鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:891次 | 2019年02月17日
充電5分鐘續(xù)航1000里,揭秘電動(dòng)車快充三大戰(zhàn)役
進(jìn)入2018年,電動(dòng)車的消費(fèi)者們,對(duì)車輛的續(xù)航里程期望值已經(jīng)上浮至400公里起,A級(jí)電動(dòng)車市場(chǎng)主流車型NEDC續(xù)航紛紛站上350公里乃至400公里,也說明了這一趨勢(shì)。
然而,對(duì)于更多的燃油車主來說,他們不選擇電動(dòng)車的理由是——“加油5分鐘,充電十小時(shí)”。
為了占住未來的市場(chǎng),車企、動(dòng)力電池巨頭、電池初創(chuàng)、充電樁技術(shù)商……一眾產(chǎn)業(yè)玩家,圍繞快充技術(shù),分別在車輛充電速度、動(dòng)力電池充電性能、充電樁功率三個(gè)領(lǐng)域,開啟了三場(chǎng)戰(zhàn)役。
這三場(chǎng)戰(zhàn)役指向的目標(biāo),是將電動(dòng)車的充電功率提升的5-10倍,將充電速度從1小時(shí)壓縮至15分鐘乃至5分鐘!
充電速度之戰(zhàn):從1小時(shí)到15分鐘,傳統(tǒng)車企圍剿特斯拉
今年日內(nèi)瓦車展上,號(hào)稱“特斯拉殺手”的捷豹I-Pace橫空出世,充電功率達(dá)到100KW。搭配大功率快充功能,使得這輛帶電量達(dá)到81kWh的電動(dòng)車能夠在40分鐘充至80%的電量,對(duì)應(yīng)NEDC續(xù)航400公里。
I-Pace對(duì)標(biāo)的特斯拉,在超級(jí)充電站的支持下則最多可達(dá)到120KW充電功率,特斯拉的各個(gè)車型基本也能滿足1小時(shí)充足80%電量(為了保護(hù)電池,動(dòng)力電池充電最后20%的余量通常會(huì)強(qiáng)行限制電流,采用涓流充電)。
在特斯拉立下充電速度標(biāo)桿后,來自傳統(tǒng)車廠的競(jìng)品們不敢怠慢?!耙恍r(shí)內(nèi)充至80%電量”,基本成為了豪華電動(dòng)車的入門標(biāo)準(zhǔn)。
然而,如果與帶電量75KWh的ModelX75D相比,I-Pace無論是在最大充電功率還是最快充電速度上,都沒有優(yōu)勢(shì),傳統(tǒng)車企純電動(dòng)車在充電方面與特斯拉的第一局較量中未能取勝。
今年秋天,聲名在外、被寄予厚望的奔馳EQC問世,帶電量80KWh,充電功率110KW,充至80%電量時(shí)間與I-Pace看齊,40分鐘。傳統(tǒng)車企支持者們?cè)O(shè)想的第二位“特斯拉殺手”,人設(shè)也轟然倒塌。
EQC發(fā)布后不久,特斯拉的第三位挑戰(zhàn)者奧迪E-tron上場(chǎng),在特斯拉家門口—美國(guó)舊金山發(fā)布。顯然,E-tron敢“打上門去”,還是有些準(zhǔn)備,至少在充電速度上是這樣——e-tron最高充電功率150KW,充至80%電量的快充時(shí)間為半小時(shí)。
盡管E-tron明年才能量產(chǎn),但在充電速度的紙面數(shù)據(jù)上,傳統(tǒng)車企終于完成了對(duì)特斯拉的超越。
同樣要在充電速度參數(shù)上超越特斯拉的,還有寶馬尚未正式官宣的iX3。在外媒的報(bào)道中,這款寶馬的純電動(dòng)SUV最大充電功率也將達(dá)到150KW,快充半小時(shí)充滿(80%)電量,兩年后量產(chǎn)。
但半小時(shí)的充電時(shí)間,仍然是燃油車加油時(shí)間的6倍。車企們認(rèn)為這個(gè)比值還需要縮小。
于是,保時(shí)捷首款純電動(dòng)車Taycan發(fā)布時(shí),宣布最大支持350KW的充電功率,讓其快充時(shí)間可以縮短至15分鐘!對(duì)外宣傳時(shí),保時(shí)捷一直強(qiáng)調(diào)比特斯拉強(qiáng)了數(shù)倍的充電性能。
有意思的是,馬斯克在兩年前就表示,會(huì)把特斯拉的最大充電功率提升至350KW,然后馬斯克表示不現(xiàn)實(shí),降至200-250kW合適。但特斯拉忙于Model3的量產(chǎn),今年夏季末升級(jí)充電功率的計(jì)劃又跳票了。
從100KW到350KW,從1小時(shí)到15分鐘,一系列豪華電動(dòng)車將快充功率提升3.5倍,快充時(shí)間則提升了4倍。
但需要提到的是,特斯拉目前仍然是支持充電功率最高的量產(chǎn)電動(dòng)車。
動(dòng)力電池倍充性能之戰(zhàn):從2倍到20倍!
