长春市新能源汽车产业商会 今天
从特斯拉到蔚来汽车，超级快充会是化解续航“里程焦虑”的一剂良药吗？
“充电5分钟，通话2小时。”如同这句风行一时的广告词，快充在手机等3C电子产品领域，得到了较快的普及，甚至已经成为中高端机型的标配。但在电动汽车领域，快充似乎才刚刚起步。
3月上旬，特斯拉发布了V3 超级充电桩。作为特斯拉最新的充电方案，V3 超级充电桩在15分钟可以充50%的电量，续航可达300公里，用时减少一半，达到了肉眼可见提升的充电速度。
特斯拉的充电桩
不久前，蔚来汽车也发布消息，表示会在今年4月份推出三种形式的超级充电桩服务，“一键加电”的服务也将正式对消费者开放。以上举措意在提升消费者的充电体验。
中美两大明星电动汽车品牌先后聚焦超级充电桩背后，是针对消费者最为关心的“里程焦虑”发起挑战。
“里程焦虑不单是指电动汽车的续航里程，与跑得更远相比，是否方便充电和能否快速充电也是消费者最为关心的问题。”乘联会秘书长崔东树在接受新材料在线®采访时表示，超级快充或将会成为下一阶段车企聚焦的关键技术。
然而，现阶段布局超级快充还需要重重闯关，从充电场地、电网配套到适配的高倍率电池材料都面临调整重构，由超级快充引发的“鲶鱼效应”正在酝酿成型。
超级快充 解“里程焦虑”之忧
充电难已经成为困扰电动汽车普及的核心难题之一，而充电桩数量不足则是导致充电难的直接原因。
根据工信部统计数据，截止2018年年底，中国新能源汽车保有量达到261万辆。另一组统计数据显示，截至2019年3月，中国电动汽车充电基础设施促进联盟内成员单位总计上报公共类充电桩38.4万台。
这意味着，平均每7辆电动汽车共用一个充电桩，“充电难”的问题可想而知。
由于一线城市地贵价高，土地的稀缺性决定了充电桩的建设难以“遍地开花”，用技术的手段来提升充电速率似乎是一条可行性路径。
以特斯拉在今年3月发布的超级充电桩V3为例，其峰值功率提升到 250kW，15 分钟时间可充入 50% 电量，按照长续航后驱版本的续航来算，可以续航300公里。总体可以节约 50%的充电时间。
超级充电桩极大缩短充电时间
超级充电桩极大缩短充电时间
相比于在超级快充领域一枝独秀的特斯拉，蔚来汽车也在加快自己的超级快充布局。
据有关媒体流出的消息显示，蔚来汽车即将发布的NIO Power Charger超级充电桩可能会有三种形式：1. 总功率为300kW的充电线路分出4-6个充电枪，每个充电枪最大功率为105kW，系统将根据当前充电桩使用情况，动态分配各枪充电功率。2. 依靠换电站的配合建立超级充电桩。3. 功率为120kW的充电桩，配2把充电枪。
按照车和家创始人李想的理解，充电功率达到 200kW，相当于电动车进入了 3G 时代，而达到 350kW，则相当于进入 4G 时代。
“超级快充能大幅节约充电所需时间，意味着通勤效率的提升。”惠充电创始人、充电桩联盟发起人李志博在接受新材料在线®采访时表示，在一些极端场景下，这种效率的提升会非常有用。
“相比于特斯拉的 V2 超充，在V3 上从 8% 充到 90%，能节省三分之一的时间。”李志博解释，只有在跑长途的状态下，电动汽车才需要充分压榨电池的剩余电量，且格外在意充电时间，并且还要求充到比较满电的状态。
然而，与特斯拉相比，国内的新能源车企对超级快充似乎并不是特别热衷，业内鲜有像特斯拉这样追求极致快充的案例。
“这主要涉及到不同车企所定位的消费群体存在较大的差异性。”李志博认为，跟特斯拉的高端定位不同，国内车企更讲究性价比，即使是充电也需要考虑到更多消费群体的实际需求。
“对于买特斯拉的人群来说，时间远比为充电花费的金钱更为重要。”李志博进一步解释，相比于购买特斯拉的人群，更多的消费者在乎的是充电的性价比，尤其是市内的短途出行，大多数人会选在晚上使用慢充。
能否快充 涉及系统性的挑战
是否喜欢快充，由消费者说了算，但能否实现快充则考验整个充电桩产业链的配套是否完善。
基于超级快充的大功率充电系统需要在整车和充电桩两个层面，同时来解决电压和电流问题。
