車(chē)輛中應(yīng)用，在車(chē)載充電器、充電樁等方面都適用，可以實(shí)現(xiàn)高功率且優(yōu)化成本的優(yōu)點(diǎn)。但這方面的技術(shù)一直掌握在海外企業(yè)的手中，IGBT方面，第七代IGBT之后的技術(shù)主要被英飛凌 、ABB、三菱、富士電機(jī)等企業(yè)掌握，而英飛凌更是其中的佼佼者，幾乎壟斷了電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域的中高端IGBT市場(chǎng)。而國(guó)內(nèi)在這方面的發(fā)展距離國(guó)際領(lǐng)先水平還有很大差距。IGBT產(chǎn)品早在上世紀(jì)就出現(xiàn)了，第一代工藝復(fù)雜且成本高，很快就被第二代產(chǎn)品所替代了，但這一代產(chǎn)品如果需要更高的電壓阻斷能力時(shí)，其損耗與溫度也將會(huì)明顯提升。到了第三代產(chǎn)品則優(yōu)化了這些缺點(diǎn)，目前在高壓領(lǐng)域依然占據(jù)主導(dǎo)地位。現(xiàn)階段，最廣泛使用的IGBT芯片是第四代產(chǎn)品，進(jìn)一步降低了開(kāi)關(guān)損耗，同時(shí)開(kāi)關(guān)軟度更高，提升工作結(jié)溫，第六代產(chǎn)品是第四代產(chǎn)品的優(yōu)化，進(jìn)一步降低了損耗；第五代產(chǎn)品則采用了銅替代了鋁金屬，可以允許更高的工作結(jié)溫和電流，同時(shí)厚度也有減小。2018年，IGBT芯片進(jìn)入到了第七代，工作結(jié)溫更高，使用也更加廣泛。國(guó)內(nèi)的IGBT生產(chǎn)技術(shù)目前才達(dá)到了第四代和第五代，和國(guó)際頂尖技術(shù)仍然存在一定的差距。而技術(shù)要求度更高的碳化硅SiC元器件也是優(yōu)先從美國(guó)、歐洲、日本等國(guó)家開(kāi)始普及，國(guó)內(nèi)的碳化硅SiC產(chǎn)品無(wú)論在技術(shù)成熟度上還是市場(chǎng)規(guī)模上，都還比較少。國(guó)內(nèi)車(chē)用SiC功率器件供應(yīng)商主要有三安光電、斯達(dá)半導(dǎo)、聞泰科技、基本半導(dǎo)體等企業(yè)，但整體上占比還非常少。雖然目前國(guó)內(nèi)車(chē)企都在積極布局800V架構(gòu)超級(jí)快充體系，但在核心原材料方面還主要依賴(lài)國(guó)外采購(gòu)，這方面產(chǎn)業(yè)鏈的國(guó)產(chǎn)化替代也非常必要。
▲蔚來(lái)碳化硅電驅(qū)系統(tǒng)
在采用了800V架構(gòu)后，車(chē)輛的電機(jī)也需要相應(yīng)地做一些改變。在電機(jī)的工作過(guò)程中，由于電磁感應(yīng)原理，電機(jī)軸兩端會(huì)形成感應(yīng)電壓，即軸電壓。隨著工作電壓的增高，軸電壓也可能會(huì)增高，可能會(huì)擊穿油膜形成回路出現(xiàn)軸電流，最終導(dǎo)致軸承腐蝕。因此在采用800V架構(gòu)后，電機(jī)的軸承防腐需要進(jìn)一步提升。此外，電機(jī)內(nèi)部的絕緣和EMC防護(hù)等級(jí)也要相應(yīng)提升。動(dòng)力電池也需優(yōu)化 4C倍率才能搞超快充
上面聊到了為實(shí)現(xiàn)充電速度的提升，我們需要對(duì)電機(jī)和電控進(jìn)行一定的調(diào)整，而為了實(shí)現(xiàn)超級(jí)快充，對(duì)于充電過(guò)程中最重要的載體--電池，也需要進(jìn)行一定的調(diào)整。電池的快充主要看電池的充放電倍率，影響充電倍率主要有三個(gè)原因：電極材料、充電樁充電功率和動(dòng)力電池溫度。對(duì)于電池企業(yè)來(lái)說(shuō)，充電樁充電功率是客觀因素，電極材料和溫度控制則是電池廠(chǎng)可以做出改變的地方。目前車(chē)企的超充充電功率都可以達(dá)到350kW，以旗艦車(chē)型都采用的100kWh電池為例，大概需要17分鐘可以充滿(mǎn)，這就需要?jiǎng)恿﹄姵鼐邆?C充電能力（指電池在15分鐘內(nèi)充滿(mǎn)，3C充電指20分鐘內(nèi)充滿(mǎn)，2C與1C依此類(lèi)推，分別在30分鐘和1個(gè)小時(shí)內(nèi)充滿(mǎn)）。那么，目前市面上具備快速充電的車(chē)型搭載的電池都具備怎樣的充電能力呢？