電動車淘汰燃油車，中間不止差一個高壓快充

 

“電動車在市里開，方便又省錢，但是跨省我還是不放心，倒不是因為續(xù)航里程，我這輛車夏天能跑450公里左右，主要是因為充電太麻煩，今年‘五一’假期在高速上充電就遇到了排長隊，耽誤時間，還很影響心情，這次假期時間短，我和家人商量還是租輛油車，這樣更方便。”張凝說。

 

張凝的遭遇并非個例。近期，易觀分析發(fā)布的《中國電動汽車公共充電服務市場發(fā)展研究報告(2022)》顯示，在接受調(diào)查的1000名新能源車主中，85%的車主在公共充電場站平均單次充電時長在0.5~2小時之間，58.1%的車主認為充電排隊耗時長。“補能時間長”也成為電動車車主們用車時遭遇的普遍難題。

 

“張凝們”的煩惱或許將被很快解決。“充電10分鐘，補能200km”，當前不少車企競相推出高壓快充車型。7月中旬，搭載800V高壓快充平臺的極狐阿爾法SHI版量產(chǎn)車交付;8月，同樣搭載800V高壓快充的小鵬G9將交付。此外，比亞迪、廣汽埃安、吉利、長安等自主品牌也在相繼入局高壓快充。公開資料顯示，目前，全球公開宣布搭載高壓快充技術的新能源車，半數(shù)以上在中國。業(yè)內(nèi)甚至有人將2022年稱為是800V高壓快充車型量產(chǎn)元年。

 

隨著多款800V高壓快充車型的陸續(xù)推出，業(yè)內(nèi)樂觀預計電動車補能難題將被破解，新能源車的消費需求將有更多想象空間，電動車淘汰燃油車的進程將再提速。事實真是如此嗎？近期，《每日經(jīng)濟新聞》記者對此展開了實地走訪調(diào)查。

 

噱頭還是真實用？

 

“保時捷Turbo充電站和超級充電站只可以為Taycan提供充電服務，其他車型暫時不支持。”在北京的一家保時捷超級充電站內(nèi)，一位保時捷工作人員對《每日經(jīng)濟新聞》記者如此表示。

 

超充樁只為旗下車型提供超充服務，并不僅限于保時捷一個品牌。在走訪中，記者發(fā)現(xiàn)北京多個品牌的超級充電站都存在這一問題。比如，小鵬汽車S4超快充樁當前只適配旗下G9車型，以及后續(xù)產(chǎn)品。

 

支持高壓快充的車型雖然有了專屬充電樁，但并不意味著“充電10分鐘，補能200km”就能成為現(xiàn)實。一位保時捷Taycan車主稱，Taycan雖然支持800V高壓快充，但一般只有保時捷中心或個別商業(yè)中心停車場配有Turbo充電樁，所以平時車輛補能還是以第三方的快充和家用慢充樁為主，充電所需要的時間也更長。

 

保時捷Taycan是全球首個實現(xiàn)800V高壓充電平臺成功上車并量產(chǎn)落地的車型，其30分鐘內(nèi)電量可以從5%快充到80%，如果使用400V充電槍則需要47分鐘，而使用家用充電樁充電從0%充至100%則需要9~10個小時。

 

記者注意到，目前多個汽車品牌對車輛在高壓快充狀態(tài)下補能時間和續(xù)航里程的表述中，都會出現(xiàn)這樣的話術，“在理想條件下”“基于工程開發(fā)模擬數(shù)值”“數(shù)據(jù)來源于實驗室”……

 

對此，一位自主品牌車企技術人員告訴記者：“目前基于完整800V架構已量產(chǎn)的車型很少，大部分車企800V平臺多為400V電池串并聯(lián)過渡方案，再加上補能時間和續(xù)航里程的測算受很多客觀因素的影響，所以只能作為參考。”

 

動力電池端：充電速度與安全性難兩全

 

高壓快充，聽起來很美好，但對新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈上的每一個環(huán)節(jié)而言，都是一個“牽一發(fā)而動全身”的大工程。

