“充电5分钟,续航超200公里。”近日,上汽通用汽车宣布携手宁德时代推出行业首个6C超快充磷酸铁锂电池,计划明年起在新升级的奥特能准900V高压电池架构上投入使用,将超快充技术“卷”向新高度。
从4C到5C,再到6C,作为缓解电动汽车续航焦虑的重要手段,超快充路线近年来颇受市场追捧。而得益于技术的快速迭代和行业降本的大力推进,超快充车型加速面市。
车端超充平台虽已成形,但受制于基础设施配套不足,目前新能源汽车超充效果很难完全发挥。在多数受访人士看来,未来超快充技术大规模落地,还有赖于超充网络的完善与超充生态圈的构建。
超快充竞技赛打响
作为拉动新能源汽车高效补能的“牛鼻子”,超快充技术让“充电像加油一样快”从理想走向现实。
据了解,电池充电倍率对应充电速度,用C表示。一般来说,C数值越大,充电效率越高,充满用时越少。理论上来说,1C表示1个小时可将电池充满,2C表示1/2小时将电池充满,以此类推。近年来,头部电池厂密集推出4C、5C,甚至6C电池,将充电时长压缩至十几分钟甚至更短,超充时代加速开启。
2022年,“动力电池一哥”宁德时代发布4C麒麟电池;2023年,峰值5C快充的麒麟电池与理想汽车合作实现量产,同年公司发布神行电池,将4C超充技术带入磷酸铁锂电池领域;今年4月,神行PLUS电池面世,进入“1秒1公里”的超级补能时代;伴随着本次与上汽通用官宣推出6C超快充磷酸铁锂电池,公司超快充技术再上台阶。
二线电池厂在超快充领域的布局也明显加快。今年以来,亿纬锂能发布大圆柱新品Omnicell全能电池,产品具备6C快充能力,可实现充电5分钟续航300公里;国轩高科5C超级快充电池——G刻电池发布,可实现充电9.8分钟补能80%,并支持磷酸铁锂、磷酸铁锰锂和三元等多种体系;欣旺达向市场呈现了闪充电池3.0——6C LFP欣星驰电池及6C NCM欣星耀电池;蜂巢能源则在年内发布了基于磷酸铁锂体系的短刀5C超充电池,另一款三元6C超充电池也同步亮相。
“当前,发展超快充已经是业内共识。”国轩高科电池研究院三元分院副院长汪亚军表示,长期以来,增大电池电量和提升充电效率,是解决新能源汽车续航焦虑的两大主要途径。目前,动力电池容量标配已经达到一定水平,补能速度成为产业链企业发力的重点方向。
从装车情况来看,超快充电池市场认可度较高,落地也颇为迅速。
目前,麒麟电池已搭载于极氪009、小米SU7 Max、理想纯电车MEGA等车型;神行电池已在小米SU7 Pro、奇瑞星纪元ET、极氪001、阿维塔07等车型实现装车。宁德时代表示,神行电池和麒麟电池今年开始大规模放量,全年来看,二者在公司动力电池出货中占比将达三到四成。
其他电池厂方面,国轩高科G刻电池在今年5月发布即量产,蜂巢能源短刀5C超充电池预计将于今年12月实现量产。“目前我们正和多家客户沟通合作超充方案,不过具体细节不方便透露。”蜂巢能源相关负责人表示。
性价比大跃进
多数业内人士认为,超快充无论在技术层面、成本层面,还是市场层面,都已具备了大规模商业化落地的条件。
“超快充涉及面较广,不仅需要对电池材料进行创新升级以支持超充,还需要对大电流充电下的热量进行有效控制和管理。”汪亚军表示。
从工作原理看,电池充电过程的本质是锂离子从正极往负极迁移的过程,在快充模式下,锂离子瞬时脱嵌并迁移嵌入负极,这就要求负极具备极高的嵌锂能力,否则可能出现析锂现象,严重时会产生锂枝晶,导致电池寿命下降甚至出现短路情况。
汪亚军告诉记者,对石墨进行改性,特别是采用多层涂布技术,使其形成多梯度、多孔隙的结构,是提升负极材料离子传输速率的主流手段。
在正极材料方面,多数电池厂采用的方案是提升压实密度,在保证电池能量密度的前提下,缩短锂离子在正极材料中的迁移路径,减少电池内阻,从而加快充电速度。
除此之外,使用低黏度溶剂电解液,引入隔膜有机涂覆技术,也是提升充电倍率和安全性的有效方法。
在电池热管理领域,液冷技术已在动力电池中广为应用。“目前售价10万元以上的车基本上都采用了液冷技术,在超充电池上一般会对液冷板设计进行改良,增大散热面积,提升冷却效果。”汪亚军表示。
不同电池形状的散热要求也不同。蜂巢能源相关负责人认为,短刀电池在散热方面有优势,配合大面水冷布局,热管理方面优于VDA方形电池和圆柱。
值得一提的是,在2023年以前,超快充电池绝大多数为造价较高的三元电池,一度被视为高端车型标志。而在宁德时代推出神行电池后,成本较低的磷酸铁锂电池也被赋予了超充性能,大幅降低了超快充技术的应用门槛。