如果從保時(shí)捷Taycon將搭載的350KW充電技術(shù)來看,電動(dòng)車最大充電速度的進(jìn)步已然很快。然而,與電動(dòng)車最快的耗電速度相比,仍然不夠看。
以特斯拉ModelSP100D為例,其電機(jī)最大輸出功率達(dá)到568KW,只需要10分鐘,就可以把100KWh的電池徹底耗盡。在這樣的條件下,電池的放電倍率是6C(即放電功率是電池容量的6倍,充電功率同理,該數(shù)值越大,電池充電/放電越快。),而特斯拉快充的充電倍率沒有超過2C。
動(dòng)力電池的安全性,是其中最大的瓶頸。事實(shí)上,為了在充電時(shí)“不出事兒”,如今在乘用車上量產(chǎn)應(yīng)用的動(dòng)力電池,充電倍率基本都不超過2C。
為了電池內(nèi)部鋰的脫嵌有序進(jìn)行,防止產(chǎn)生析鋰、電解液分解、電池過熱等危及安全的問題以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)塌陷造成的循環(huán)壽命衰減問題,在需要長(zhǎng)時(shí)間保持恒定功率的充電過程,無論是主機(jī)廠還是動(dòng)力電池廠商,都對(duì)超大功率的充電持謹(jǐn)慎態(tài)度。
好在,動(dòng)力電池技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步,陶瓷涂層隔膜、耐高壓高溫電解液、正極材料包覆、新型負(fù)極材料的開發(fā)等等技術(shù)的成熟,為亟待滿足的快充需求創(chuàng)造了條件。
產(chǎn)品方面的表現(xiàn)是高端電動(dòng)車們最大充電功率的不斷上升,產(chǎn)業(yè)鏈上游則是動(dòng)力電池巨頭與初創(chuàng)公司們?cè)诓粩嗵剿鲃?dòng)力電池快充的倍率極限——這一數(shù)字,已經(jīng)從2上升到4、6、10倍乃至更高的20倍。
今年年中,在2018中國(guó)(青海)鋰產(chǎn)業(yè)與動(dòng)力電池國(guó)際高峰論壇上,寧德時(shí)代總裁黃世霖表示下半年將出貨快充時(shí)間達(dá)到15分鐘的動(dòng)力電池。車東西從業(yè)內(nèi)人士處了解到,黃世霖所說的這型電池很可能是一款能量密度達(dá)到190Wh/kg的快充電池。
在宣傳資料中,這款電池的負(fù)極材料是應(yīng)用了“快離子環(huán)”技術(shù)的改性石墨,能夠幫助鋰離子快速?gòu)呢?fù)極脫嵌;正極材料則是能量密度較高的三元鋰材料。這款電池有望先投放至對(duì)高倍率快充有迫切需求的電動(dòng)出租車市場(chǎng)。
另外,寧德時(shí)代還有充電倍率達(dá)到5C(快充時(shí)間10分鐘)與3C(快充時(shí)間20分鐘)的動(dòng)力電池,正極材料采用了安全性更高的磷酸鐵鋰,目標(biāo)瞄向電動(dòng)公交,并且已經(jīng)投放市場(chǎng)。
而在快充電池上步伐邁得更早的國(guó)產(chǎn)動(dòng)力電池廠商——微宏動(dòng)力、珠海銀隆,最早使用結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定的鈦酸鋰作動(dòng)力電池負(fù)極材料,在幾年之前就實(shí)現(xiàn)了6C的充電倍率,雖然犧牲了一定的能量密度以及經(jīng)濟(jì)性,但這種電池尤其適合城市電動(dòng)巴士使用。
在2015年,微宏動(dòng)力就拿到了倫敦電動(dòng)大巴的訂單以及國(guó)內(nèi)重慶北京等地的電動(dòng)公交訂單,而珠海銀隆在董明珠入股之前,也拿下過北京電動(dòng)公交的訂單。
