充电焦虑？15分钟完成充电的大功率充电了解一下

不久前，外媒报道起亚将推出800V电池充电系统，而搭载该系统的车型是起亚今年1月宣布将于2021年上市的跨界车，脱胎于起亚首款纯电动平台。起亚表示，这款车型的续航里程将达到约300英里(约482公里)。在800V电池充电系统下，最快15分钟即可完成充电。

图1:起亚概念车的想象截至目前，800V电动车电池架构的典型代表是保时捷的Taycan，这也是唯一搭载800V系统的量产车型。但这款车在国内的低配版起步价为88.8万元，高配版起步价为179.8万元，远远超出了大多数消费者的接受范围。高压充电平台的本质是大功率充电。对于保时捷Taycan这样的高溢价车型来说，800V充电系统等高成本配置所带来的高附加值对于品牌来说是可以相得益彰的。但是对于大多数普通消费者来说，真的有必要用高压大功率充电吗？近年来，大功率充电已经成为一种必需品。中国电动车平均续航里程可以说是在奔跑中前进。前几年满大街跑的都是续航里程150km左右的车型。到2018年北京车展，主流车型续航里程已经提升到400km。到2020年，500km续航已经成为大多数消费者购买电动车时考虑续航的入门值，续航最高的车型也已经超过700km。续航里程长的车，电池电量基本在60 ~ 60 ~ 100kwh之间，在充电效率不变的情况下，充电时间必然会变长。对于这些消费者来说，里程焦虑正在演变成充电焦虑。同时，作为电动汽车的主要消费群体，北上广深等大都市的大部分消费者都面临着停车位资源短缺的问题，这意味着对于这些消费者来说，公共充电的需求是刚需，有的甚至将其作为主要的充电方式。在9月5日举行的TEDA论坛2020上，蔚来汽车CEO李斌表示，加电比加油更方便，因为70%的用户可以在家充电。不管70%的数据来自哪里，是否准确，根据部的数据，截至2020年6月，我国新能源汽车保有量已达417万辆。即使用70%来计算，也有125万左右的消费者无法在家充电，与燃油车用户几乎没有“加油焦虑”相比，这不是一个可以忽略的数据。同时，随着电动汽车的进一步普及，国庆、春节等时间段必然会出现大量的集中充电需求。如何提高充电效率，避免拥堵成为关键。

图2:平均速度和充电功率，截图摘自《800伏充电的新可能性》。从上图可以看出，如果长途行驶时充电功率只有50kW，即使整个行驶的平均速度高达160km/h，加上充电时间后，整个行驶过程的平均速度也只有80km/h左右，效率极低。而如果是350kW大功率充电，同样情况下计入充电时间后，平均速度可以提升到140km/h左右。

图3:快充示例，截图自《800伏充电的新可能》图3更直观及时地向我们展示了大功率充电带来的用车体验提升。720km的距离，一辆加油车高速行驶，中间加油大概需要5.5个小时。对于一辆中间需要充电两次的电动汽车，如果充电效率为50Kw，全程需要8个小时，如果是350kW，时间会缩短到6个小时，与燃油车只有10%的时间差距。如果这是一辆只需要中途充一次电的高续航车，时间差距会更n……划船。因此，为了缓解大部分用户的充电焦虑，提升充电体验，满足特定场景的快速充电需求，发展大功率充电已经成为刚需。领先企业已经制定了满足这一需求的计划。在信奉“第一原则”的马斯克的带领下，特斯拉很早就开始布局自己的超级充电桩网络。去年3月，特斯拉V3超级充电桩在美国旧金山的一个停车场向用户开放。这是一种使用新架构的过充方式，可以支持峰值充电功率高达250kW。部分Model 3车型充电15分钟可续航250公里左右。

