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昇科能源完成數千萬元pre-A輪融資 加快推出800V平臺

  • 發表于: 2021-06-03 11:36:06 來源:中國汽車報網

5月25日,充電解決方案供應商昇科能源宣布完成數千萬元pre-A輪融資。這家創業公司吸引眼球之處就在于專注V4及以上級別的超充技術,其特征是360kW,整車平臺800V,4C超快充電池。

有心者不難發現,“800V”這個關鍵詞最近一段時間在汽車行業頻頻出現。對整車及上下游產業鏈而言,這意味著什么?

“現階段,只要配備足夠的充電設施,如快充站、換電站等,電動汽車的續駛里程完全能夠滿足用戶需求。”一些業內人士向《中國汽車報》記者表示,“相較于投入大量成本研發新材料和新技術,盲目提高電池續航能力,完善充電基礎設施才是解決電動汽車用戶‘里程焦慮’的最佳選擇。”

前不久,中國科學院院士歐陽明高在電動汽車百人會組織的研討會上指出,解決充電的后顧之憂,需要更大功率的快充技術,超級快充是大勢所趨,行業需要推進電動汽車采用≥800V的更高電壓平臺。

據了解,受限于硅基IGBT功率耐壓能力,高壓充電需要考慮溫升、絕緣配合、EMC/EMI(電磁兼容性)和電弧等更多復雜問題,而目前主流快充模式主要基于400V電壓平臺。不過,行業對大功率充電的探索從未止步,800V高壓平臺的普及已被提上議事日程。

♦ 企業加快推出800V平臺

隨著用戶需求升級,市場倒逼技術進步,電動汽車400V電壓平臺未來恐怕將不能滿足人們對快充的需求。2019年,保時捷率先在全球推出800V高壓電氣架構,旗下首款純電動跑車Taycan采用800V直流快充系統并支持350kW大功率快充。自此,多家車企紛紛啟動對800V高壓平臺的研發與布局。通用、現代、戴姆勒、Lucid等陸續發布800V架構規劃,將超級快充作為差異化體驗,以提升消費者對電動汽車未來發展的信心。

2021上海車展上,不少車企就適時推出了800V甚至更高電壓平臺的產品。進口品牌方面,起亞EV6全系車型支持400V和800V充電,電量從30%充至80%僅需14分鐘;現代IONIQ 5最新800V高電壓平臺支持高達350kW的超大功率充電。自主品牌方面,吉利浩瀚架構下首款車型極氪001,采用800V高壓系統,配裝4.35V高壓Ni55體系的三元電池,支持最高360kW超級快充;東風旗下嵐圖汽車宣布研發基于超高壓平臺的超級快充技術。由此可見,以更高電壓平臺實現超級快充已成為新能源汽車行業的發展趨勢之一。

從充電的物理特性來看:功率=電流×電壓,提高電動汽車的充電效率有兩種思路,提高電壓和增加電流,也因此產生了兩種比較有代表性的快充技術——高電壓直流快充和大電流直流快充,但哪種路線更適用于超級快充,行業展開了激烈討論和實際研究。

據悉,由于大電流直流充電具有比較明顯的缺點,僅可在10%~30%SOC(電池荷電狀態,即剩余電量)條件下實現最大功率充電;在30%~90%SOC條件下充電,功率會大幅下降。同時,由于線纜粗細限制了大電流模式的上限,使其不能滿足更高充電倍率的需求。以低壓大電流模式充電的代表特斯拉為例,其Model 3長續航版在250kW峰值充電功率的支持下,可以1.5C充電倍率充30%~80%的電量。若線纜粗細不變,電流不變,要實現4C充電倍率,電壓需要擴充至現在的2.7倍,即超過1200V,同樣演變為高壓模式。此外,低壓帶來的電流過大、電阻散熱問題,必然會相應地增加整車成本,降低產品競爭力。因此,市場上目前僅有特斯拉選擇大電流直流快充的方式,更多車企希望基于高壓電氣架構,實現大功率充電。

♦ 更高電壓以滿足快充需要

華為數字能源產品線智能電動領域副總裁彭鵬在近期舉辦的一個行業論壇上指出,整車選擇高壓架構是實現超級快充的必經之路,800V左右的高壓在當前可支撐實現2C快充。對于一輛搭載100kWh電的電動汽車而言,在當前400V電壓平臺、250A電流下,需要30分鐘才能充電30%~80%,而如果電壓提升到800V左右,15分鐘就可實現,達到4C的效率,基本上滿足現階段消費者的快充需求。未來,隨著電流提升到500A,800V高壓車型可輕松實現7.5分鐘充電30%~80%,真正達到像加油一樣的充電體驗。

據介紹,800V高壓平臺除了充電快,還有以下主要優勢。對汽車來說,一方面,永磁同步電機在工作時會產生大量的熱,當溫度超過180℃時,電機會出現退磁現象,影響工作效率甚至造成產品損壞;提高平臺電壓,相同功率下電流減小,電阻不變的情況下,電機產生的熱量相應減小,從而可以降低退磁風險。另一方面,平臺電壓升高,高壓線束的線徑變小,可以減小體積,提高電池容量和功率。此外,電氣平臺提升到800V,電控系統經重新設計,熱損耗有望降低60%。

