在電動(dòng)方程式賽場上,15C充電技術(shù)已經(jīng)得到應(yīng)用。在市場端,車企也在積極推動(dòng)5C、10C超快充車型的量產(chǎn)與上市。這種高充電倍率的電池正在顯著提升純電動(dòng)汽車的補(bǔ)能效率,全面挑戰(zhàn)燃油車的補(bǔ)能速度優(yōu)勢。然而,實(shí)際情況是,鮮有純電動(dòng)汽車能在幾分鐘內(nèi)完全充滿電。一些標(biāo)稱10C充電倍率的車型,在充電過程中僅是階段性達(dá)到10C即被視為達(dá)標(biāo),而非全程保持10C工況。目前看,更高的充電倍率在很大程度上仍只是企業(yè)的營銷口號(hào)。
15C充電引關(guān)注
今年的FE電動(dòng)方程式賽場,“進(jìn)站快充”(Pit Boost)成為一大亮點(diǎn)。15C充電技術(shù)的應(yīng)用,極大地提升了進(jìn)場補(bǔ)能的純電動(dòng)汽車的充電速度,為電動(dòng)方程式的速度與激情注入了新的活力。
按照電動(dòng)方程式的賽程規(guī)定,所有車手在比賽過程中必須進(jìn)一次維修區(qū),停留30秒為車輛充電。若這30秒內(nèi)的充電功率能達(dá)到600kW,可為賽車補(bǔ)充約10%的電量,即3.85kWh。FE賽車的電池總?cè)萘繛?8.5kWh,借助15C的充電倍率,理論上僅需4分鐘即可將電池充滿。
如此高效的充電策略,得益于多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)的綜合應(yīng)用:首先是1000V高壓系統(tǒng),在600kW的功率下,電流約為600A,大幅降低了能量損耗;其次是儲(chǔ)能裝置的應(yīng)用,1000V高壓一般難以直接通過電網(wǎng)實(shí)現(xiàn),而儲(chǔ)能系統(tǒng)則能滿足這一需求,應(yīng)對瞬間大功率充電的需要;第三是電池和熱管理系統(tǒng)的提升,使得賽車電池電芯可在57℃的高溫下穩(wěn)定工作,只有超過這一溫度,BMS才會(huì)限制功率,確保賽車始終保持高性能輸出。
事實(shí)上,為了讓15C充電技術(shù)落地,電動(dòng)方程式還引入了更多創(chuàng)新技術(shù)。在電池方面,正極材料中添加了更多鋁元素,使動(dòng)力電池兼具高能量密度和快速充電的特性。這些新技術(shù)的應(yīng)用,不僅使電動(dòng)方程式賽車實(shí)現(xiàn)了15C充電,也引領(lǐng)了快充技術(shù)的進(jìn)步。
在實(shí)驗(yàn)室中,15C乃至20C的超高倍率充電技術(shù)正在加速研發(fā)。企業(yè)發(fā)布的信息顯示,特斯拉的4680電池通過“無極耳”設(shè)計(jì),成功將電流路徑縮短5倍;寧德時(shí)代則采用“凝聚態(tài)電解質(zhì)”替代傳統(tǒng)液態(tài)電解液,宣稱能夠承受更高的電流沖擊。顯然,行業(yè)內(nèi)對充電速度的追求正不斷加速。
“兆瓦閃充”成新亮點(diǎn)
“兆瓦閃充”成為今年新能源汽車市場的一大亮點(diǎn)。根據(jù)車企公布的數(shù)據(jù),“兆瓦閃充”的最高充電倍率可達(dá)10C,充電功率高達(dá)1000kW,電壓最高達(dá)1000V,電流亦達(dá)到1000A。在“兆瓦閃充”技術(shù)的支持下,某款純電動(dòng)車型宣稱僅需1秒鐘即可補(bǔ)能2公里,充電5分鐘便能行駛407km,全面超越燃油車加油的補(bǔ)能效率。
華為針對重卡和乘用車推出了不同的快充技術(shù)方案。在重型卡車物流領(lǐng)域,華為推出了全液冷兆瓦級(jí)超充產(chǎn)品,最大充電電流達(dá)2400A,最大功率為1.5MW,每分鐘可補(bǔ)能20kWh,15分鐘即可充滿一輛電動(dòng)重卡(約300kWh電池容量);在乘用車方面,華為的液冷超充技術(shù)宣稱“充電1秒續(xù)駛1km”。此外,有車企宣布其快充車型的充電峰值功率可達(dá)1.3MW。