据了解，目前国内新能源汽车行业把使用交流电的家用充电桩充电功率控在10kW以内，界定为慢充。而使用直流电在50-60kW范围的功率进行充电的系统叫做快充。像特斯拉这样的145kW（V2）快充系统则远高于普通快充，这也是V3被特斯拉命名为“ SuperCharger”（超级充电站）的原因。
目前国内主流的电动汽车电压都400V左右，也就是说电池、电机、电控等相关系统的工作电压均在这个范围，如果电动汽车的充电功率设定在120kW，那么充电的电流就有120kW/400V=300A，这明显高于国内电动汽车内部线路能够承受的电流250A 。
那么，为什么特斯拉可以做到大幅提升超充功率？
超级快充涉及整个系统的配套
超级快充涉及整个系统的配套
“归根结底主要还是因为电芯——Model 3 的 21700 圆柱电芯支持更大的充电倍率（2.2C），而之前的 18650 电池，充电倍率在 1.5C 左右的水平。”比克电池一位不愿具名的研发工程师告诉新材料在线®，这也是为什么特斯拉的V3超级充电桩只支持 Model 3 车型跑到 250kW，而 Model S/X 却做不到的原因。
与此同时，电压等级的升高对高压电气安全也需要进行进一步评估。
在欣旺达电动汽车电池有限公司系统研究院总工程师郑伟伟看来，超级快充还要面临充电时的热管理方面的挑战。
“快速充电时，电流较大，动力电池及充电系统的发热量也很大，这对车辆的热管理系统来说是一个很大的挑战。”郑伟伟认为，在超级快充下，需要对动力电池的系统安全进行重新设计，特别是要提高热管理的效率，这对探索直接冷却在车上的使用以及非车载冷却系统来说，均是可能存在的挑战。
值得注意的是，上马超级快充，还涉及到车载功率器件的选择和电气系统方面的挑战。
“随着电池电压的的不断升高，对车载的电力电子的功率器件来说，是新的考验。”李志博告诉新材料在线®，由于技术的限制，目前只有部分国外的厂商能提供相关的产品，这对国内车企来说，专利壁垒及整车的成本控制都是难以跨越的障碍。
高倍率材料是配套超级快充的关键
值得注意的是，要让电动汽车用上超级快充的话，除了配套电网的升级改造，还需要针对配套的动力电池进行专门的优化，其涉及的电池材料体系也必须围绕高倍率性能进行重构。
“由于超级快充对动力电池的倍率有较高要求，对电池的寿命也有很大影响，因此，配套的电池厂需要探索对电池内阻的降低，并对正负极材料等进行专门的优化。”上述专业人士表示，超级快充对电池开发来说，也是很大的挑战。
“锂离子在锂电池内部正负极、电解质及其界面的迁移能力决定了锂电池的高倍率充放电性能。”中国科学院成都有机化学研究所研究员范未峰告诉高速新材料在线®，锂电池的倍率性能取决于锂离子的迁移速度，而这些都与正负极等材料息息相关。
“快充时，锂离子的迁移的速率加快会对锂电池的性能产生影响。”范未峰进一步解释，在快充时，锂离子需要加速瞬时嵌入到负极中。这对负极的快速接收锂离子的能力挑战很大。普通化学体系的电池在快充时负极会出现副产物，从而影响电芯的循环和稳定性。
超级快充与高倍率电池材料密切相关
超级快充与高倍率电池材料密切相关
矛盾之处在于，对于负极材料来说，锂电池在高倍率充放过程中很难保持较高的容量。
“在常规情况下，锂电池的高容量与高倍率性能很难同时兼顾。”范伟峰认为，锂电池快充的技术的核心就是在不影响电芯寿命和可靠性的前提下，通过化学体系和设计优化，加速锂离子在正负极移动的速度。
基于这样的原因，业界把高倍率的动力电池与能量型的动力电池区分开来。目前，国内在新能源乘用车领域，绝大多数是能量型的动力电池，而高倍率的快充电池多用在商用车上。
当然，国内也有少数动力电池企业已经研发生产出针对快充的高倍率动力电池。
公开资料显示，宁德时代的超级铁锂快充产品已经批量应用在商用车领域，可实现10分钟内充满85%，循环寿命高达10000次以上。已有2600余台搭载宁德时代超级快充产品的电动大巴在市场上运行，运行状态良好。
“超级快充让人看到提升通勤效率来缓解里程焦虑的曙光，但是目前来看，国内车企在快充上跟特斯拉之间的差距短时间内难以赶上。”崔东树认为，只有补齐新能源汽车的基础设施，电网、动力电池、车载配套电气设备等方面的短板，中国快充的时代才能真正开启。
商会秘书处座机：0431—81707097
手机：13039122218
关注长春市新能源汽车产业商会
,