特來電首席科學家、技術研究院副院長穆曉鵬也表示:“就當前主流車型充電需求來看,若想實現2C倍率,就要求充電功率達到120~150kW。但按照目前國標規定,電動汽車單槍電流不能大于250A,因此提升平臺電壓勢在必行。未來,隨著“ChaoJi”充電標準的落地和發展,配合液冷系統等,電流甚至可以提升到400~600A的水平。在這種模塊配置下,人們可以期待電動汽車充電像燃油車加油一樣便捷。”

平臺電壓從400V提升至800V,屬于硬件改造,不是OTA可以實現的。這就意味著接下來會有更多企業推出800V或更高電壓的架構,催生新的市場機會。

♦上游動力電池企業爭相布局

要實現超級快充之路,必須進行整車平臺的高壓化改造,電池電壓以及相應配套系統和零部件的性能提升是企業不得不考慮的重要問題。出于對高壓系統能耗、復雜度、可靠性等因素的考慮,整車的高壓器件最好與電池保持一致。換言之,800V架構應指充電端和整車端共同走向800V。

隨著市場對快充的更高追求,電池快充技術作為解決充電便捷性的關鍵突破口,也是車企和動力電池企業角逐的主戰場。2021上海車展期間,不少電池企業推出了適應于高壓快充平臺的全新產品。

其中,蜂巢能源首次對外發布了全新快充技術和對應電芯,第二代4C快充電芯容量165Ah,能量密度大于260Wh/kg,僅需10分鐘就可實現SOC20%~80%,能循環快充1500多次,預計2023年二季度實現量產。蜂巢能源董事長兼首席執行官楊紅新表示:“圍繞新能源汽車發展,打造配套生態很重要,要想實現快充平臺的普及,電池匹配、快充網絡等產業上下游的跟進都是必要的。”

領湃新能源技術團隊通過特殊設計的離子快穿通道設計,實現動力電池4C充電,15分鐘充電5%~85%SOC;未來規劃動力電池6C充電、充電時間少于10分鐘。寧德方面也早早布局快充技術,推出了自主研發的快充型電芯,充電速度提升一倍,可實現15分鐘充電80%。目前,其超快充技術已涵蓋超電子網、快離子環、各向同性石墨、超導電解液、高孔隙隔膜、多梯度極片等。

除動力電池企業外,部分車企在快充電池布局方面也不甘落后。比如,廣汽推出石墨烯超級技術,規劃推出6C-500km、3C-500km兩個版本的快充電池,今年9月將首次配裝在廣汽埃安AION V上;保時捷亦披露正在研發硅負極取代傳統石墨負極的高性能電池,以獲得更高能量密度和快充性能。

♦ SiC依賴進口問題尚難解決

除了快充電池的研發創新,產業鏈上下游其他配套零部件供應商也紛紛行動起來,華為就是最典型的代表。4月18日,華為推出了業內首個AI閃充動力域全棧高壓解決方案。據了解,華為當前高壓解決方案是基于800V高壓左右開發的全新平臺架構,包含了高壓車載充電系統、高壓異步電驅動系統、高壓同步電驅動系統、高壓電池管理系統、直流快充模塊、三電云及高壓熱管理系統,在搭載該技術的極狐阿爾法S(HI版)上,可實現15分鐘充電30%~80%。

采埃孚很早就開始研發800V功率電子產品,現已推出800V SiC三合一電驅動系統,并預計在歐洲和中國市場實現量產。該公司相關人士介紹稱:“相較于400V功率電子產品,新款SiC的應用在功能設計、電磁兼容等方面都存在較多難點。另外,還要考慮高壓系統下的絕緣安全和耐久力需求。”

隨著越來越多零部件企業展開在800V平臺領域的布局,除電池外,電驅動、PTC(陶瓷加熱器)、空調壓縮機、車載充電機等零部件都面臨重新選型匹配的難題。目前,SiC等能夠承受更高電壓的器件及其他部件不斷被開發,技術也在快速迭代。歐陽明高認為,從全產業鏈角度分析,主要高壓零部件在2021年底基本都可以實現量產。

據了解,華為、博格華納、匯川技術等已陸續發布800V電驅動系統,舍弗勒全新推出的電機系列產品實現了電壓等級48~800V、功率等級15~300kW及以上的全覆蓋;海立、奧特佳、科博爾、華工新高理、比亞迪已具備800V電動壓縮機、PTC等的生產能力;巴斯巴、永貴、中航光電、泰科等企業也具備批量化生產800V線纜及端子的能力。