更多車企將超級(jí)快充技術(shù)應(yīng)用于15萬元級(jí)的純電動(dòng)車型上,“全域800V平臺(tái)和5C超閃充”等技術(shù)已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),能夠在8、9分鐘內(nèi)將電量從30%充至80%,15分鐘補(bǔ)充續(xù)駛里程525km。超快充技術(shù)的下沉,使更多消費(fèi)者對快充技術(shù)充滿期待。
在車企紛紛將“兆瓦閃充”技術(shù)應(yīng)用于新車型之際,動(dòng)力電池廠家也在積極跟進(jìn)。更高倍率動(dòng)力電池產(chǎn)品的量產(chǎn),為更多車型實(shí)現(xiàn)“兆瓦閃充”提供了可能。4月,寧德時(shí)代發(fā)布了第二代神行超充電池。據(jù)寧德時(shí)代數(shù)據(jù)顯示,這是全球首款兼具800km續(xù)駛里程和峰值充電倍率12C的磷酸鐵鋰電池,峰值充電功率超過1.3MW,可實(shí)現(xiàn)“充電5分鐘,續(xù)駛里程520km”。在零下10℃的低溫環(huán)境下,從5%SOC充至80%SOC僅需15分鐘。寧德時(shí)代國內(nèi)乘用車&商用車首席技術(shù)官高煥表示,第二代神行電池“30秒能充75km,即1秒能充2.5km”。在機(jī)場、高鐵站的充電樁,寧德時(shí)代的快充標(biāo)準(zhǔn)隨處可見,吸引了更多用戶關(guān)注超快充。
作為量產(chǎn)裝車量最大的動(dòng)力電池廠家,寧德時(shí)代一直積極推動(dòng)快充技術(shù)的發(fā)展。2023年8月,寧德時(shí)代發(fā)布第一代神行電池,這款4C超充電池實(shí)現(xiàn)了“充電10分鐘,續(xù)駛里程400km”,并達(dá)到700km以上的續(xù)駛里程。2024年4月,寧德時(shí)代發(fā)布神行PLUS電池,續(xù)駛里程達(dá)1000公里,“充電10分鐘,續(xù)駛里程600公里”。如今,第二代神行電池的推出,進(jìn)一步提升了動(dòng)力電池快充技術(shù),使更多量產(chǎn)車型實(shí)現(xiàn)了超級(jí)快充。據(jù)寧德時(shí)代數(shù)據(jù)顯示,截至2024年底,已有16家車企的39款車型搭載了神行電池。
欣旺達(dá)也發(fā)布了“閃充電池4.0”,其中“欣星馳2.0”電池的峰值充電倍率超過12C,充電1分鐘即可增加150公里續(xù)駛里程。企業(yè)數(shù)據(jù)顯示,欣星馳2.0長續(xù)航版兼顧6C峰值倍率和800km+續(xù)駛里程;增混電池全系升級(jí),最高達(dá)到8C峰值倍率;190Wh/kg的6C超充圓柱增混電池,提供了低成本高安全方案。兆瓦快充在電池端迅速得到響應(yīng)。正是動(dòng)力電池企業(yè)推出的支持超快充技術(shù)的電池,使得車企能夠量產(chǎn)更多超快充產(chǎn)品。然而,要讓超快充技術(shù)真正落地,還需解決關(guān)鍵的充電環(huán)節(jié)。
超快充是峰值數(shù)據(jù)
無論是車企還是電池企業(yè),都宣稱擁有了超級(jí)快充技術(shù),支持5C、甚至10C的充電倍率,但這種快速充電在實(shí)際補(bǔ)能過程中能否實(shí)現(xiàn)還存在很大不確定性。有機(jī)構(gòu)對配備兆瓦快充技術(shù)的車輛進(jìn)行了實(shí)地測試。在實(shí)際充電過程中,在專門的“兆瓦閃充”樁上,一輛使用了“兆瓦閃充”技術(shù)的車輛,從SOC 20%充到90%,用時(shí)10分03秒。儀表顯示增加了418公里的CLTC續(xù)駛里程,峰值功率達(dá)到1003kW。按照該車83.2kWh電池容量測算,此次充電補(bǔ)充了58.24kWh。
事實(shí)上,無論是車企還是電池企業(yè)宣稱的5C、6C、8C,甚至10C,都是峰值功率,快充一般只能在SOC從20%充到90%間實(shí)現(xiàn),一旦SOC低于10%或超過90%則無法實(shí)現(xiàn)。也就是說,超級(jí)快充只是峰值瞬時(shí)實(shí)現(xiàn),而不是整個(gè)充電過程均可實(shí)現(xiàn)5C甚至更高的充電倍率。換言之,5C、10C的超級(jí)快充只是特定場景下才能實(shí)現(xiàn)的理想狀態(tài)。而當(dāng)前車企在新產(chǎn)品宣傳過程中,往往忽視了這一點(diǎn),就像前段時(shí)間的“智駕”宣傳一樣,放大了產(chǎn)品在特定使用場景下的優(yōu)秀表現(xiàn),有意無意間向消費(fèi)者隱瞞了產(chǎn)品真實(shí)的充電狀態(tài)。