以市面上量產(chǎn)的充電速度最快的車(chē)型小鵬G9，其98kWh的動(dòng)力電池來(lái)自中創(chuàng)新航，按照小鵬G9最大480kW的充電功率，只需要12分鐘就能充滿(mǎn)電，這意味著中創(chuàng)新航提供的動(dòng)力電池也具備4C以上的充電能力。特斯拉Model 3標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航版本的電池容量為60kWh，如果以250kW的峰值充電功率來(lái)算，電池也可以在15分鐘內(nèi)充滿(mǎn)，也達(dá)到了4C的充電能力。由此來(lái)看，具備4C充電能力的電池已經(jīng)成為必須了。而最近兩年來(lái)，已經(jīng)有多家動(dòng)力電池企業(yè)宣布了將會(huì)推出具備4C充電能力的動(dòng)力電池，其大多也是從電極材料和溫度控制兩個(gè)角度來(lái)出發(fā)的。電極材料方面做出改變的主要是蜂巢能源、欣旺達(dá)、孚能科技等。蜂巢能源發(fā)布的蜂速快充電池對(duì)正極材料、負(fù)極材料，甚至電解液方面都做出了改變。在正極材料方面采用了柔性包覆技術(shù)，基于大數(shù)據(jù)分析及仿真計(jì)算，篩選適配高鎳材料體積變化大的柔性包覆材料，抑制循環(huán)顆粒粉化，產(chǎn)氣降低20％以上。
▲蜂巢能源產(chǎn)品陣營(yíng)
負(fù)極材料采用了液相包覆技術(shù)等，在石墨表面包覆無(wú)定形碳，降低阻抗，提升鋰離子的通道，使其阻抗降低20%。而電解液則添加了含硫添加劑/鋰鹽添加劑等低阻抗添加劑體系，降低正負(fù)極界面成膜阻抗。通過(guò)這些材料的調(diào)整，提升了電池的充電速度。官方數(shù)據(jù)顯示，該電池充電10分鐘后，可以行駛400公里。欣旺達(dá)則采用了高電壓低鈷Ni60正極體系，并采用復(fù)合包覆和R元素?fù)诫s技術(shù)方案，改善了正極材料的產(chǎn)品性能，使得電池具備了高能量密度和快充性能。其生產(chǎn)的動(dòng)力電池也具備充電10分鐘續(xù)航400公里的表現(xiàn)。孚能科技采用了全極耳、多極耳大軟包動(dòng)力電芯，使得充放電倍率覆蓋了2.4C到5C。
▲孚能科技電芯產(chǎn)品
寧德時(shí)代主要對(duì)動(dòng)力電池的結(jié)構(gòu)和散熱系統(tǒng)做了大幅度的調(diào)整，其麒麟電池將電池包中的橫縱梁、水冷板和隔熱墊集成成了多功能的彈性?shī)A層，將支撐、冷卻、隔熱、緩沖功能四合一。同時(shí)，寧德時(shí)代還對(duì)冷卻系統(tǒng)做了全新的排布設(shè)計(jì)，水冷系統(tǒng)位于電芯與電芯之間，緊貼電芯大面，從而使換熱面積擴(kuò)大4倍，電芯控溫時(shí)間縮短至原來(lái)的一半。
▲寧德時(shí)代麒麟電池大幅提升充電速度
欣旺達(dá)也導(dǎo)入了全新的3D液冷技術(shù)，全系產(chǎn)品無(wú)熱擴(kuò)散；孚能科技則采用了臥式電芯布置方案，另外通過(guò)液冷板和導(dǎo)熱片的復(fù)合使用，可以使電池系統(tǒng)的散熱效率提升4倍。此外，在低溫性能方面，這些電池也都做了一定的提升。正是這些方面的改變，讓上述動(dòng)力電池都具備了超級(jí)快充的能力。
正如上部分所述，充電樁充電功率也會(huì)影響到車(chē)輛最終的充電效果，所以建設(shè)超級(jí)充電樁也必不可少。想要提升充電樁的功率就必須使用更多的充電模塊，以350kW的充電樁來(lái)說(shuō)，需要24個(gè)15kW充電模塊并聯(lián)或者12個(gè)30kW充電模塊并聯(lián)。增加充電模塊意味著模塊間的均流和控制就會(huì)變得復(fù)雜，充電樁的集成度也會(huì)更加復(fù)雜，相應(yīng)的成本也會(huì)提升。以充電樁內(nèi)部都采用30kW的充電模塊來(lái)算，公開(kāi)數(shù)據(jù)顯示，30kW充模塊的單個(gè)成本為2000元，12個(gè)就需要2.4萬(wàn)元，而250kW充電樁只需要9個(gè)，成本為1.8萬(wàn)，150kW充電樁只要5個(gè)，成本為1萬(wàn)元，而目前最多的直流充電樁的充電功率在50kW以下，其充電模塊成本不足4000元。僅充電模塊上就能有2萬(wàn)塊錢(qián)的差價(jià)。而為了實(shí)現(xiàn)超級(jí)快充，充電樁內(nèi)部的一些電子元器件也需要采用碳化硅SiC技術(shù)，而同等尺寸下碳化硅的價(jià)格則是IGBT的3～4倍，這方面的成本提升也不可忽視。其次，超級(jí)充電樁對(duì)于電網(wǎng)的沖擊也不可忽視。