文|腦極體
在新能源動(dòng)力電池領(lǐng)域，近日兩則電池的快充新聞引起了網(wǎng)友的熱議：一個(gè)是日本電子零部件開發(fā)企業(yè) Eamex ，其開發(fā)出高容量的電容器，如果用于純電動(dòng)汽車，最快 1 分鐘即可完成充電。并且Eamex 將于 8 月供應(yīng)樣品，準(zhǔn)備開始量產(chǎn)。
另外一則消息是寧德時(shí)代發(fā)布的CTP3.0麒麟電池，可實(shí)現(xiàn)1000公里續(xù)航，10分鐘快充，麒麟電池將于2023年量產(chǎn)上市。在新能源電池領(lǐng)域，這是一次突破的創(chuàng)新，在資本市場(chǎng)引起巨大反響。
兩則新聞無一例外都反映出當(dāng)下動(dòng)力電池的快充技術(shù)發(fā)展迭代的速率之快。當(dāng)下絕大多數(shù)的電動(dòng)汽車快充幾乎一小時(shí)才能夠充滿電，慢充的話則需要6小時(shí)左右。快充技術(shù)在新聞中屢屢有突破的消息，但是似乎離真正的落地還具有一定的時(shí)間。市面上的電動(dòng)汽車快充的效率還未如新聞描述的那般，目前落地應(yīng)用的快充技術(shù)到底是在什么階段？升階的話又有哪些挑戰(zhàn)呢？
突破的技術(shù)與增長的期待
討論快充技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，我們需要先明晰下快充的概念。在快充的概念中有個(gè)重要的術(shù)語——充放電倍率C，可以簡單理解為充、放電的速率。電池的充放電倍率，決定了我們可以用多快的速度，將一定的能量存儲(chǔ)到電池里面，或者以多快的速度，將電池里面的能量釋放出來。
根據(jù)業(yè)界定義，電動(dòng)汽車快充是指充電電流大于1.6C的充電方式，也就是從0%充電到80%時(shí)間小于30分鐘的技術(shù)。
充電的快慢和動(dòng)力電池、充電樁、電網(wǎng)等整體技術(shù)和設(shè)計(jì)息息相關(guān)，而動(dòng)力電池是快充的根。電池在快充時(shí)負(fù)極會(huì)出現(xiàn)副產(chǎn)物，影響電芯的循環(huán)和穩(wěn)定性。無論是對(duì)于廠商還是用戶，最理想的快充電池意味著能量密度高，充電快，價(jià)格便宜。然而“魚與熊掌不可兼得”，電池的特性使得其倍率性能、能量密度、壽命、安全性、價(jià)格等指標(biāo)不可兼得，只能是平衡后的中間選擇，如果在這其中提高任何一個(gè)指標(biāo)，其他的指標(biāo)相對(duì)來說都需要做出一定的犧牲。
目前落地的快充技術(shù)中，特斯拉采用的4680電池，據(jù)悉4680電池組只需要15分鐘時(shí)間就能將電量從10%充電至80%，如果電量從10%充電到50%，則僅僅需要7分鐘時(shí)間。也就是說，在不擴(kuò)充充電樁的情況下，用戶最多需要等20分鐘就能將電量補(bǔ)充到一個(gè)合適的狀態(tài)。
理想智造ONE采用的是來自寧德時(shí)代的容量為40.5kwh的VDA電池組。在快充方式下，從0至80%的電能補(bǔ)充需要30分鐘。如果是慢充的方式，需要6個(gè)小時(shí)才可以充滿電。小鵬最新款P7的2022款480N+快充時(shí)間為45分鐘，慢充時(shí)間為5個(gè)小時(shí)。
目前來看，落地的快充電池中，特斯拉的快充速率最快，而其他市面的玩家們快充從10%充電至80%至少需要30分鐘到一個(gè)小時(shí)的區(qū)間，也有一些企業(yè)給出的理論充電速度是從30%電量充電到80%需要30分鐘，實(shí)際充電時(shí)間可能需要40、50分鐘。
對(duì)于用戶的充電焦慮，廠商們的做法分為兩派，一種是擴(kuò)大電池的能量密度延長其里程，里程足夠長的話，充電的頻率不高也能夠覆蓋一部分用戶的選擇；另外一種是我們正在介紹的快充技術(shù)，將充電的時(shí)間限制在半小時(shí)以內(nèi)，雖然跟燃油車的5分鐘加滿油不能比，但是快充技術(shù)一直在屢屢打破此前的紀(jì)錄。
