充電焦慮？15分鐘完成充電的大功率充電了解一下

不久前，外媒報道起亞將推出800V電池充電系統，而搭載該系統的車型是起亞今年1月宣布將于2021年上市的跨界車，脫胎于起亞首款純電動平臺。起亞表示，這款車型的續航里程將達到約300英里(約482公里)。在800V電池充電系統下，最快15分鐘即可完成充電。

圖1:起亞概念車的想象截至目前，800V電動車電池架構的典型代表是保時捷的Taycan，這也是唯一搭載800V系統的量產車型。但這款車在國內的低配版起步價為88.8萬元，高配版起步價為179.8萬元，遠遠超出了大多數消費者的接受范圍。高壓充電平臺的本質是大功率充電。對于保時捷Taycan這樣的高溢價車型來說，800V充電系統等高成本配置所帶來的高附加值對于品牌來說是可以相得益彰的。但是對于大多數普通消費者來說，真的有必要用高壓大功率充電嗎？近年來，大功率充電已經成為一種必需品。中國電動車平均續航里程可以說是在奔跑中前進。前幾年滿大街跑的都是續航里程150km左右的車型。到2018年北京車展，主流車型續航里程已經提升到400km。到2020年，500km續航已經成為大多數消費者購買電動車時考慮續航的入門值，續航最高的車型也已經超過700km。續航里程長的車，電池電量基本在60 ~ 60 ~ 100kwh之間，在充電效率不變的情況下，充電時間必然會變長。對于這些消費者來說，里程焦慮正在演變成充電焦慮。同時，作為電動汽車的主要消費群體，北上廣深等大都市的大部分消費者都面臨著停車位資源短缺的問題，這意味著對于這些消費者來說，公共充電的需求是剛需，有的甚至將其作為主要的充電方式。在9月5日舉行的TEDA論壇2020上，蔚來汽車CEO李斌表示，加電比加油更方便，因為70%的用戶可以在家充電。不管70%的數據來自哪里，是否準確，根據部的數據，截至2020年6月，我國新能源汽車保有量已達417萬輛。即使用70%來計算，也有125萬左右的消費者無法在家充電，與燃油車用戶幾乎沒有“加油焦慮”相比，這不是一個可以忽略的數據。同時，隨著電動汽車的進一步普及，國慶、春節等時間段必然會出現大量的集中充電需求。如何提高充電效率，避免擁堵成為關鍵。

圖2:平均速度和充電功率，截圖摘自《800伏充電的新可能性》。從上圖可以看出，如果長途行駛時充電功率只有50kW，即使整個行駛的平均速度高達160km/h，加上充電時間后，整個行駛過程的平均速度也只有80km/h左右，效率極低。而如果是350kW大功率充電，同樣情況下計入充電時間后，平均速度可以提升到140km/h左右。

圖3:快充示例，截圖自《800伏充電的新可能》圖3更直觀及時地向我們展示了大功率充電帶來的用車體驗提升。720km的距離，一輛加油車高速行駛，中間加油大概需要5.5個小時。對于一輛中間需要充電兩次的電動汽車，如果充電效率為50Kw，全程需要8個小時，如果是350kW，時間會縮短到6個小時，與燃油車只有10%的時間差距。如果這是一輛只需要中途充一次電的高續航車，時間差距會更n……劃船。因此，為了緩解大部分用戶的充電焦慮，提升充電體驗，滿足特定場景的快速充電需求，發展大功率充電已經成為剛需。領先企業已經制定了滿足這一需求的計劃。在信奉“第一原則”的馬斯克的帶領下，特斯拉很早就開始布局自己的超級充電樁網絡。去年3月，特斯拉V3超級充電樁在美國舊金山的一個停車場向用戶開放。這是一種使用新架構的過充方式，可以支持峰值充電功率高達250kW。部分Model 3車型充電15分鐘可續航250公里左右。

