800V平台架构下快充电池赛跑

高工锂电 2022-01-09

摘要:400V向800V电压架构迈进,快充高压条件下车上,包括电池包、电驱动、PTC、空调等都需重新适配,同时充电枪、线、直流接触器和熔丝等也要重新选型,这对供应链环节提出了新的挑战。

随着全球电动化演进,主力电动车型续航普遍突破600km,消费者续航焦虑逐步化解的同时,但伴随而来的是,需求侧对充电便捷性的考量。能否像传统车加油一样实现快速充电,成为用户端关注的新“痛点”。

就技术角度而言,提升充电速度的路径主要有提高电流和提高电压两种。其中,大电流易产生高热量损失,其理论上限并不高(约为500A,可实现200w的充电功率)。因此,高电压平台架构成为解决充电困扰的重要途径。

中国科学院院士欧阳明高也在多个场合亦坦言,解决充电的后顾之忧,需要更大功率的快充技术,超级快充是大势所趋,行业需要推进电动汽车采用800V甚至更高的电压平台架构。

实际上,800V高电压平台的最大价值,在于实现真正意义上的快充,通过提升充电效率、缩短单次补能时间,进而从根本层面彻底解决里程焦虑。

市场端闻风而动,国内外主机厂针对800V架构平台下的快充电池军备赛已经吹响号角。

自保时捷Taycan全球首次推出800V高电压电气架构以来,2021年,国内外车企掀起一轮800V电压平台车型发布潮,以图抢占大功率快充新高地。

国际品牌,包括宝马、通用、起亚、现代、戴姆勒、Lucid等启动800V高压平台的研发与布局,部分已发布800V平台架构或规划。如起亚EV6全系车型支持400V和800V充电,电量从30%到80%仅14分钟;现代IONIQ 5最新800V高电压平台支持高达350kW的超大功率充电。

国内品牌也大步跟进,包括比亚迪、广汽埃安、华为、极氪、极星、小鹏、岚图、理想等国内主机厂也相继推出或计划推出800V平台。

其中,广汽埃安最新推出的超倍速电池技术充电电压达到880V,充电功率支持480W;吉利极氪001采用800V高压系统,支持最高360kW超级快充;东风高端品牌岚图宣布研发超高压平台的超级快充技术等。

高工锂电获悉,400V向800V电压架构迈进,快充高压条件下车上,包括电池包、电驱动、PTC、空调等都需重新适配,同时充电枪、线、直流接触器和熔丝等也要重新选型,这就对供应链环节提出了新的挑战。

电池端来看,动力电池快充性能的掣肘在于负极领域,一方面石墨材料的层状结构,锂离子只能从端面进入,导致离子传输路径长;另一方面石墨电极电位低,高倍率快充下石墨电极极化大,电位容易降到0V以下产生析锂。

解决方案通常有两种,一是石墨改性,采用表面包覆、混合无定型碳,无定型碳内部为高度无序的碳层结构,可以实现Li+的快速嵌入;

二是采用硅负极,其理论容量高(4200mAh/g,远大于碳材料的372mAh/g),且嵌锂电位高,析锂风险小,能够容忍更大的充电电流(Si:0.4V vs C:0.1V)。

此外,800V平台电池串联数量较多,一旦电池间存在差异性,电池使用寿命将受到影响,因此对电芯生产工艺及产品一致性要求极高。

目前,包括宁德时代、蜂巢能源、孚能科技、比亚迪动力电池企业已相继入局。

蜂巢能源旗下短刀片电池全品类提供包括蜂速4C快充技术、面向未来的800V电池系统、适应800V高压平台的高效热管理技术、冷蜂热阻隔技术,其中L300主打2.2C~4C快充体系,适配800V高端车型。

实现路径上,蜂巢能源在负极领域研发原料种类及选择技术、原料破碎整形技术、表面改性技术及造粒技术等多项技术。

其中,表面改性技术采用液相包覆技术石墨表面包覆无定形碳,降低阻抗,提升锂离子的通道,使其阻抗降低20%,而造粒技术能够精确控制粒径间的形貌、取向等造粒技术,满电膨胀降低膨胀3-5%。

孚能科技自主研发的800V超充超压平台技术可达2.7C,整包充电等效2.2C,这意味着SOC 10%-80%充电仅需15分钟,预计2022年10月正式进入量产阶段。

而“老大哥”宁德时代也早已低调入局。其新快充技术能充分发挥自主研发的快充型电芯的快充性能,最快5分钟充至80%电量。目前其超快充技术已经涵盖电子网、快离子环、各向同性石墨、超导电解液、高孔隙隔膜、多梯度极片、多极耳、阳极电位监控等。

其中,宁德时代导入各向同性技术,使得锂离子可以从360度嵌入石墨通道中,实现充电速度的显著提升;此外其通过对阳极电位的监控,实时调整充电电流,确保电池在最大充电速度的过程中不会析锂,从而能做到极限的充电速度。

除此之外,越来越多的电池企业也在积极加快800V高电压快充电池的研发及技术投入。

除电池环节以来,包括电驱动、桩、功率器件升级供应链配套已经初步形成。

如华为、博格华纳、采埃孚、汇川技术、已陆续发布800V电驱动系统;海立、奥特佳、科博尔、华工新高理、比亚迪已具备 800V 电动压缩机、PTC 等的生产能力;此外巴斯夫、永贵、中航光电、泰科等企业也具备批量化生产 800V 线缆及端子的能力。

其中,华为推出的业内首个AI闪充动力域全栈高压解决方案,基于800V左右平台架构,包含了高压车载充电系统、高压异步电驱动系统、高压同步电驱动系统、高压电池管理系统、直流快充模块、三电云及高压热管理系统。

值得一提的是,政策端也在为高电压超快充的普及扫清最后一道屏障。

目前被国际上广泛接受的电动汽车直流充电技术,而无论是ChaojiCHAdemo或是CCS,均已树立450kW以上的充电功率目标,这意味着要打破原有的电压和电流的限制,为充电桩企业和车企指明了前行的方向。

行业数据预测,未来2年是主机厂品牌向上的最佳时间窗口期,高端车型密集推出,军备赛开启。届时,国内市场高压平台车型自2021年逐步上市,到2023年密集增长,预计2025年高压车型市场预计累计增长至超393万辆。

可以预见的是,市场空间足够大,但高电压快充技术最终落地,单一企业孤军奋战不可能完成,不仅需要车、电池、桩三方联动,也迫切需要整个产业链协同共进,共同构建电动车高压架构生态,加速推动电动汽车向大功率快充时代迈进。

本文地址:https://auto.gasgoo.com/news/202201/9I70287834C501.shtml

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