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上海車展觀察:EV快充“加速度”

   日期:2021-04-29     瀏覽:22    評論:0    
核心提示:2020年以來,國內外主力電動乘用車續航普遍突破600公里,消費者續航焦慮逐步化解,但隨之而來的是,需求側對充電便捷性的考量,

2020年以來,國內外主力電動乘用車續航普遍突破600公里,消費者續航焦慮逐步化解,但隨之而來的是,需求側對充電便捷性的考量,能否像傳統車加油一樣實現快速充電,成為用戶端關注的新“痛點”。

電池快充技術就是目前解決充電便捷性的關鍵突破口,也是車企和動力電池企業角逐的主戰場。近期車端、電池端、配套端一系列緊鑼密鼓的快充布局不難看出,圍繞電動汽車快充的市場爭奪戰號角已經吹響。

車端來看,上海車展可見端倪,快充技術正成為國內外中高端純電車型標配。

國際品牌領域,起亞EV6全系車型支持400V和800V充電,電量從30%到80%僅14分鐘;現代IonIQ 5最新800V高電壓平臺支持高達350kW的超大功率充電。

寶馬BMW iX xDrive50、奧迪A6e-tronConcept、奔馳EQS、福特Mustang Mach-E、大眾ID.4 X、沃爾沃旗下極星Polestar 2等外資中高端新車均支持快充。

自主品牌奮起直追。北汽旗下極狐全新車型阿爾法S宣布搭載華為快充技術,充電10分鐘續航197公里,充電15分鐘電量可從30%充至80%;吉利旗下全新品牌車型極氪001支持最高360KW超級快充;東風旗下嵐圖汽車宣布研發基于超高壓平臺的超級快充技術等。

上汽集團旗下的新品牌IM智己直接邁入下一步,開啟預售的IM智己 L7支持無線快充技術,預計2022年上半年交付。

此外,小鵬P7、蔚來ET7、高合HiPhi X等新勢力全新車型也都標配快充。

車企紛紛認可快充并將其納入車型標配的背后邏輯在于,電動汽車快充在電池端、供應鏈環節均有了不錯進展,能夠提供技術支撐及產品落地的可能。

電池端來看,越來越多的動力電池企業推出快充電池技術及產品。

蜂巢近期首次對外發布全新快充技術和對應的電芯,其中第二代4C快充電芯容量165Ah,能量密度大于260Wh/kg,20-80% SOC快充時間10分鐘,量產預計在2023年Q2。

領湃技術團隊通過特殊設計的離子快穿通道設計,實現動力電池4C充電,15分鐘充電5%-85%SoC。未來規劃動力電池6C充電、充電時間小于10分鐘。

其實“老大哥”寧德時代也早已入局。其新快充技術能充分發揮自主研發的快充型電芯的快充性能,電芯充電速度提升一倍,可實現15分鐘充滿 80%SOC。目前其超快充技術已經涵蓋超電子網、快離子環、各向同性石墨、超導電解液、高孔隙隔膜、多梯度極片等。

寧德時代董事長曾毓群曾公開表示,寧德時代下一步的目標,是要將快充時間繼續縮短至9分鐘。

除動力電池企業外,部分車企快充電池布局更進一步,將觸角直接伸向了快充電池的研發。

如廣汽推出石墨烯超級技術,規劃推出6C-500km、3C-500km兩個版本的快充電池,今年9月將首次搭載在廣汽埃安AION V上;保時捷亦披露正在研發硅負極取代傳統石墨負極的高性能電池,以獲得更高能量密度和快充性能。

在供應鏈配套環節,華為近期推出業內首個AI閃充動力域全棧高壓解決方案,基于800V左右平臺架構,包含了高壓車載充電系統、高壓異步電驅動系統、高壓同步電驅動系統、高壓電池管理系統、直流快充模塊、三電云及高壓熱管理系統。

搭載該技術的極狐阿爾法S(HI版)可以實現15分鐘充電電量從30%充至80%。預計到2025年,華為將推出1000V電壓,600kW功率的高壓快充方案,5分鐘即可實現SOC30%-80%的充電,滿足用戶“加油一般的充電體驗”。

總體來看,電動汽車快充需要產業鏈多環節的共同配合,如車端需要車載高壓系統提供高功率輸出,以及電池包、電驅動、PTC、空調等產業鏈配套,充電樁環節及電網則提供持續的高功率輸出等等。

快充動力電池“在路上”

中國科學院院士、清華大學教授歐陽明高院士此前曾公開表示,解決充電焦慮,需要更大功率快充,而采用超級快充是必然趨勢,電動汽車需要推進超800V的電壓平臺。歐陽明高的判斷是,從全產業鏈角度分析,主要高壓零部件在2021年年底基本實現量產。

