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十分钟充满百度电,高压快充成为下一竞争高地?

吕文君
2023-10-13 11:17

国庆期间,华为数字能源助力打造的天全服务区超充站、理塘康南旅游集散中心超充站、桑堆服务区超充站正式上线。这三座冷超充站位于318国道理塘至亚丁公路上,全长890公里,被誉为“中国人的景观大道”。这一区域一直以来都是广受游客喜爱的自驾游线路,然而,纯电汽车的续航和充电一直是前往这个区域的一个难题。

据了解,华为全液冷超充站具备最大输出功率600kW,最大电流600A,被称为“一秒一公里”,一次充电成功率高达99%。它的充电范围为200至1000V,适用于各种车型,包括特斯拉、小鹏、理想等乘用车以及货拉拉等商用车。

华为数字能源方面表示,公司积极响应四川省人民政府和四川省交通运输厅在川藏南线暨理塘至亚丁公路(四川段)打造高质量充电基础设施的规划与布局,与客户和伙伴共同打造“318川藏超充绿廊”,在沿线的服务区、加油站等地建设全液冷超充站。

什么是液冷超充技术?

所谓液冷超充,就是利用液体循环系统,将充电模块、电缆、枪头等关键部件的热量快速带走。

循环系统中注入了专门的冷却液,由泵驱动流动,使设备保持低温运行。

这种充电设备的最大输出功率高达600千瓦,最大输出电流达到600安,充电速度快得惊人,一秒钟就能增加一公里的续航里程。600kW是个什么概念?我们都知道一般充电功率越大充电速度就越快,但是碍于技术原因,现在市面上的超充桩大多都只在300kW左右。

以保时捷的800v高压超充举例,它的最高充电功率还仅仅是270kW,这就导致它充电想要从5%充到80%得要半小时。而超过80%后,为了保护电池安全,充电电流逐渐减小,充电时间还会更长。

与之相比,华为的全液冷超充技术600kW的功率使得电车可以在一个小时内充600度电,也就是说充100度电只需要十分钟,充电效率大幅度提升。

对于新能源汽车车主而言,该技术的出现无疑解决了对电量的焦虑。

龙头积极布局高压快充

高压系统技术升级带来总量和竞争格局的双重优化。

近年来,为解决充电焦虑,多车企加速推出高压快充来解决充电难题。

随着超级充电桩标准的落地和高压组件技术的进步,未来几年高压快充车型将加速推出,带动相关零部件的快速增长。同时,技术门槛的提升也将有助于市场份额向技术优势企业集中。

车企方面来看,蔚来、吉利睿蓝等企业早已布局超充模式,而保时捷Tycan则是第一款800V快充车型。此后,比亚迪、东凤岚图、吉利、小鹏等车企也纷纷布局高压快充领域,其中小鹏G9成为了首款800V高压SiC车型。

国内布局高压快充的企业众多,包括英可瑞、双杰电气、永贵电器、易事特、伊戈尔、协鑫能科、宝馨科技、万马股份、星云股份、绿能慧充等。这些企业通过技术创新和合作,推动了高压快充技术的发展和应用。

特锐德已经推出了充电功率达1000kW的充电设备,并已经落地商用化应用;英可瑞目前有液冷快充相关类型产品,高压快充产品已实现系列化生产,可以满足多数直流快充应用场景的需求;双杰电气也已经推出250V-1000V电压平台的超充产品,并具备生产V2G、V2V功能充电桩的能力;永贵电器生产的大功率液冷充电枪可以实现电动汽车极速充电,并解决了快充散热问题。

充电桩运营端市场格局也呈现出集中且清晰的状态。根据中国充电联盟的统计数据,截至2023年6月底,国内公共充电桩运营商市占率TOP5分别为特来电、星星充电、云快充、国家电网和小桔充电,合计市占率达68.68%,CR10市占率合计达86.20%,CR15市占率合计达94.06%。

另外,华为作为电动汽车充电领域的重要参与者,也在积极推动高压快充技术的发展。华为超充相关合作伙伴包括宝馨科技、协鑫能科、永贵电器等企业,这些企业拥有自主品牌充电桩、换电站技术产品,并与华为形成了技术合作。