 

一個關鍵的問題是，想要實現(xiàn)快充，就必須提高充電倍率，但動力電池的循環(huán)壽命就會縮短，而現(xiàn)有技術還無法解決這一問題。此外，4C快充電池還未實現(xiàn)量產(chǎn)裝車，其耐久性尚未經(jīng)受市場檢驗。

 

“充電倍率的提升，依賴于相關技術包括電芯材料、電芯內(nèi)部結構、模組設計方案、電池包設計方案CTP，以及電池管理系統(tǒng) BMS等方面的不斷突破。目前主流的動力電池包已能支持2C充電倍率，往上提升類似木桶效應，需持續(xù)突破技術短板。”天風證券在研報中認為。

 

在動力電池領域有過多年研究的中國汽車動力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟副秘書長王子冬也認為，實現(xiàn)快充要求動力電池要具有比較高的充電接受能力（功率密度高），如5C、8C、10C等，動力電池的充電接受能力越高，充電完成時間就越短。但動力電池的特性決定了能量密度越高的電池，充電接受能力反而越低。想要同時兼顧高能量密度和高功率密度，對材料、電池結構和生產(chǎn)工藝的挑戰(zhàn)非常大。

 

“我們目前是在這兩個性能之間找平衡，能兼顧高能量密度和超級快充的電池方案，我認為還沒有找到。”王子冬對記者說。

 

中國科學院院士歐陽明高同樣認為，超級快充完全充滿，同時電池還需要具備安全性和長壽命，這是很難折中的。但15分鐘充電80%也不是不可能，這要求電池本身要改進，比如采用電極隔膜一體化技術，但這會對電池回收帶來麻煩。

 

不過，當前主流電池供應商正在推動動力電池充電倍率從1C~2C向4C升級。如寧德時代此前發(fā)布的麒麟電池宣稱可實現(xiàn)4C充電倍率，配合800V高電壓平臺，可實現(xiàn)10分鐘快充（從10%電量充至80%）；孚能科技自主研發(fā)的800V超充高壓平臺技術充電倍率為2.7C，整包充電倍率等效為2.2C，意味著從10%電量充至80%僅需15分鐘，預計2022年10月進入量產(chǎn)階段；蜂巢能源也已實現(xiàn)2C電芯產(chǎn)品的量產(chǎn)，未來其短刀電池全品類將提供4C快充技術、高效熱管理技術等，適配800V高端車型。

 

“快充對電芯方面的技術要求難度并不大，但在800V高壓平臺上，由于電池數(shù)量較多，電池間微小的差異性都可能影響電池的使用壽命，因此對電池系統(tǒng)的整體要求較高。另一方面，超級快充技術對電網(wǎng)的要求也很高，要能滿足大量電動車同時快充的需求，難度很大。”國軒高科工程研究院總院副院長徐興無在接受記者采訪時表示。

 

充電樁運營端：需求少，限制多

 

盡管車企們競相開啟大功率超充樁布局，但據(jù)記者了解，公共充電場站的主力軍——第三方充電樁運營商卻對此興致平平。

 

“車企這種5~10分鐘補能150~200公里的宣傳抓住了新能源車主的痛點，但真正落地時面臨的限制很多。對于我們而言，超充樁的成本、選址、配網(wǎng)容量都需要考量，現(xiàn)在支持超充的車輛又很少，相當于我好不容易建了個大水池，但絕大部分的車都是‘喝’不了這么快，變相造成了一種資源浪費，因此盡管公共場站一直在升級，但支持400千瓦以上超充的還是極少數(shù)。”一位充電樁運營企業(yè)內(nèi)部人士向記者坦言。

 

據(jù)萬幫數(shù)字能源股份有限公司高級副總裁李宏慶介紹，目前星星充電在主要城市的充電訂單仍以30~90千瓦充電功率為主，遠未達到車企規(guī)劃超級快充時所設想的200千瓦以上。

 

