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新能源汽车快充行业专题报告

来源: | 作者: | 发布时间: 2023-12-13 | 278 次浏览 | 🔊 点击朗读正文 ❚❚ | 分享到:

  01 充电问题仍是核心痛点,快充技术有望迎来机遇

  充电问题是新能源车核心痛点,快充桩建设有望缓解补能焦虑

  充电不便、充电慢仍是新能源汽车痛点,加快快充桩建设逐步成为共识。 随着国家购车补贴政策的逐步退出,新能源汽车发展由政策驱动逐步向市场驱动转变,用户对新能源汽车功能、性价比等要求也在不断 提升。未来如何解决用户购用车过程中遇到的问题,进而提升新能源汽车的用车体验,成为下一阶段新能源汽车的重要发展方向。

  据《中国高压快充产业发展报告(2023-2025)》,影响电动汽车购买的因素涵盖充电、电池寿命、安全性等多个方面,其中充电问题 是影响用户选择电动汽车的核心障碍。当前电动汽车平均充电时长普遍在1小时及以上,且匹配快充需求的直流充电桩数量不足,无法 满足用户快速补能需求。因此,加大充电桩规模建设并提升快充桩比例正逐步成为业界共识。

  快充主流路线为高电压,国内外车企积极布局

  高电压快充路线成为主流 。据《纯电动汽车高电压快充平台技术趋势》,充电速度的提升意味着充电功率的提升,充电功率则由充电电压乘以充电电流决定 (P=UI);目前,行业内大多采用高电压路线以实现车端快速补能。 据联合电子公众号,目前主流新能源整车高压电气系统电压范围一般为230V-450V,统称为400V系统;快充应用下,整车高压电气系统 电压范围提升到550-930V,可统称为800V系统。继2019年保时捷推出了全球首款搭载800V高压平台的量产车型Taycan后,包括比亚迪、 小鹏、理想、现代、奥迪、奔驰、大众等国内外知名车企均已推出或即将推出搭载高压平台的车型。

  政策与技术标准陆续出台,推动快充发展持续完善

  “快充为主、慢充为辅”政策引领,技术标准持续完善。 政策层面,2021年11月,国家发改委发布《新能源汽车产业发展规划(2021—2035年)》,规划提出“加快形成适度超前、快充为主、 慢充为辅的高速公路和城乡公共充电网络”。此外,北京、重庆等地也陆续出台有关快充桩以及大功率充电桩的相关政策。 技术标准层面,相关部门积极推进充电标准的制定,以此适应新能源汽车高压化、大功率充电等发展需求,进一步提升充电连接装置产 品的适用性和规范性。

  02 快充技术引领电池变革,材料体系有望持续完善

  高压架构带动零件升级,电池成本增量最为显著

  高压架构推动多系统升级,电池占成本增量比例过半。 由于现有技术大多采用高压快充路线,因此这里着重探讨高压架构会给整车各系统带来的变动。目前,电动汽车的整体架构主要包括 三电系统(电池、电机、电控)、小三电系统(OBC、DC-DC变换器、PDU)等。其中,电机、电控以及减速器等部件也可合并称 为电驱系统,OBC(车载充电机)和DC-DC转换器也可统称为车载电源。 电压平台升级将带来系统终端价值量提升。电动汽车高压架构的应用下,电池、电机电控、OBC、DC-DC转换器等多个部件也随之 更新升级。据《中国高压快充产业发展报告(2023-2025)》,以较为成熟的2C和采用150kW前驱动系统为例,若将450V电压平台更换 为950V电压平台,单车零件成本合计增加约6500元;其中,电芯单车成本增加3500元,占成本增量比例过半;电机电控/OBC+DCDC 成本分别增加2000/800元,和电芯一起构成高压平台升级的主要成本增量来源。

  电池快充技术持续提升,可体现为倍率性能优异

  快充性能涉及充电速度和电池容量保持等多方面。 就电池层面而言,快充的实现通常与高电流密度下的倍率性能有关。据格瑞普电池官网,倍率可表示为C值,用公式可表示为充放电电 流/电池额定容量,即倍率的提升可以通过提升充放电电流或降低电池额定容量实现;倍率的提升同时也代表着电池充放电速度提升,例 如以0.2C倍率放电需5小时放电完毕,而以1C倍率放电仅需1小时即可放电完毕,充电亦如此。据《Fast Charging of Lithium-Ion Batteries: A Review of Materials Aspects》,USABC(美国先进电池联盟)将快充目标设定在15分钟内将电池充至80%的荷电状态(SOC)。此外, 据北交新源公众号,良好的倍率性能不仅代表着高倍率下的电池保持高能量传输速度,同时也需要保证不会损失过多能量或发生过热。

  快充核心在于锂离子传输,负极和电解液等材料升级有望改善

  锂离子传输是影响快充核心,重点聚焦负极和电解液等材料。据 《锂离子电池快速充电研究进展》: 锂电池也被称为“摇椅”式电池,锂离子传输是影响充电 过程的重要因素。在充电过程中,锂离子的路径大致为: 从正极材料中脱出,通过正极/电解质界面(CEI)进入电 解液,并以溶剂化的形式移动至负极,在去溶剂化后穿过 负极表面的固体/电解质界面(SEI)嵌入负极层状结构中并 与电子结合。 对于电极材料而言,材料内部离子传输通道及材料颗粒的 形态、形状和取向等是影响锂离子的扩散的重要因素,其 中负极相较正极受影响更大。对于电解液而言,由于传统 的电解液在氧化还原稳定性上具备劣势,快充会使其不断 分解并形成EEI层,导致锂离子呈现较慢的传输动力学;同 时,传统电解液的溶剂化结构去溶剂化势垒较高,对锂离 子的扩散形成阻碍。 因此,如何显著提升锂离子在负极、电解液等材料中的扩 散动力学成为当下研究的重点。