在動力電池環節,電池快充能力取決于電芯析鋰和熱管理??斐溥^程中,若負極沒有高速嵌鋰能力,則會出現析鋰甚至鋰枝晶,進而導致電池容量不可逆衰減和縮短使用壽命。此外,電池升溫快會產生大量熱,容易短路起火,同時電解液也需要較高導電率,并且不與正負極反應,能抗高溫、阻燃、防過充。

基于此,各電池企業在快充技術研發上各顯身手。目前快充電池研發核心在材料領域,且集中為正極、負極及電解液三大維度,尤其需要提升負極鋰離子電荷交換速度和鋰離子嵌入速率。同時在極片制備、結構件過流仿真測試、快充策略制定等進行多項優化創新。

寧德時代的策略是負極導入各向同性技術,使鋰離子可360度嵌入石墨通道,顯著提升充電速度,同時修飾多孔包覆層的陽極材料表面,提供豐富的鋰離子交換所需要的活性位點,極大地提高鋰離子電荷交換速度和鋰離子的嵌入速率。

正極領域采用超電子網充分納米化的材料表面,搭建了四通八達的電子網絡,使得正極材料對充電信號的響應速度,和鋰離子脫出速率得到大幅度提升。

此外,寧德時代還引入擁有超強運輸能力的超導電解液,提升鋰離子在液相和界面的傳輸速度,通過調控極片多孔結構的梯度分布,實現上層高孔隙率結構,下層高壓實密度結構等等。

蜂巢能源在正極環節采用了前驅體定向生長精準控制技術、多梯度立體摻雜技術、柔性包覆技術三大技術,如體相摻雜及表面摻雜多元素協同作用,穩定高鎳材料晶格結構,同時降低界面氧化性,循環提升20%,產氣降低30%以上。

負極領域,其研發原料種類及選擇技術、原料破碎整形技術、表面改性技術及造粒技術等多項技術。其中,表面改性技術采用液相包覆技術石墨表面包覆無定形碳,降低阻抗,提升鋰離子的通道,使其阻抗降低20%,而造粒技術能夠精確控制粒徑間的形貌、取向等造粒技術,滿電膨脹降低膨脹3-5%。

與此同時,蜂巢采用含硫添加劑/鋰鹽添加劑等低阻抗添加劑體系的電解液,降低正負極界面成膜阻抗,并積極在極片制備、結構件過流仿真測試、快充策略制定等進行了多項優化創新。

領湃新能源的快充解決方案涵蓋堡壘型正極材料、自創六元助推添加劑、負極圍觀打磨技術及獨家智能充電解決方案。

其堅固的堡壘型結構有效抑制結構坍塌,同時為鋰離子提供高效進出通道;六種添加劑協同,最大化減少阻抗,改善交界處的SEI膜,實現電池快捷充放電;改善碳基網絡原有結構,利于離子著陸的同時脫鋰嵌鋰更為有序且高效;根據電池實時電量與溫度情況,智能化調控充電倍率,保障安全快速充電。

車企憑借其對車端的優勢,切入快充動力電池的研發與電池企業略有不同。

廣汽研發的快充電池通過使用新型導電劑,搭建高效的三維導電網絡,提高電芯導電能力;采用涂覆陶瓷隔膜和新型高功率電解液,提高電池的倍率性能和熱穩定性,使得電芯可進行高倍率持續充電。

此外,廣汽采用高電壓平臺,保證快速充電和高續航里程;考慮到大電流快充引起的電芯發熱量較大的問題,廣汽將電芯內阻降低50%,6C電芯容量30Ah;采用新型雙層液冷設計,常溫6C快充循環可達100萬公里。

快充技術趨勢確定,但業內一致的判斷是,要實現動力電池能量密度、安全、使用壽命及充電速度間關系的最終平衡,電池企業還有一段很長的路要走。目前僅寧德時代一家企業實現產品落地。

而互聯網技術大牛華為的入場,無疑將加速該市場的產業化落地。

與此同時,政策為超快充的普及掃清了最后的障礙。充電標準、電池標準等等在不同國家諸多車企的呼吁之下走向大一統,充分地最大化電動汽車的推廣范圍和使用便利性。

目前被國際上廣泛接受的電動汽車直流充電技術,無論是ChaojiCHAdemo還是CCS,均已樹立450kW以上的充電功率目標,如此高的功率已經打破了原有的電壓和電流的限制,為充電樁企業和車企指明了前行的方向。

需要強調的是,電動汽車快充的最終落地,單一企業孤軍奮戰不可能完成,不僅需要車、電池、樁三方聯動,也迫切需要整個產業鏈協同共進,共同推進電動汽車高壓快充發展。

如要在15分鐘充滿60度或80度電,功率要達到240kw或者320kw,意味著一根充電樁的功率要接近一棟居民樓,電網瞬時難以承受如此大的沖擊。此外,快充高壓條件下車上電池包、電驅動、PTC、空調等都需重新適配,對供應鏈環節提出新的挑戰。


 
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