“杭州53%的訂單充電功率需求分布在30~60千瓦，60千瓦以上的訂單比例約在20%左右。合肥的情況與之類似，大于60千瓦的需求也是20%多一點，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過22%，90千瓦以上占7%，相對來說對大功率充電需求更高一些。”

 

另一充電運營商特來電向記者提供的數(shù)據(jù)也基本與之相同。據(jù)特來電首席專家穆曉鵬介紹，當前特來電各場站充電訂單顯示，85%的乘用車充電功率在45千瓦~100千瓦范圍內(nèi)，其中最多的訂單位于60千瓦左右。

 

“從技術維度考量，滿足理論上充電5分鐘、補充200公里續(xù)航的充電設施，都是800V、360千瓦以上的高壓快充樁，在當前充電場站中的覆蓋比例并不高。早期布局的這類充電樁主要服務于重卡類商用車，并且普遍的充電電壓也是在700V左右；對乘用車市場來說，這項技術仍處于起步階段。”能鏈智電經(jīng)營副總裁于翔在接受記者采訪時說。

 

或許，正是因實際充電功率有限，車主們對大功率充電的期待值很高。中國電動汽車充電基礎設施促進聯(lián)盟信息部主任仝宗旗表示，在公共充電樁的補能行為中，87.9%的用戶充電時偏好選擇120千瓦及以上的大功率充電設施，而60千瓦以下充電設施的用戶選擇率僅為1.6%。其中，選擇120~150千瓦大功率充電設施的用戶數(shù)量最多，占比達35.1%。

 

“車主在選擇充電樁時會綜合考慮充電時長、停車收費等因素?？傮w而言，大功率充電設施更符合用戶使用偏好。”仝宗旗表示。對此，上述充電樁運營企業(yè)內(nèi)部人士認為，這也解釋了當前車企為何大力推廣超充樁。

 

上游材料端：爭奪碳化硅

 

動力電池、充電樁環(huán)節(jié)之外，高壓快充技術距離落地推廣還有一關要過：關鍵材料碳化硅（SiC）。

 

“如果電動汽車架構升級到800V甚至更高水平的平臺上，包括逆變器、電驅系統(tǒng)、電能轉換等在內(nèi)的強電鏈路將從傳統(tǒng)的硅基產(chǎn)品換成SiC功率器件。”上述自主品牌車企技術人員告訴記者，原本的硅基IGBT芯片達到了材料極限，而具備耐高壓、耐高溫、高頻等優(yōu)勢的SiC是很好的替代方案。

 

在SiC的應用上，特斯拉是第一個“吃螃蟹的人”。2018年，特斯拉Model 3首次將IGBT模塊換成了SiC模塊。在相同功率等級下，SiC模塊的封裝尺寸明顯小于IGBT模塊，并且開關損耗降低了75%。換算下來，采用SiC模塊替代硅基IGBT模塊，系統(tǒng)效率可以提高5%左右。

 

正是這次大膽的嘗試，讓特斯拉占據(jù)著400V電池系統(tǒng)的技術和市場。不過，成本難題也曾困擾著特斯拉。當時，一塊SiC功率器件的價格要比傳統(tǒng)硅器件貴十倍左右，即使如今SiC售價有所下降，但其價格也仍是同等傳統(tǒng)硅器件的數(shù)倍。

 

“由于SiC制造過程難度較高，目前成本依然是第二代晶體硅材料的數(shù)倍。”國內(nèi)一家功率器件公司的碳化硅研發(fā)工程師告訴記者，“主驅逆變器使用SiC，成本大約在4500元左右，但使用硅材料的話，只需要1500元左右，差價在3倍。”

 

對此，興業(yè)證券研報認為，隨著SiC產(chǎn)能提升，價格會逐步降低，并且應用SiC能夠簡化直流充電樁的電路結構，減少元器件使用數(shù)量，降低熱管理成本。綜合來看，應用 SiC 能在未來為快充樁的建設提供成本優(yōu)勢。

 