眼下,微宏動(dòng)力通過將負(fù)極材料更換為理論能量密度更高的多孔復(fù)合碳,推出能量密度170Wh/kg,充電倍率4C的動(dòng)力電池,試圖切入電動(dòng)出租車及乘用車市場(chǎng)。
國(guó)外的巨頭對(duì)快充動(dòng)力電池也保持著密切關(guān)注,并且,他們不僅想要電池支持快充,還希望未來的動(dòng)力電池能夠同時(shí)滿足高能量密度與高充電倍率性能。
上周,軟包動(dòng)力電池巨頭LG宣布投資動(dòng)力電池初創(chuàng)公司Enevate。這家美國(guó)公司獨(dú)辟蹊徑,研發(fā)了純硅作為負(fù)極材料的動(dòng)力電池。據(jù)其副總裁所言,這樣不僅解決了負(fù)極材料的鋰脫嵌穩(wěn)定性問題,使得倍充性能可以大幅度提升,而且能夠大大提升電池整體的能量密度(硅負(fù)極的理論比能量超過4200mAh/g,超過碳負(fù)極10倍)。
因此,Enevate掏出的產(chǎn)品是能量密度可達(dá)250-300Wh/kg,充電倍率達(dá)到10C,快充時(shí)間只需要6分鐘的超級(jí)電池!不過,Enevate的這一產(chǎn)品目前還未量產(chǎn),目前仍在產(chǎn)業(yè)化過程中。
而10C的倍率充電性能,還不是巨頭們正在追逐的極限。以色列公司StoreDot,則號(hào)稱正在開發(fā)充電倍率性能達(dá)到12C的動(dòng)力電池。在其對(duì)外宣傳中,Store號(hào)稱其技術(shù)在正負(fù)極材料上使用有機(jī)材料,可以使電動(dòng)車“充電5分鐘,續(xù)航500km(300英里)”。這一技術(shù)還吸引來了戴姆勒,為StoreDot投資了6000萬美元。而英國(guó)石油公司,也在今年送去2000萬美元融資。
不過,StoreDot更像是另辟了一個(gè)技術(shù)體系,離商業(yè)化比Enevate更遠(yuǎn)。
另外,車東西還發(fā)現(xiàn)了號(hào)稱充電性能達(dá)到20C,能量密度150KWh/kg的湖南妙盛動(dòng)力自產(chǎn)電池。只是這些參數(shù)已經(jīng)超出了行業(yè)的認(rèn)知,更像是一場(chǎng)炒作。
在充電倍率性能這場(chǎng)參數(shù)“天花亂墜”的戰(zhàn)役中,初創(chuàng)公司以超高的數(shù)值取得了對(duì)巨頭的完勝,不過,初創(chuàng)公司的技術(shù)其實(shí)大多還停留在研發(fā)階段。
充電樁功率之戰(zhàn):從60KW到500KW
各家公司在充電倍率上的“放衛(wèi)星”,實(shí)則反映了新能源汽車市場(chǎng)對(duì)快充技術(shù)的切實(shí)需求。
當(dāng)主流電動(dòng)車的續(xù)航里程升級(jí)到400公里,對(duì)應(yīng)的電池容量通常至少要達(dá)到50KWh。要把充電時(shí)間壓縮到半小時(shí),至少需要100KW的充電功率。
而回到普通新能源車主的用車生活中來,真正構(gòu)成充電速度瓶頸的另一大關(guān)鍵因素,其實(shí)是充電樁。充電樁的輸出功率,將直接限制電動(dòng)車的充電速度。特別是對(duì)于缺乏私樁安裝條件的國(guó)內(nèi)電動(dòng)車主來說,高功率的公共快充樁,尤為重要。
但在國(guó)內(nèi)與國(guó)外,快充充電樁的功率似乎是兩個(gè)世界。
在超高功率的快充樁建設(shè)上,國(guó)外走得非常超前。
去年11月,戴姆勒、大眾、福特、寶馬等汽車巨頭組建的歐洲快速充電聯(lián)盟Ionity,宣布首個(gè)350KW快速充電站已啟用,Ionity計(jì)劃,到2018年底總共配置100個(gè)充電站。到2020年,在整個(gè)歐洲配置400個(gè)350KW充電站。