以350kW的充電樁為例，假設(shè)一個(gè)充電站有6個(gè)充電樁，那么全部運(yùn)行時(shí)所需要的電壓就為2100kW，而現(xiàn)在多數(shù)直流樁功率僅有50kW左右，也以6個(gè)樁計(jì)算，所需要的電壓為300kW，兩者相比相差非常大，這將會(huì)對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)造成一定的壓力。不過(guò)，這點(diǎn)可以通過(guò)建設(shè)儲(chǔ)能站來(lái)緩解，部分車(chē)企如小鵬等在其快充站內(nèi)都建設(shè)的有儲(chǔ)能站。但盡管存在一定的難度，目前也仍有部分車(chē)企開(kāi)始積極布局超充樁了。特斯拉是最早布局超級(jí)充電的車(chē)企，目前已經(jīng)推出了三代超級(jí)充電樁，第一代充電樁的功率為90kW，到第二代充電樁時(shí)，充電速度已經(jīng)提升到了120kW，目前正在全面推廣的第三代充電樁峰值功率達(dá)到250kW。
▲特斯拉V3超充站
據(jù)外媒報(bào)道，特斯拉正在布局第四代超級(jí)充電樁，峰值功率有望達(dá)到350kW。小鵬汽車(chē)也在最近發(fā)布了S4超充樁。官方介紹，單樁最大功率可達(dá)480kW，最大電流達(dá)到670A，峰值充電功率400kW，遠(yuǎn)超過(guò)特斯拉V3和保時(shí)捷Turbo充電樁。在發(fā)布會(huì)上，小鵬汽車(chē)直接放出了充電的視頻來(lái)證明其充電速度。僅在5分鐘內(nèi)，小鵬G9就增加了210公里的續(xù)航。小鵬汽車(chē)方面已經(jīng)從今年第三季度開(kāi)始了S4超充站的建設(shè)，由于其產(chǎn)品和G9的契合度非常高，所以首批站點(diǎn)將會(huì)在小鵬G9訂單前十名的城市建設(shè)，預(yù)計(jì)今年內(nèi)將會(huì)完成10個(gè)城市，100個(gè)站點(diǎn)的建設(shè)。
▲小鵬S4超快充樁
此外，蔚來(lái)、理想、廣汽埃安、極狐等企業(yè)都在積極布局超級(jí)充電樁。不過(guò)，目前第三方充電樁供應(yīng)商對(duì)于超級(jí)充電樁的布局并不算積極。萬(wàn)城萬(wàn)充副總經(jīng)理梁翔飛認(rèn)為，車(chē)企建設(shè)超級(jí)充電站是為了匹配超級(jí)快充車(chē)型，可以更好地提升車(chē)主的使用體驗(yàn)。但對(duì)于運(yùn)營(yíng)商而言，在相關(guān)車(chē)型沒(méi)有大量普及的情況下，單獨(dú)投資建立超級(jí)充電站，投入和收入很難形成正比，因此建設(shè)意愿比較小。但從當(dāng)下的趨勢(shì)來(lái)看，超級(jí)快充和換電都是電動(dòng)車(chē)補(bǔ)能體系中重要的一環(huán)，因此也將會(huì)是未來(lái)車(chē)企和運(yùn)營(yíng)商重點(diǎn)的發(fā)展方向。這一方面也勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)政策統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)模將會(huì)進(jìn)一步增大。結(jié)語(yǔ)：超充正在成為標(biāo)配
隨著電動(dòng)汽車(chē)在國(guó)內(nèi)的快速普及，消費(fèi)者對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)的接受程度正在不斷提升。但目前對(duì)于消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，續(xù)航焦慮已經(jīng)轉(zhuǎn)化成為補(bǔ)能焦慮。為了應(yīng)對(duì)這些問(wèn)題，車(chē)企和電池企業(yè)正在多方布局，一部分車(chē)企選擇了換電的模式以節(jié)省補(bǔ)能時(shí)間，而另一部分車(chē)企則選擇了建立超級(jí)快充體系來(lái)縮短充電時(shí)間。相比于換電的高成本投入和各個(gè)玩家的各自為戰(zhàn)，超充在成本和推廣上則顯得更加方便，因此目前多數(shù)車(chē)企都在這方面發(fā)力。隨著入局車(chē)企的數(shù)量不斷增加，超級(jí)快充也有望在未來(lái)成為標(biāo)配。
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