宁德时代曾表示,神行电池相较于传统磷酸铁锂电池成本几乎没有增加,价格不会有大的变化,基本加量不加价,希望成为大众消费者用得起、用得好的电池。
“据我们测算,在目前的材料体系和技术水平下,超快充电池与普通2C电池相比,成本仅高出不到10%。”西南地区一位资深锂电人士表示。
不过,电池端成本优化只是超快充技术普及的其中一环,配套的电气系统升级降本压力仍存。
证券时报·e公司记者关注到,与当前市场主流的400V平台不同,超快充动力电池系统大多匹配了800V高压平台。“缩短充电时长意味着增大充电功率,而功率=电压*电流,即通过提升电压或电流均可以增大功率。相比于大电流,高电压方案可减少发热量,且具备减重、省空间等优势,更受市场推崇。”蜂巢能源相关负责人表示。
为匹配高压平台,车企需要对电气架构系统进行升级,同时相关功率半导体器件需由硅基的IGBT迭代为造价更高的SiC碳化硅。据国泰君安证券研报测算,400V平台升级为800V高压平台或将合计增加整车成本超4000元。
短期的成本压力并没有阻碍技术的发展。从各家车企官宣的情况来看,800V高压快充已经由高端车型向下渗透,普遍来到30万元以内车型,而在规模化效应推动下,高压快充降本空间将进一步打开。
超充网络亟待完善
伴随着超快充车型的陆续问世,超充桩匹配不足的问题开始暴露,成为高效补能体验落地的瓶颈。
从充电模式来看,市面上有慢充、快充、超充三种,慢充以家用交流充电桩为主,快充及超充服务主要由公共充电站提供。根据《电动汽车公共充电站运营管理服务导则》,快充充电功率为30kW至180kW,超充及超快充充电功率分别达180KW至360kW、360kW以上。超快充车型只有匹配超充桩甚至更高功率的超快充桩,才能达到充电最大峰值功率,实现极速充电。
“目前公共充电桩功率绝大多数都在180kW以下,支持普通快充,充电时长约在半小时至1小时之间,但无法支持超快充。”华东地区一位充电站运营人士告诉记者,第三方运营的超充站多为示范站,还未大范围铺开。
根据华为中国高压快充产业发展报告,如果按照现有车桩比测算,要满足1300万台高压快充需求,2023年—2026年还需要增加98万台1000V高压直流充电桩。
在采访中,记者了解到,超充桩渗透率不高,主要是由于投资成本过大。“据大致测算,超充站投资成本约为普通快充站的3倍。”前述运营人士告诉记者,当前充电站市场竞争趋于白热化,且商业模式较为单一,主要以赚取电费差价和服务费为主,在业内疯狂“卷”价格的背景下,运营方对投资高成本的超充站动力不足。
力分配带来一定冲击,目前主流的做法是在充电站中增设储能电站,以平衡负荷。“增设储能电站会带来额外投入,对管理调度的要求也更高,对于多数运营方来说,投入产出比并不高。“前述运营人士表示,部分运营方尝试引入虚拟电厂、微电网等新的技术模式,未来或许能成为充电站新的盈利点。
有观点认为,在预期超充体验得不到充分满足的情况下,消费者对超充车型的热情或会有所减弱,进而对终端销售形成抑制。为增强市场竞争力,车企亲自下场建设超充桩渐成趋势。
极氪汽车提出“千站万桩”目标,即2024年布局超1000座超快充站,2026年底预计超快充桩保有量达10000根。截至今年9月底,极氪汽车自建充电站覆盖全国156城达1275站,极充达608站3113桩。
理想汽车计划在2024年底上线超级充电站2000座以上。截至2024年10月13日,全国已907座理想超充站、4346根理想充电桩,覆盖30个省份、173个城市。
今年7月,小鹏汽车第1000座自营超充站投入使用;9月,小鹏新一代S5超快充站正式在上海、天津、郑州、武汉四个城市落地,峰值充电功率可达800kW,充电速度1秒超过1公里。
前述运营人士表示,市场发展初期,车企自建超充桩更多的是一项增值服务,或可在一定程度上拉动车型销售,但未来超快充普及绝不能各自为阵,需要政府进行顶层设计,并引入更多的第三方参与进来,形成科学规划、统一标准的超快充网络,与慢充、快充、换电形成良性互动,构建智能产业链生态圈。
目前,产业链生态已具备雏形。今年4月,华为携手车企、充电运营商及产业伙伴成立“超充联盟”,首批进入联盟的车企包括阿维塔、北汽、比亚迪、长城、广汽、合众、江淮、理想、奇瑞、赛力斯、小鹏等11家。按照计划,到2024年底,华为将联合客户、产业伙伴在全国部署超10万个600kW全液冷超级快充桩。
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