据公开资料显示,宝馨科技拥有自主品牌充电桩、换电站技术产品,与华为形成技术合作,已在南京、上海投运液冷快充站示范项目;永贵电器掌握大功率液冷充电枪的核心技术,并拥有自主知识产权,能实现最大电流600A、额定电压1000V的充电场景,率先在国内市场推广应用;协鑫能科与华为数字能源已就“储充光云”一体化液冷超充网络建设达成全方位合作。

高压快充推动电池 & 材料升级

1、高倍率成为动力电池争夺新高地

高倍率动力电池对技术提出更高标准。由于车规级动力电池的特殊性,电池的体积较大,散热条件较差,对于如何 保证电池的安全性提成更高的要求。另外动力电池对于循环寿命的要求要远远高于消费电池,这也加大了高倍率型 动力电池实现的难度。

2、快充动力电池将是继高镍之后又一次重大技术升级

超级快充模式下,从电池材料到电芯体系设计以及充电模式等都会影响到电池的性能保持,材料原子层级到车用系统 层级都可能成为影响锂离子电池快速充电的因素。 影响因素大小排序:材料原子尺度>材料微观结构>电芯体系设计>PACK(散热、一致性等)>系统(充电模式,热 管理、使用习惯等)。

电池充电原理:充电时Li+从正极经过电解液传输到负极,其中主要的传输路径有:1)经过固态电极;2)经过正负极的电极/ 电解质界面;3)经过电解液,包括Li+的溶剂化和去溶剂化;4)Li+在电解液中穿过隔膜,运动到负极。 正极:科学研究表明正极的衰减和CEI膜的增长对锂离子电池的快充速度没有影响(一个萝卜一个坑),而正极的颗粒大小 和电子导电速率可以提升离子扩散和电子导电的速率,正极可以通过减小正极颗粒和增加导电性提升快充性能; 负极:负极材料内部的固相扩散系数相对较小(逐层嵌入),限制了电池的大电流充放电能力,负极成为电极反应的控制步 骤,提升负极材料本身的快充特性尤为重要;

3、碳包覆、硅碳负极、二次造粒是负极改性的三种主要方式

碳包覆、硅碳负极、二次造粒是负极改性的三种主要方式。负极是快充的核心环节,目前电池多采用石墨负极,直接用于快充 会存在扩散系数较低、析锂效应等问题。因此需对负极改性,主要方式包括碳包覆、二次包覆、使用硅碳、二次造粒。其中碳 包覆的多孔通道可以为Li+提供更多传输路径,从而提升倍率性;硅碳可以提升负极析锂电位,降低锂析出效应,提升安全性。碳包覆:碳包覆材料成本占负极成本3%,占整个电池包成本小于0.3%。因此碳包覆材料特点是“低成本敏感+高性能相关”, 即增加很低的成本就可以对性能提升很大;用量上,1C碳包覆比例约1%,1.5~2C碳包覆需求达5%,4C充电碳包覆需求可以 超过10%,快充电池碳包覆用量提升超过一倍。

硅碳负极:硅的电压平台比石墨高,充电时析锂的可能性不高,高压快充时在安全性能上,硅碳负极与石墨相比优势较大。 但硅的导电性较差,同时体积膨胀系数较大,同样材料需要改性:(1)表面碳包覆,有机改性;(2)使用多孔硅碳合金负 极,获得含有大量羟基的复合材料,通过羟基与碳酸酯的相容性促进锂离子的去溶剂化,实现高压快充。 硅的纳米化处理:硅纳米化,可以利用所有的硅,并预留膨胀空间,利于锂和硅化合物的形成,有效改善循环性能。此外, 还可以对纳米硅进行补锂处理,解决硅碳负极电池首次充电效率低、以及电池循环寿命短的问题。但是,成本较高,工艺制 程复杂,制备难度较大。

二次造粒工艺:二次造粒有利于提高负极材料性能。二次造粒工艺是将骨料粉碎获得小颗粒基材后,使用沥青作为黏结剂, 根据目标粒径的大小,在反应釜内进行二次造粒,经过后续石墨化等工艺,获得成品二次造粒负极材料。 二次造粒目的:石墨二次造粒是一种对粗石墨进行进一步精细划分、增加表面积的工艺,其中一次造粒减小负极颗粒体积, 二次造粒重新结成大颗粒。通过二次造粒,可以让原有的石墨颗粒更加均匀分布,增加其表面积和活性,增加了Li+的传输 路径,进而提升倍率性。

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