更為關(guān)鍵的是,超級(jí)快充往往是犧牲了電池安全、壽命等性能才能實(shí)現(xiàn)的,過度追求快充并不利于電動(dòng)汽車的安全運(yùn)行。研究顯示,在30℃恒溫測試中,1C充電和1C放電循環(huán)1400圈后電池容量為92.5%,2C充電和1C放電循環(huán)1400圈后電池容量為80%,但在4C充電和6C充電的情況下,分別充放電循環(huán)1000圈和700圈后電池容量卻分別降到了72.5%和75%。超級(jí)快充不僅影響電池容量,還會(huì)造成電池放電功率的下降。如果長期頻繁使用超快充技術(shù),還將面臨續(xù)駛里程、動(dòng)力性能和電池容量的多重下降。同時(shí),隨著內(nèi)阻的增加,充放電過程中電池發(fā)熱也更嚴(yán)重,安全隱患逐漸增加。
清華大學(xué)教授歐陽明高團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)研究顯示,快充時(shí)鋰離子被迫以超常規(guī)速度嵌入負(fù)極,部分鋰原子來不及嵌入石墨層,在負(fù)極表面沉積形成金屬鋰枝晶。這些微觀“利刃”不僅永久消耗活性鋰(導(dǎo)致容量衰減),更有可能刺穿隔膜引發(fā)短路。頻繁使用120kW以上超充的電池,循環(huán)壽命較慢充縮短40%。
“當(dāng)下新能源汽車快速發(fā)展,一些企業(yè)為了超充而過多犧牲電池的可靠性、壽命、安全,甚至是能量密度,這都是不可取的。電池產(chǎn)品應(yīng)該考慮綜合性能,而不是過度偏向某一個(gè)方面。”正如高煥所言,以犧牲安全、壽命為代價(jià)的超級(jí)快充在實(shí)際使用中要謹(jǐn)慎。因此,北京理工大學(xué)電動(dòng)車國家工程實(shí)驗(yàn)室給出了日常電動(dòng)車汽車充電的“黃金法則”:日常使用將充電上限設(shè)為90%,每周至少1次慢充至100%用于電池校準(zhǔn);超充頻次控制在每月3次以內(nèi);在電池溫度低于10℃或高于35℃時(shí)禁用超充。
安全、壽命與快充,還需用戶在使用過程中做更理性的權(quán)衡,安全運(yùn)行才是根本。在這一輪的超快充競速(參數(shù)丨圖片)中,各方需回歸理性,從使用出發(fā),提供適合的補(bǔ)能方案,不要盲目宣傳超快充,引導(dǎo)消費(fèi)者安全補(bǔ)能。
中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)技術(shù)部副主任劉鍇在接受《中國汽車報(bào)》記者采訪時(shí)強(qiáng)調(diào),對動(dòng)力電池而言,超級(jí)快充的難點(diǎn)在于如何平衡因增加防止熱失控采取的措施而導(dǎo)致電池系統(tǒng)能量密度下降以及成本上升的問題。因此,超級(jí)快充需要綜合平衡相關(guān)要素漸進(jìn)推廣。超級(jí)快充(充電倍率8C以上)其實(shí)一般都是在充電過程中有一小段時(shí)間可實(shí)現(xiàn),要想實(shí)現(xiàn)更長時(shí)間的超級(jí)快充,還要在電網(wǎng)的接受度、動(dòng)力電池技術(shù),以及車輛電壓平臺(tái)和熱管理等方面共同聯(lián)動(dòng)。
電網(wǎng)恐難負(fù)其重
在能源領(lǐng)域,從技術(shù)層面來看超級(jí)快充的實(shí)現(xiàn)完全可行,但關(guān)鍵問題在于電網(wǎng)負(fù)荷。業(yè)內(nèi)資深從業(yè)者安陽(化名)向記者強(qiáng)調(diào),理論上,5C甚至10C的充電都可以實(shí)現(xiàn),然而在實(shí)際運(yùn)營中,電網(wǎng)難以支撐如此高壓高電流的充電需求。目前,市場上600kW的充電樁極為罕見,有些地方甚至不允許建設(shè)630kW以上的充電樁,根本原因在于電網(wǎng)負(fù)荷難以支撐如此高的充電需求。