作為深受特斯拉影響的造車新勢力，在充電領域也投入了足夠的關注。2018年，Xpeng Motors在廣州建成了首個超級充電站。但當時由于各種條件限制，充電樁的充電功率只有90kW，雖然理論上可以做到300kW。今年6月，Xpeng汽車副總裁劉明輝博士在接受媒體專訪時表示，目前小鵬自建充電樁的最大充電功率可以達到180kW，同時正在研發適合未來的快充技術，大概可以達到300kW以上。對于蔚來來說，在去年的上海車展上，超級充電樁NIO Power Charger亮相。這個超級充電樁輸出功率105kW，彌補了蔚來在高效低成本能量補給方面的不足。同時這項服務并不局限于蔚來車主，所以也增加了收入的渠道。雖然充電樁的輸出功率相比普通的120kW快充電樁沒有增加反而有所下降，但是當電池的SOC(荷電狀態)低于60%時，幾乎可以跑到90kW，充電電流接近國標中250A的峰值，可以比普通快充電樁提高10分鐘左右的充電時間。

BAIC新能源等傳統車企也在大功率充電方面做了技術儲備。據第一電動網了解，早在2018年初，BAIC新能源就建立了高壓大功率DC充電技術開發項目，旨在為高壓大電流工作的高壓系統儲備技術和資源。一旦市場需求大規模爆發，可以快速更換目標車型現有的高壓系統，通過更換車型實現快速充電能力。據悉，該項目分為兩個階段。2018年底完成第一階段，實現充電功能開發、高壓平臺組件開發等目標任務。在國網充電樁上實現了最大充電電流266A(3.2C)、最大充電功率175kW的充電容量驗證。第二階段，BAIC新能源的目標是實現最大充電電流412A -516A，最大充電功率265 -340kW的快速充電能力。這兩個階段，系統電壓平臺接近600V V，據了解，項目二期將于下月驗收。困境依然存在。然而，盡管市場急需，各相關企業也在進行相應的研發，但大功率充電在普及過程中仍面臨各種困難。首先是通信協議。當蔚來推出105kw超級充電站時，有消費者疑惑，在公共充電樁基本可以做到120kW最大輸出功率的情況下，蔚來為什么要把最大輸出功率限制在105kW？究其原因，如前所述，國家標準規定DC充電最大輸出電流不能超過250A，而大部分電動車的最大充電電壓只能達到410V，也就是說無論充電樁的峰值充電功率有多高，大部分電動車只能得到不高于102.5kW(410V*250A)的峰值充電功率。特斯拉之所以能實現大功率充電，是因為它在與車輛的通信協議中采用了自己的標準，不受國標限制。在上述BAIC新能源項目中，第二……階段開發計劃包括通信協議的補充和改進。