不過,整個產業鏈的布局看似已基本完善,但站在供應鏈角度,800V高架平臺架構所需的SiC功率模塊仍大量依賴進口,還是給國內企業帶來不小的考驗。

“零部件企業下一步的難題主要在于,如何在國內建立完備的產業鏈和研發體系;同時,在與國際同類產品的可獲得性及產品標準兼容性方面,也面臨潛在的非技術性挑戰。”采埃孚相關人士稱,“但是,我們對800V平臺產品的市場預期還是非常樂觀的。隨著國家標準的導入,800V超高壓快充平臺將會成為主要趨勢,但推廣的快慢將取決于充電基礎設施的建設以及800V功率電子產品的成本下降。”

♦ 企業布局超高壓充電業務

電動汽車實現超級快充并非車企或動力電池企業一方就可以完成,其中不僅涉及動力電池、控制及熱管理技術等,還需要充電設施、電力供應部門等環節的助力。因此,它也成為一個需要產業鏈多環節共同配合的系統工程。

在這一背景下,公共場景下的直流快充+家用交流慢充,多種充電形式并存形成智慧充電網絡的大方向基本已在業內達成共識。充電樁主流企業在新建和現有充電樁改建中,紛紛開始考慮高壓兼容方案的布局,積極響應高壓快充趨勢。

據悉,充電模塊是提升充電樁滿足800~1000V高壓車型充電的關鍵。對于現有充電模塊的研發,穆曉鵬表示:“從2020年底,特來電新增的充電設備電壓平臺已提升到950~1000V,支持800V高壓平臺充電完全沒有問題,也能滿足未來3~5年車輛升級到高壓平臺的需求;如果考慮到2030年前后,隨著技術的進一步發展,這個數字可能會提高到1500V。”

中國電動汽車充電基礎設施促進聯盟信息部主任仝宗旗也指出:“2018年起,就有不少企業布局超高壓充電樁業務,目前從終端來看,技術上不存在太大的問題,關鍵在于如何與車端匹配,做好安全性的保障。”

直流充電必須考慮到電網的配合,對電網負荷可能造成較大壓力。仝宗旗認為:“按照規劃,到2025年全國新能源汽車保有量達到2000萬~2500萬輛的時候,假設10%的車輛在同一時段進行快充,對電網的要求會非常之高。”

在穆曉鵬看來,對此不必過多擔憂:“大量車輛同時進行大功率快充必然對電網造成非常大的壓力,但未來占比最大的私家車會優先選擇夜間在住宅和白天在工作場所等駐地站點充電,只有運營車輛和有應急需求的私家車才會選擇大功率快充。所以我們預測,未來80%的充電需求是慢充,僅20%是快充;在駐地站點則可通過有序充電進行統一管理,減少無序充電對電網的沖擊;在快充站也可以增加一定的儲能,減少瞬間大功率充電對電網的影響。”

據了解,除特來電,國內主流充電企業,優優綠能、華為、英飛源、永聯等陸續發布了充電范圍至1000V的充電模塊。今年4月,華為面向新能源汽車領域推出了HUAWEI Hi Charger直流快充模塊,希望解決充電行業運營成本高、設備生命周期短的痛點。此外,電池企業也加入快充樁布局,今年3月寧德時代與福建百城新能源合資成立新公司上??觳沸履茉?,主營充電樁快充服務。

♦ 快充未來發展還要由市場決定

雖然行業對超級快充時代的到來做了較為充分準備,從動力電池到充電基礎設施幾乎完備,但不少行業專家仍對此持審慎態度。仝宗旗表示:“考慮到快充模式的使用場景一般多為運營車輛,私家車緊急補電可能僅占小部分,實際上用戶對快充的需求并不大??斐湓谖磥砗荛L一段時間可能僅作為充電應用場景的一個小分支,而不是主流趨勢。”

平臺電壓的提高是技術趨勢的進步,充電技術一旦到達更先進的水平,勢必不會再倒退,這是不可逆的進程。但是,電壓的升高并不會無限地繼續。穆曉鵬稱:“當充電功率足夠大,充電基本與加油一樣方便時,車主對充電功率的焦慮會慢慢消除,電壓平臺發展也會達到一個相對平衡的狀態。這個時候為了減少絕緣成本、保障安全性能,就不會再一味抬高電壓。”

仝宗旗提出:“對于新能源汽車來說,600km的續駛里程在我國二、三、四線城市,可能一周充一次電就足夠,不需要頻繁充電,對快充的使用頻率也不高。能量密度太高,反而容易導致電池的安全性存在更多挑戰。”

前瞻技術的出現是車企與零部件供應商對市場發展的嘗試,也不乏高端車型以此作為賣點博取消費者的關注,但隨著補貼逐漸退坡,車企和零部件供應商需將更多關注投入現有產品性能的提升,比如電池的穩定性、安全性等,而不是一味追求越來越高的續駛里程和應用市場有限的前瞻技術。

當然,企業需要不斷追求技術進步,以保證產品的演進、升級,但待補貼完全退坡后,新能源汽車產業發展將趨于市場主導,屆時技術的未來還是要看消費者是否愿意為其買單。(張雅慧)

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