350KW正是保時(shí)捷Taycan的最大充電功率,但這還不是充電樁的最高紀(jì)錄。2017年初,美國(guó)充電服務(wù)公司Chargepoint宣布打造400KW的直流快充樁。一家澳大利亞公司Tritium則把這一紀(jì)錄刷新至475KW。而Chargepoint又通過自研的ExpressPlus充電系統(tǒng)將這一功率提升至500KW。
而國(guó)內(nèi),最主流的快充充電樁功率是60KW。
通過查閱國(guó)內(nèi)最大充電樁運(yùn)營(yíng)商國(guó)家電網(wǎng)的招標(biāo)公告,車東西發(fā)現(xiàn)在2017年第二批公開招標(biāo)時(shí),60KW直流快充樁訂單在所有快充樁中占比90%。
但動(dòng)力電池能量密度不斷提升、電動(dòng)車帶電量不斷提高,對(duì)快充技術(shù)的呼聲也越來越響。大眾的MEB電動(dòng)車平臺(tái),支持的快充功率就是100KW起步,最高125KW。顯然,60KW的快充不夠用了。
在充電樁功率的競(jìng)賽中,國(guó)內(nèi)似乎完全落后了。而一位充電樁運(yùn)營(yíng)商向車東西解釋,實(shí)際情況并非如此。
以350KW的充電樁為例,它的最大輸出功率要求電動(dòng)車動(dòng)力電池至少擁有4C-5C的倍率性能,而國(guó)內(nèi)目前根本沒有這樣的純電動(dòng)乘用車。目前國(guó)內(nèi)的主流需求是,實(shí)現(xiàn)100KW快充樁的普及。因此,國(guó)網(wǎng)在2018年的招標(biāo)中也大幅度提高了100KW以上快充樁的比例。今年國(guó)網(wǎng)第一批充電樁招標(biāo)時(shí),100KW以上快充樁的比例已經(jīng)提升至30%。
目前的高功率充電樁基本都是為搭載快充電池的電動(dòng)大巴服務(wù),而電動(dòng)大巴、電動(dòng)公交充電場(chǎng)地固定,超高功率充電站不需要建設(shè)太多即可滿足需求。如果要論功率,目前國(guó)內(nèi)其實(shí)也有星星充電自研的500KW超級(jí)充電站。
不過,由于建設(shè)大功率充電站需要的高壓功率半導(dǎo)體目前基本掌握在國(guó)外半導(dǎo)體巨頭手中,國(guó)內(nèi)企業(yè)需要進(jìn)口,因此高功率充電樁確實(shí)是一個(gè)待解的短板;同時(shí),日美歐在高功率快充上的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)上,也比中國(guó)更快。
結(jié)語:快充的奇點(diǎn)正在到來
毫無疑問,透過這三場(chǎng)在新能源車產(chǎn)業(yè)之戰(zhàn)快充技術(shù)的熱度已經(jīng)越來越高。
并且,超高功率的快充已經(jīng)開始從商用車型上,向乘用車開始滲透。在動(dòng)力電池能量密度提升遭遇瓶頸時(shí),快充提供了另外一種解法,就如智能手機(jī)產(chǎn)業(yè)曾經(jīng)發(fā)生的趨勢(shì)一樣。
當(dāng)然,同提高動(dòng)力電池能量密度一樣,電動(dòng)車快充的應(yīng)用也需要完善的安全保障措施、健全的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。同時(shí),快充技術(shù)更加依賴基礎(chǔ)設(shè)施。
不過,當(dāng)越來越多的電動(dòng)車帶電量達(dá)到50度、60度乃至70度時(shí),快充技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用臨界點(diǎn)已經(jīng)到來了。
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