面對類似保時捷Taycan的800V高壓系統的發展，電動汽車的重要核心部件動力電池成為關鍵。難點主要來自兩個方面:一是化學系統快速充電的瓶頸。一位動力電池公司的高級工程師對第一電網表示，“常規的電池化學系統設計很難實現15-20分鐘的超級快充。為了實現超快充電，需要對電池的主要材料(包括正極、電解液、負極、隔膜)進行全方位的優化。除了材料層面的優化，宏觀結構設計優化(包括結構件的過流能力、高低壓線束布局等。)也用于電池單元、模塊和電池組的同步。這必然會帶來更高的設計難度，在一定程度上增加整體成本。”第二，高充放電功率下的電池發熱問題。工程師說，“電芯本身具有一定的內阻，在高充/放電功率下(即大電流的高速快速充電和反復脈沖放電)電流比較大，所以不僅電池組各結構部分的溫度會迅速上升，電芯的溫度也會明顯上升。如果充放電過程中電池溫度一直處于較高水平，對電池各方面性能都是不利的。這就要求整個電池組的水冷系統必須設計合理，水冷系統需要提供足夠的冷卻功率來降低電池充放電時的溫升，保證電芯在舒適的環境下工作。”據了解，目前國內動力電池頭部企業，包括當代安培科技有限公司，已經有了比較好的、成熟的解決方案。對于800V高壓系統，已經能夠支持15分鐘快充，保證電池性能在使用過程中不會出現明顯衰減。更快的充電速度正在同步開發中。在充電基礎設備層面，據了解目前面臨的困難并不大。“作為充電樁企業，目前沒有太大難度，主要在高壓連接器和高壓模塊。中國的供應鏈比較強，已經解決了。”智充科技CEO丁銳對第一電網表示，“高壓充電技術主要體現在電池組的獨特設計上。目前國內新建的私人充電樁都是200V-1000V寬電壓充電樁，可以很好的滿足這類電動車的充電需求。”大功率充電并不能替代原有的充電方式。便捷充電是電動汽車終端用戶的核心訴求之一，也是制約電動汽車產業進一步快速發展的關鍵。有市場調查數據顯示，未來在充電基礎完善的前提下，從用戶的角度來看，充電時間需要在10分鐘以內，電動汽車的充電體驗將有機會達到與傳統燃油汽車相近的水平。“15分鐘充90%是非常好的體驗。我們去加油站加油，也會買水，發票等。這個時間平均10分鐘左右。”丁銳也表達了類似的觀點。但是，不同于燃油車在任何場景下都是在加油站充電，不同的使用場景對電動汽車有不同的相對優化的解決方案。大功率充電不是對現有充電方式的簡單替代，而是一種有效的補充。

如果建設大規模的大功率充電站，在供電緊張時期容易出現過載問題，導致線路過熱跳閘，導致大量負荷被切斷。因此，大功率充電站需要布置在真正需要的地方，如高速公路服務區、出租和停車站，這樣更有利于電網的合理布局和增強……電網系統的調峰能力。同時可以整合儲能設備，減少對電網的短期影響。總的來說，大規模充電站的普及需要汽車廠商、動力電池企業、充電設施、電網的通力合作，才能最終給市場帶來一個可以接受的成本解決方案。而這個解決方案將是電動汽車真正被消費者接受的關鍵一步。不久前，外媒報道起亞將推出800V電池充電系統，而搭載該系統的車型是起亞今年1月宣布將于2021年上市的跨界車，脫胎于起亞首款純電動平臺。起亞表示，這款車型的續航里程將達到約300英里(約482公里)。在800V電池充電系統下，最快15分鐘即可完成充電。

圖1:起亞概念車的想象截至目前，800V電動車電池架構的典型代表是保時捷的Taycan，這也是唯一搭載800V系統的量產車型。但這款車在國內的低配版起步價為88.8萬元，高配版起步價為179.8萬元，遠遠超出了大多數消費者的接受范圍。高壓充電平臺的本質是大功率充電。對于保時捷Taycan這樣的高溢價車型來說，800V充電系統等高成本配置所帶來的高附加值對于品牌來說是可以相得益彰的。但是對于大多數普通消費者來說，真的有必要用高壓大功率充電嗎？近年來，大功率充電已經成為一種必需品。中國電動車平均續航里程可以說是在奔跑中前進。前幾年滿大街跑的都是續航里程150km左右的車型。到2018年北京車展，主流車型續航里程已經提升到400km。到2020年，500km續航已經成為大多數消費者購買電動車時考慮續航的入門值，續航最高的車型也已經超過700km。續航里程長的車，電池電量基本在60 ~ 60 ~ 100kwh之間，在充電效率不變的情況下，充電時間必然會變長。對于這些消費者來說，里程焦慮正在演變成充電焦慮。同時，作為電動汽車的主要消費群體，北上廣深等大都市的大部分消費者都面臨著停車位資源短缺的問題，這意味著對于這些消費者來說，公共充電的需求是剛需，有的甚至將其作為主要的充電方式。在9月5日舉行的TEDA論壇2020上，蔚來汽車CEO李斌表示，加電比加油更方便，因為70%的用戶可以在家充電。不管70%的數據來自哪里，是否準確，根據部的數據，截至2020年6月，我國新能源汽車保有量已達417萬輛。即使用70%來計算，也有125萬左右的消費者無法在家充電，與燃油車用戶幾乎沒有“加油焦慮”相比，這不是一個可以忽略的數據。同時，隨著電動汽車的進一步普及，國慶、春節等時間段必然會出現大量的集中充電需求。如何提高充電效率，避免擁堵成為關鍵。

