800V平臺架構下快充電池賽跑

隨著全球電動化演進，主力電動車型續(xù)航普遍突破600km，消費者續(xù)航焦慮逐步化解的同時，但伴隨而來的是，需求側對充電便捷性的考量。能否像傳統(tǒng)車加油一樣實現(xiàn)快速充電，成為用戶端關注的新“痛點”。就技術角度而言，提升充電速度的路徑主要有提高電流和提高電壓兩種。其中，大電流易產(chǎn)生高熱量損失，其理論上限并不高（約為500A，可實現(xiàn)200w的充電功率）。因此，高電壓平臺架構成為解決充電困擾的重要途徑?？茖W院院士歐陽明高也在多個場合亦坦言，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(yè)需要推進電動汽車采用800V甚至更高的電壓平臺架構。實際上，800V高電壓平臺的最大價值，在于實現(xiàn)真正意義上的快充，通過提升充電效率、縮短單次補能時間，進而從根本層面徹底解決里程焦慮。市場端聞風而動，國內(nèi)外主機廠針對800V架構平臺下的快充電池軍備賽已經(jīng)吹響號角。自保時捷Taycan全球首次推出800V高電壓電氣架構以來，2021年，國內(nèi)外車企掀起一輪800V電壓平臺車型發(fā)布潮，以圖搶占大功率快充新高地。國際品牌，包括寶馬、通用、起亞、現(xiàn)代、戴姆勒、Lucid等啟動800V高壓平臺的研發(fā)與布局，部分已發(fā)布800V平臺架構或規(guī)劃。如起亞EV6全系車型支持400V和800V充電，電量從30%到80%僅14分鐘；現(xiàn)代IONIQ 5最新800V高電壓平臺支持高達350kW的超大功率充電。國內(nèi)品牌也大步跟進，包括比亞迪、廣汽埃安、華為、極氪、極星、小鵬、嵐圖、理想等國內(nèi)主機廠也相繼推出或計劃推出800V平臺。其中，廣汽埃安最新推出的超倍速電池技術充電電壓達到880V，充電功率支持480W；吉利極氪001采用800V高壓系統(tǒng)，支持最高360kW超級快充；東風高端品牌嵐圖宣布研發(fā)超高壓平臺的超級快充技術等。高工鋰電獲悉，400V向800V電壓架構邁進，快充高壓條件下車上，包括電池包、電驅動、PTC、空調等都需重新適配，同時充電槍、線、直流接觸器和熔絲等也要重新選型，這就對供應鏈環(huán)節(jié)提出了新的挑戰(zhàn)。電池端來看，動力電池快充性能的掣肘在于負極領域，一方面石墨材料的層狀結構，鋰離子只能從端面進入，導致離子傳輸路徑長；另一方面石墨電極電位低，高倍率快充下石墨電極極化大，電位容易降到0V以下產(chǎn)生析鋰。解決方案通常有兩種，一是石墨改性，采用表面包覆、混合無定型碳，無定型碳內(nèi)部為高度無序的碳層結構，可以實現(xiàn)Li+的快速嵌入；二是采用硅負極，其理論容量高（4200mAh/g，遠大于碳材料的372mAh/g），且嵌鋰電位高，析鋰風險小，能夠容忍更大的充電電流（Si:0.4V vs C:0.1V）。此外，800V平臺電池串聯(lián)數(shù)量較多，一旦電池間存在差異性，電池使用壽命將受到影響，因此對電芯生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品一致性要求極高。目前，包括寧德時代、蜂巢能源、孚能科技、比亞迪動力電池企業(yè)已相繼入局。蜂巢能源旗下短刀片電池全品類提供包括蜂速4C快充技術、面向未來的800V電池系統(tǒng)、適應800V高壓平臺的高效熱管理技術、冷蜂熱阻隔技術，其中L300主打2.2C～4C快充體系，適配800V高端車型。實現(xiàn)路徑上，蜂巢能源在負極領域研發(fā)原料種類及選擇技術、原料破碎整形技術、表面改性技術及造粒技術等多項技術。其中，表面改性技術采用液相包覆技術石墨表面包覆無定形碳，降低阻抗，提升鋰離子的通道，使其阻抗降低20%，而造粒技術能夠精確控制粒徑間的形貌、取向等造粒技術，滿電膨脹降低膨脹3-5%。孚能科技自主研發(fā)的800V超充超壓平臺技術可達2.7C，整包充電等效2.2C，這意味著SOC 10%-80%充電僅需15分鐘，預計2022年10月正式進入量產(chǎn)階段。而“老大哥”寧德時代也早已低調入局。其新快充技術能充分發(fā)揮自主研發(fā)的快充型電芯的快充性能，最快5分鐘充至80%電量。目前其超快充技術已經(jīng)涵蓋電子網(wǎng)、快離子環(huán)、各向同性石墨、超導電解液、高孔隙隔膜、多梯度極片、多極耳、陽極電位監(jiān)控等。其中，寧德時代導入各向同性技術，使得鋰離子可以從360度嵌入石墨通道中，實現(xiàn)充電速度的顯著提升；此外其通過對陽極電位的監(jiān)控，實時調整充電電流，確保電池在最大充電速度的過程中不會析鋰，從而能做到極限的充電速度。除此之外，越來越多的電池企業(yè)也在積極加快800V高電壓快充電池的研發(fā)及技術投入。除電池環(huán)節(jié)以來，包括電驅動、樁、功率器件升級供應鏈配套已經(jīng)初步形成。如華為、博格華納、采埃孚、匯川技術、已陸續(xù)發(fā)布800V電驅動系統(tǒng)；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(chǎn)能力；此外巴斯夫、永貴、中航光電、泰科等企業(yè)也具備批量化生產(chǎn) 800V 線纜及端子的能力。其中，華為推出的業(yè)內(nèi)首個AI閃充動力域全棧高壓解決方案，基于800V左右平臺架構，包含了高壓車載充電系統(tǒng)、高壓異步電驅動系統(tǒng)、高壓同步電驅動系統(tǒng)、高壓電池管理系統(tǒng)、直流快充模塊、三電云及高壓熱管理系統(tǒng)。值得一提的是，政策端也在為高電壓超快充的普及掃清最后一道屏障。目前被國際上廣泛接受的電動汽車直流充電技術，而無論是ChaojiCHAdemo或是CCS，均已樹立450kW以上的充電功率目標，這意味著要打破原有的電壓和電流的限制，為充電樁企業(yè)和車企指明了前行的方向。行業(yè)數(shù)據(jù)預測，未來2年是主機廠品牌向上的最佳時間窗口期，高端車型密集推出，軍備賽開啟。屆時，國內(nèi)市場高壓平臺車型自2021年逐步上市，到2023年密集增長，預計2025年高壓車型市場預計累計增長至超393萬輛?？梢灶A見的是，市場空間足夠大，但高電壓快充技術最終落地，單一企業(yè)孤軍奮戰(zhàn)不可能完成，不僅需要車、電池、樁三方聯(lián)動，也迫切需要整個產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同共進，共同構建電動車高壓架構生態(tài)，加速推動電動汽車向大功率快充時代邁進。