作为深受特斯拉影响的造车新势力，在充电领域也投入了足够的关注。2018年，Xpeng Motors在广州建成了首个超级充电站。但当时由于各种条件限制，充电桩的充电功率只有90kW，虽然理论上可以做到300kW。今年6月，Xpeng汽车副总裁刘明辉博士在接受媒体专访时表示，目前小鹏自建充电桩的最大充电功率可以达到180kW，同时正在研发适合未来的快充技术，大概可以达到300kW以上。对于蔚来来说，在去年的上海车展上，超级充电桩NIO Power Charger亮相。这个超级充电桩输出功率105kW，弥补了蔚来在高效低成本能量补给方面的不足。同时这项服务并不局限于蔚来车主，所以也增加了收入的渠道。虽然充电桩的输出功率相比普通的120kW快充电桩没有增加反而有所下降，但是当电池的SOC(荷电状态)低于60%时，几乎可以跑到90kW，充电电流接近国标中250A的峰值，可以比普通快充电桩提高10分钟左右的充电时间。

BAIC新能源等传统车企也在大功率充电方面做了技术储备。据第一电动网了解，早在2018年初，BAIC新能源就建立了高压大功率DC充电技术开发项目，旨在为高压大电流工作的高压系统储备技术和资源。一旦市场需求大规模爆发，可以快速更换目标车型现有的高压系统，通过更换车型实现快速充电能力。据悉，该项目分为两个阶段。2018年底完成第一阶段，实现充电功能开发、高压平台组件开发等目标任务。在国网充电桩上实现了最大充电电流266A(3.2C)、最大充电功率175kW的充电容量验证。第二阶段，BAIC新能源的目标是实现最大充电电流412A -516A，最大充电功率265 -340kW的快速充电能力。这两个阶段，系统电压平台接近600V V，据了解，项目二期将于下月验收。困境依然存在。然而，尽管市场急需，各相关企业也在进行相应的研发，但大功率充电在普及过程中仍面临各种困难。首先是通信协议。当蔚来推出105kw超级充电站时，有消费者疑惑，在公共充电桩基本可以做到120kW最大输出功率的情况下，蔚来为什么要把最大输出功率限制在105kW？究其原因，如前所述，国家标准规定DC充电最大输出电流不能超过250A，而大部分电动车的最大充电电压只能达到410V，也就是说无论充电桩的峰值充电功率有多高，大部分电动车只能得到不高于102.5kW(410V*250A)的峰值充电功率。特斯拉之所以能实现大功率充电，是因为它在与车辆的通信协议中采用了自己的标准，不受国标限制。在上述BAIC新能源项目中，第二……阶段开发计划包括通信协议的补充和改进。

面对类似保时捷Taycan的800V高压系统的发展，电动汽车的重要核心部件动力电池成为关键。难点主要来自两个方面:一是化学系统快速充电的瓶颈。一位动力电池公司的高级工程师对第一电网表示，“常规的电池化学系统设计很难实现15-20分钟的超级快充。为了实现超快充电，需要对电池的主要材料(包括正极、电解液、负极、隔膜)进行全方位的优化。除了材料层面的优化，宏观结构设计优化(包括结构件的过流能力、高低压线束布局等。)也用于电池单元、模块和电池组的同步。这必然会带来更高的设计难度，在一定程度上增加整体成本。”第二，高充放电功率下的电池发热问题。工程师说，“电芯本身具有一定的内阻，在高充/放电功率下(即大电流的高速快速充电和反复脉冲放电)电流比较大，所以不仅电池组各结构部分的温度会迅速上升，电芯的温度也会明显上升。如果充放电过程中电池温度一直处于较高水平，对电池各方面性能都是不利的。这就要求整个电池组的水冷系统必须设计合理，水冷系统需要提供足够的冷却功率来降低电池充放电时的温升，保证电芯在舒适的环境下工作。”据了解，目前国内动力电池头部企业，包括当代安培科技有限公司，已经有了比较好的、成熟的解决方案。对于800V高压系统，已经能够支持15分钟快充，保证电池性能在使用过程中不会出现明显衰减。更快的充电速度正在同步开发中。在充电基础设备层面，据了解目前面临的困难并不大。“作为充电桩企业，目前没有太大难度，主要在高压连接器和高压模块。中国的供应链比较强，已经解决了。”智充科技CEO丁锐对第一电网表示，“高压充电技术主要体现在电池组的独特设计上。目前国内新建的私人充电桩都是200V-1000V宽电压充电桩，可以很好的满足这类电动车的充电需求。”大功率充电并不能替代原有的充电方式。便捷充电是电动汽车终端用户的核心诉求之一，也是制约电动汽车产业进一步快速发展的关键。有市场调查数据显示，未来在充电基础完善的前提下，从用户的角度来看，充电时间需要在10分钟以内，电动汽车的充电体验将有机会达到与传统燃油汽车相近的水平。“15分钟充90%是非常好的体验。我们去加油站加油，也会买水，发票等。这个时间平均10分钟左右。”丁锐也表达了类似的观点。但是，不同于燃油车在任何场景下都是在加油站充电，不同的使用场景对电动汽车有不同的相对优化的解决方案。大功率充电不是对现有充电方式的简单替代，而是一种有效的补充。