通常情況下,一條10kV的高壓線路只能支持8臺(tái)兆瓦級(jí)充電樁的運(yùn)營,而在實(shí)際城市電網(wǎng)運(yùn)營中,鮮有如此高規(guī)格的高壓線路項(xiàng)目獲得批準(zhǔn)。即便獲批,建設(shè)成本也相當(dāng)高昂。據(jù)了解,由于大功率充電需要優(yōu)化動(dòng)力電池安全管理和提升車輛電壓平臺(tái),成本會(huì)增加約10%。如此高昂的成本是否符合經(jīng)濟(jì)效益,成為超級(jí)快充能否順利實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。
寧德時(shí)代方面表示,其第二代神行超充電池支持市面上所有兆瓦級(jí)充電樁。然而,事實(shí)上,目前市場上已投入運(yùn)營的兆瓦級(jí)充電樁數(shù)量卻寥寥無幾。充電基礎(chǔ)設(shè)施促進(jìn)聯(lián)盟的數(shù)據(jù)顯示,截至今年3月,全國直流充電樁保有量為166.6萬根,其中充電功率大于240kW的僅占8.17%,總數(shù)不足14萬根。滿足3C、4C充電需求的充電樁數(shù)量非常少,5C及更高充電倍率的充電樁仍在建設(shè)之中。
“我在各地調(diào)研發(fā)現(xiàn),真正商業(yè)化運(yùn)營的充電站,很少有兆瓦級(jí)充電樁?!卑碴柼寡裕趯?shí)際建設(shè)過程中,建設(shè)兆瓦級(jí)充電樁的審批過程極為復(fù)雜,難以獲得批準(zhǔn);即便審批通過,也需要較高的成本,僅電網(wǎng)增容一項(xiàng)就是一筆不小的投入。“問題的關(guān)鍵在于,真正建起來后,有多少車會(huì)來這里充電?如果沒有足夠的使用率,如此高投入的超快充建設(shè)何時(shí)才能收回成本,這是運(yùn)營商在建設(shè)前必須思考的問題。”安陽強(qiáng)調(diào),從當(dāng)前充電樁的運(yùn)營狀況來看,超級(jí)快充的需求并不旺盛,在大多數(shù)運(yùn)營商難以盈利的現(xiàn)實(shí)情況下,兆瓦級(jí)充電樁的建設(shè)在商業(yè)可行性方面仍存疑。
劉鍇也表示,超級(jí)快充的效率可以接近加油,因此對數(shù)量的要求并不高。以加油站為例,全國約有11萬座加油站,假設(shè)平均每站有30把加油槍,全國的加油槍總數(shù)也不過330萬把,但這需要建立在布局合理的點(diǎn)位基礎(chǔ)之上。長遠(yuǎn)來看,加油站有逐步改造成充電站的可能性。但短期內(nèi)對充電效率有較高剛性需求的場景大致可分為三類:沒有改造空間的老舊居民區(qū)的電動(dòng)汽車用戶,出租、物流等時(shí)間成本較高的運(yùn)營車輛用戶,以及高速路長途行駛的車輛用戶。
“總體來看,發(fā)展超級(jí)快充技術(shù)需要綜合考慮車輛安全管理、高壓器件自主可控及成本等因素,是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程?!眲㈠|表示,發(fā)展大功率充電技術(shù)能有效緩解充電焦慮,但需要設(shè)施端和車輛端的緊密協(xié)同,以保障充電設(shè)施行業(yè)的平穩(wěn)有序發(fā)展。
“一切技術(shù)的市場化運(yùn)營最終都要回歸市場?!卑碴栕詈蟊硎?。目前以35kW為主的快充技術(shù)已基本滿足市場需求,一般能在半小時(shí)內(nèi)補(bǔ)充60%~80%的電量,已全面滿足各種使用場景的需求。更快的超級(jí)快充從應(yīng)用需求和安全等方面考慮,市場需求并不高。同時(shí),超快充的落地還伴隨著更高成本的投入,難以在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化市場運(yùn)營?!盎谶@些因素,我們在推進(jìn)超快充產(chǎn)品落地時(shí),需更加理性,不要盲目追求更快的充電速度,而忽略了安全、成本等因素,甚至進(jìn)行虛假宣傳,以此制造營銷噱頭,引發(fā)市場不必要的關(guān)注,埋下新的安全隱患。”安陽說。
文:王金玉 編輯:郭晨 版式:李沛洋
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