央視財(cái)經(jīng)此前也發(fā)布了一則消息，稱電動(dòng)汽車快充技術(shù)已經(jīng)成熟，只需要10分鐘左右就能充滿一臺(tái)容量為100KWh電動(dòng)汽車。寧德時(shí)代推出的新款麒麟電池10分鐘快充，2023上市量產(chǎn)，這些快充電池的突破讓對(duì)新能源汽車觀望的人群期待了起來。
快充之路的“山巒層疊”
也許會(huì)有人想，如果把里程和快充的兩個(gè)優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來，新能源汽車的普及率會(huì)更高，尤其是在目前油費(fèi)突破十元的情況下，高企的燃油費(fèi)率讓廉價(jià)的電能優(yōu)勢(shì)愈發(fā)突顯出來。前面我們也提過，由于電池本身的物理特性，致使其能量密度與功率密度不是能夠同時(shí)提升的兩個(gè)指標(biāo)，在同一個(gè)電池中只能提升其中一項(xiàng)，另外一項(xiàng)的性能只能顧此失彼。
在動(dòng)力電池中，倍率性能、能量密度、壽命、安全性、價(jià)格等指標(biāo)需要在一個(gè)優(yōu)化后合理的區(qū)間，廠商們的選擇是在控制好電池成本的前提下，用便捷的充電能力+適用的續(xù)航里程，來緩解用戶的焦慮。對(duì)于快充電池來說，在提升性能的過程中也存在瓶頸。
1、材料與工藝的要求提升。動(dòng)力電池快充的過程，充電時(shí)間縮短，充電功率的提高，需要更高頻磁性材料與磁性元器件。這就需要原材料廠商研發(fā)出更多高頻磁性材料、磁性元器件，同時(shí)提高生產(chǎn)工藝以滿足越發(fā)復(fù)雜的工藝要求。
2、耐壓與安全性。超級(jí)快充對(duì)比普通充電來說，電壓甚至可能提高到1000V，這對(duì)繼電器、熔斷器以及磁性元器件來說，都需更加耐壓的材料。此外，由于功率的提高，充電的過程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，在保證快充倍率性能的同時(shí)，也要兼顧散熱的效率，安全的性能需要得到保障。
3、電池技術(shù)的突破延長其壽命。快速充電倍率大，對(duì)電池的壽命影響也比較大，仍然需要持久探索對(duì)電池內(nèi)阻降低的技術(shù)，對(duì)正負(fù)極材料的進(jìn)一步優(yōu)化等，比如說根據(jù)超級(jí)快充中所需充電功率以及充電的時(shí)間來調(diào)整電池相關(guān)的性能。目前電池的技術(shù)突破方向主要包括改變電解液的配方，電芯的結(jié)構(gòu)，降低溫升，提高電壓等。
在快充的過程中，對(duì)于電池來說，最大的風(fēng)險(xiǎn)還是其充電過程熱失控帶來的危害。對(duì)于一些新能源車型來說，一旦超負(fù)荷過載充電，電池自燃的概率將大大提升。此前包括廣汽豐田、威馬等車企，為了保障車輛安全性，曾偷摸的為旗下車型鎖電、降功率。這意味著快充技術(shù)在完全的落地過程中，宣傳只是一方面，快充本身需要受到多方面的限制。
補(bǔ)能路線：相互補(bǔ)充與協(xié)同
對(duì)于新能源汽車來說，快充是一個(gè)系統(tǒng)的工程，需要充電樁、電網(wǎng)、動(dòng)力電池的協(xié)同，從動(dòng)力電池的發(fā)展角度來看，補(bǔ)能體系的變化在電動(dòng)汽車發(fā)展的十年間，發(fā)生了巨大的變化?？斐洹Q電、長續(xù)航的里程幾乎是現(xiàn)下發(fā)展路線的三個(gè)爭議選擇，車企廠商們?cè)诟髯缘纳瞄L的領(lǐng)域選擇了不同的技術(shù)路線。