圖2:平均速度和充電功率，截圖摘自《800伏充電的新可能性》。從上圖可以看出，如果長途行駛時充電功率只有50kW，即使整個行駛的平均速度高達160km/h，加上充電時間后，整個行駛過程的平均速度也只有80km/h左右，效率極低。而如果是350kW大功率充電，同樣情況下計入充電時間后，平均速度可以提升到140km/h左右。

圖3:快速充電示例，截圖來自“800伏充電的新可能性”圖3向我們展示了高功率充電帶來的汽車體驗改善……r充電更直觀及時。720km的距離，一輛加油車高速行駛，中間加油大概需要5.5個小時。對于一輛中間需要充電兩次的電動汽車，如果充電效率為50Kw，全程需要8個小時，如果是350kW，時間會縮短到6個小時，與燃油車只有10%的時間差距。如果這是一輛只需要中途充一次電的高續航車，時間差距會進一步縮小。因此，為了緩解大部分用戶的充電焦慮，提升充電體驗，滿足特定場景的快速充電需求，發展大功率充電已經成為剛需。領先企業已經制定了滿足這一需求的計劃。在信奉“第一原則”的馬斯克的帶領下，特斯拉很早就開始布局自己的超級充電樁網絡。去年3月，特斯拉V3超級充電樁在美國舊金山的一個停車場向用戶開放。這是一種使用新架構的過充方式，可以支持峰值充電功率高達250kW。部分Model 3車型充電15分鐘可續航250公里左右。

作為深受特斯拉影響的造車新勢力，在充電領域也投入了足夠的關注。2018年，Xpeng Motors在廣州建成了首個超級充電站。但當時由于各種條件限制，充電樁的充電功率只有90kW，雖然理論上可以做到300kW。今年6月，Xpeng汽車副總裁劉明輝博士在接受媒體專訪時表示，目前小鵬自建充電樁的最大充電功率可以達到180kW，同時正在研發適合未來的快充技術，大概可以達到300kW以上。對于蔚來來說，在去年的上海車展上，超級充電樁NIO Power Charger亮相。這個超級充電樁輸出功率105kW，彌補了蔚來在高效低成本能量補給方面的不足。同時這項服務并不局限于蔚來車主，所以也增加了收入的渠道。雖然充電樁的輸出功率相比普通的120kW快充電樁沒有增加反而有所下降，但是當電池的SOC(荷電狀態)低于60%時，幾乎可以跑到90kW，充電電流接近國標中250A的峰值，可以比普通快充電樁提高10分鐘左右的充電時間。

BAIC新能源等傳統車企也在大功率充電方面做了技術儲備。據第一電動網了解，早在2018年初，BAIC新能源就建立了高壓大功率DC充電技術開發項目，旨在為高壓大電流工作的高壓系統儲備技術和資源。一旦市場需求大規模爆發，可以快速更換目標車型現有的高壓系統，通過更換車型實現快速充電能力。據悉，該項目分為兩個階段。2018年底完成第一階段，實現充電功能開發、高壓平臺組件開發等目標任務。在國網充電樁上實現了最大充電電流266A(3.2C)、最大充電功率175kW的充電容量驗證。第二階段，BAIC新能源的目標是實現最大充電電流412A -516A，最大充電功率265 -340kW的快速充電能力。這兩個階段，系統電壓平臺接近600V V，據了解，項目二期將于下月驗收。困境依然存在。然而，盡管市場急需，各相關企業也在進行相應的研發，但大功率充電在普及過程中仍面臨各種困難。首先是通信協議。當蔚來推出105kw超級充電站時，有消費者疑惑，在公共充電樁基本可以做到120kW最大輸出功率的情況下，蔚來為什么要把最大輸出功率限制在105kW？原因是如上所述，國家標準規定DC充電器的最大輸出電流可以……超過250A，而大部分電動車的最大充電電壓只能達到410V，也就是說無論充電樁的峰值充電功率有多高，大部分電動車只能得到不高于102.5kW(410V*250A)的峰值充電功率。特斯拉之所以能實現大功率充電，是因為它在與車輛的通信協議中采用了自己的標準，不受國標限制。在BAIC新能源的上述項目中，二期開發計劃包括通信協議的補充和完善。