“SiC器件具有高頻率、高效率、小體積等優(yōu)點，使用SiC材料可讓電機逆變器效率提升4%，這將讓電動車的續(xù)航里程至少提高7%；800V電壓平臺升級是其滲透率提升動力之一，未來將大規(guī)模應用；預計到2025年可達48.32億美元，行業(yè)未來5年復合增速可達25.5%。”天風證券分析稱。

 

事實上，特斯拉之后，越來越多的車企正在快速應用SiC。近期，小鵬汽車推出國內(nèi)首個量產(chǎn)800V高壓SiC平臺，可實現(xiàn)充電5分鐘，補充續(xù)航里程200km的能力。此前，比亞迪預計到2023年，電動汽車將完全用SiC基車用功率半導體替代硅基IGBT。

 

值得注意的是，當前SiC功率器件市場以海外巨頭為主導。據(jù)Yole數(shù)據(jù)，2020年SiC功率器件市場中，意法半導體、Cree、ROHM、Infineon、onsemi 市占率分別為40.5%、14.9%、14.4%、13.3%、7.7%。“與國外SiC功率器件企業(yè)相比，國內(nèi)企業(yè)與其差距在于產(chǎn)品的穩(wěn)定性，這決定著能否快速達到車規(guī)級（應用）的關鍵。”上述碳化硅研發(fā)工程師說。

 

在開源證券分析師任浪看來，由于碳化硅仍在快速增長階段，格局尚未固化，國內(nèi)企業(yè)有望依托龐大的內(nèi)需市場沖擊海外巨頭壟斷地位。

 

產(chǎn)品普及仍待時日

 

盡管有種種難題待解，但業(yè)內(nèi)對電動車超級快充的探索并沒有放慢腳步。

 

“未來超級快充將與其他技術路線并存，成為新能源車主的補能選擇。”于翔對記者說，無論是慢充、快充、超級快充還是換電，都會有不同場景及用途。例如，慢充多數(shù)投放在辦公場所、社區(qū)；普通快充集中在一些配套設施相對完善的公共充電站；超級快充未來可能受到那些更追求時間效率和服務體驗的中高端車型車主的青睞。

 

在中國電力企業(yè)聯(lián)合會副秘書長兼中電聯(lián)標準化管理中心主任劉永東看來，超級快充的普及推廣也并非一日之功，仍需全產(chǎn)業(yè)鏈的共同配合。“大功率充電不僅僅是一個接口，它也是一個系統(tǒng)工程，包含車、槍、樁等全產(chǎn)業(yè)鏈。當然，我認為超級充電只是未來多元化技術路線中的一種，它更適合于中高端車型搭載，滿足車主對充電功率和充電速度的要求。”劉永東說。

 

從目前來看，車企針對800V快充技術推出的車型以中大型轎車和SUV為主，售價在20萬~50萬元。比如，小鵬G9、機甲龍等車型將在年內(nèi)陸續(xù)上市，業(yè)內(nèi)預計真正支持800V快充技術的產(chǎn)品大年要到2024年左右。

 

 

 

比如，中金研報認為，800V高壓系統(tǒng)平臺兼容性高，預計全系800V架構將憑借其低損耗特性或將成為主流；而當前，不同車載零部件的高壓成熟度不一致，車企或采用400V+800V混合方案，并向全系800V逐步迭代。

 

而隨著大功率充電研究方向的確定，未來高壓平臺將演進到1000V~1500V。2021年，華為給出了一套比較明確的技術目標：到2025年將推出電壓平臺超1000V、功率600kW的快充方案，5分鐘即可實現(xiàn)30%~80%SOC充電性能。

 

雖然距離高壓快充產(chǎn)品普及尚有時日，但就像快充技術改變了大家使用智能手機的習慣一樣，高電壓平臺技術的落地也會對電動車產(chǎn)品的技術走向和使用體驗產(chǎn)生巨大影響。試想一下，當基于電壓平臺升高的量變，使電動車的便利性達到了媲美燃油車的質變，那么電動車取代燃油車的一天將很快到來。