對(duì)于用戶來說，選擇就比較簡單，《2021中國電動(dòng)汽車用戶充電行為白皮書》顯示，快充是99.3％的用戶的首選，尤其是對(duì)充電時(shí)間高度敏感的營運(yùn)車輛用戶，對(duì)快充的需求更高；從充電設(shè)施功率看，超過87％的用戶傾向選擇120kW及以上大功率充電樁。
每年的十一假期，沖上熱搜新聞的總會(huì)有新能源汽車充電難，排隊(duì)久充電久。快充的普及在未來也會(huì)是解決節(jié)假日出行快速補(bǔ)能的重要手段。從長遠(yuǎn)來看，公共充電場(chǎng)景還是以快充為主，包括超級(jí)充電，在政策方面，我國正在大力發(fā)展公共的快充網(wǎng)絡(luò)，加速普及高速公路充換電網(wǎng)絡(luò)的覆蓋度，國家電網(wǎng)等相關(guān)的企業(yè)也在高速公路加大對(duì)快充網(wǎng)絡(luò)的投入。包括車企、運(yùn)營商在內(nèi)的各方都在積極推進(jìn)快充網(wǎng)絡(luò)的布局。
疊加上“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的影響，停產(chǎn)燃油車是大勢(shì)所趨。此前歐洲議會(huì)投票通過了由歐盟委員會(huì)起草的立法提案，決定自2035年起在全歐盟范圍內(nèi)禁止銷售注冊(cè)燃油車，包括插電混動(dòng)、合成燃料在內(nèi)的過渡性方案也均被否定。汽車廠商包括北汽、長安、奧迪、奔馳等多家車企也紛紛宣布自家停產(chǎn)燃油車的時(shí)間，奧迪品牌確定了2026年不再推出內(nèi)燃機(jī)新車型、2033年起停止所有內(nèi)燃機(jī)車型生產(chǎn)的目標(biāo)；奔馳將致力于在2030年完成集團(tuán)的電動(dòng)化轉(zhuǎn)型，全球市場(chǎng)內(nèi)的內(nèi)燃機(jī)退出時(shí)間則不晚于2039年；長安汽車將于2025年正式停止銷售傳統(tǒng)燃油車。廠商們的禁售時(shí)間基本上在2025年—2040年之間。
禁售燃油車的時(shí)間表確立，也意味著汽車電動(dòng)化的發(fā)展日趨深入，對(duì)于關(guān)鍵的快充技術(shù)的來說，也到了爆發(fā)前的黎明階段。
不過耽于動(dòng)力電池本身的物理特性限制，快充與安全、壽命、成本等關(guān)鍵要素相互矛盾，平衡快充、安全、壽命等各種需求仍然需要較長的一段時(shí)間來磨合。發(fā)展空間巨大的事物成功達(dá)成的過程總是充滿挑戰(zhàn)，長期耕耘厚積薄發(fā)都是必要的路徑，繞不過去。
在補(bǔ)能的路徑選擇上，從新能源汽車開始發(fā)展的那天起，爭論從未停止，從慢充到快充，從換電到充電，各種聲音都有，而現(xiàn)在也沒有誰淘汰掉誰，這也是市場(chǎng)選擇最終結(jié)果的呈現(xiàn)，在不同的情境下，會(huì)有不同的需求，市場(chǎng)化發(fā)展的事物，也需要符合市場(chǎng)發(fā)展需求的補(bǔ)能方式。
用戶最終的需要是充電的便利性，例如沒有時(shí)間等充電的情況就采用換電的方式，時(shí)間充裕的話，選擇電網(wǎng)波谷的階段慢充，不同的補(bǔ)能方式，在不同的使用情境下，有不同的市場(chǎng)空間。我們知道咱們的地域遼闊，覆蓋的氣候條件各不相同，而充電具有較強(qiáng)的地域性，在北方的冬天，換電就比快充更受消費(fèi)者的歡迎，如果非要討論個(gè)哪種技術(shù)路線為王會(huì)淘汰其他路線，從用戶的使用場(chǎng)景來說，補(bǔ)能方式想要做到統(tǒng)一就不太現(xiàn)實(shí)。
回到快充的技術(shù)路線，對(duì)于廠商們而言，也不會(huì)選擇單一的路徑，非此即彼的選擇容易走進(jìn)死胡同，企業(yè)也會(huì)根據(jù)用戶的意愿來調(diào)整補(bǔ)能的方式。技術(shù)迭代、消費(fèi)認(rèn)知提升、企業(yè)的傾斜推廣等各種因素在市場(chǎng)化發(fā)展有不同呈現(xiàn)，但最終的選擇還是靠市場(chǎng)。