面對類似保時捷Taycan的800V高壓系統的發展，電動汽車的重要核心部件動力電池成為關鍵。難點主要來自兩個方面:一是化學系統快速充電的瓶頸。一位動力電池公司的高級工程師對第一電網表示，“常規的電池化學系統設計很難實現15-20分鐘的超級快充。為了實現超快充電，需要對電池的主要材料(包括正極、電解液、負極、隔膜)進行全方位的優化。除了材料層面的優化，宏觀結構設計優化(包括結構件的過流能力、高低壓線束布局等。)也用于電池單元、模塊和電池組的同步。這必然會帶來更高的設計難度，在一定程度上增加整體成本。”第二，高充放電功率下的電池發熱問題。工程師說，“電芯本身具有一定的內阻，在高充/放電功率下(即大電流的高速快速充電和反復脈沖放電)電流比較大，所以不僅電池組各結構部分的溫度會迅速上升，電芯的溫度也會明顯上升。如果充放電過程中電池溫度一直處于較高水平，對電池各方面性能都是不利的。這就要求整個電池組的水冷系統必須設計合理，水冷系統需要提供足夠的冷卻功率來降低電池充放電時的溫升，保證電芯在舒適的環境下工作。”據了解，目前國內動力電池頭部企業，包括當代安培科技有限公司，已經有了比較好的、成熟的解決方案。對于800V高壓系統，已經能夠支持15分鐘快充，保證電池性能在使用過程中不會出現明顯衰減。更快的充電速度正在同步開發中。在充電基礎設備層面，據了解目前面臨的困難并不大。“作為充電樁企業，目前沒有太大難度，主要在高壓連接器和高壓模塊。中國的供應鏈比較強，已經解決了。”智充科技CEO丁銳對第一電網表示，“高壓充電技術主要體現在電池組的獨特設計上。目前國內新建的私人充電樁都是200V-1000V寬電壓充電樁，可以很好的滿足這類電動車的充電需求。”大功率充電并不能替代原有的充電方式。便捷充電是電動汽車終端用戶的核心訴求之一，也是制約電動汽車產業進一步快速發展的關鍵。有市場調查數據顯示，未來在充電基礎完善的前提下，從用戶的角度來看，充電時間需要在10分鐘以內，電動汽車的充電體驗將有機會達到與傳統燃油汽車相近的水平。“15分鐘充90%是非常好的體驗。我們去加油站加油，也會買水，發票等。這個時間平均10分鐘左右。”丁銳也表達了類似的觀點。但是，不同于燃油車在任何場景下都是在加油站充電，不同的使用場景對電動汽車有不同的相對優化的解決方案。大功率充電不是對現有充電方式的簡單替代，而是一種有效的補充。

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如果建設大規模的大功率充電站，在供電緊張時期容易出現過載問題，導致線路過熱跳閘，導致大量負荷被切斷。因此，大功率充電站需要布局在真正需要的地方，如高速公路服務區、出租和停車場站等，更有利于電網的合理布局和電網系統調峰能力的增強。同時可以整合儲能設備，減少對電網的短期影響。總的來說，大規模充電站的普及需要汽車廠商、動力電池企業、充電設施、電網的通力合作，才能最終給市場帶來一個可以接受的成本解決方案。而這個解決方案將是電動汽車真正被消費者接受的關鍵一步。

標簽：蔚來起亞特斯拉保時捷Taycan

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