如果建设大规模的大功率充电站，在供电紧张时期容易出现过载问题，导致线路过热跳闸，导致大量负荷被切断。因此，大功率充电站需要布置在真正需要的地方，如高速公路服务区、出租和停车站，这样更有利于电网的合理布局和增强……电网系统的调峰能力。同时可以整合储能设备，减少对电网的短期影响。总的来说，大规模充电站的普及需要汽车厂商、动力电池企业、充电设施、电网的通力合作，才能最终给市场带来一个可以接受的成本解决方案。而这个解决方案将是电动汽车真正被消费者接受的关键一步。不久前，外媒报道起亚将推出800V电池充电系统，而搭载该系统的车型是起亚今年1月宣布将于2021年上市的跨界车，脱胎于起亚首款纯电动平台。起亚表示，这款车型的续航里程将达到约300英里(约482公里)。在800V电池充电系统下，最快15分钟即可完成充电。

图1:起亚概念车的想象截至目前，800V电动车电池架构的典型代表是保时捷的Taycan，这也是唯一搭载800V系统的量产车型。但这款车在国内的低配版起步价为88.8万元，高配版起步价为179.8万元，远远超出了大多数消费者的接受范围。高压充电平台的本质是大功率充电。对于保时捷Taycan这样的高溢价车型来说，800V充电系统等高成本配置所带来的高附加值对于品牌来说是可以相得益彰的。但是对于大多数普通消费者来说，真的有必要用高压大功率充电吗？近年来，大功率充电已经成为一种必需品。中国电动车平均续航里程可以说是在奔跑中前进。前几年满大街跑的都是续航里程150km左右的车型。到2018年北京车展，主流车型续航里程已经提升到400km。到2020年，500km续航已经成为大多数消费者购买电动车时考虑续航的入门值，续航最高的车型也已经超过700km。续航里程长的车，电池电量基本在60 ~ 60 ~ 100kwh之间，在充电效率不变的情况下，充电时间必然会变长。对于这些消费者来说，里程焦虑正在演变成充电焦虑。同时，作为电动汽车的主要消费群体，北上广深等大都市的大部分消费者都面临着停车位资源短缺的问题，这意味着对于这些消费者来说，公共充电的需求是刚需，有的甚至将其作为主要的充电方式。在9月5日举行的TEDA论坛2020上，蔚来汽车CEO李斌表示，加电比加油更方便，因为70%的用户可以在家充电。不管70%的数据来自哪里，是否准确，根据部的数据，截至2020年6月，我国新能源汽车保有量已达417万辆。即使用70%来计算，也有125万左右的消费者无法在家充电，与燃油车用户几乎没有“加油焦虑”相比，这不是一个可以忽略的数据。同时，随着电动汽车的进一步普及，国庆、春节等时间段必然会出现大量的集中充电需求。如何提高充电效率，避免拥堵成为关键。

图2:平均速度和充电功率，截图摘自《800伏充电的新可能性》。从上图可以看出，如果长途行驶时充电功率只有50kW，即使整个行驶的平均速度高达160km/h，加上充电时间后，整个行驶过程的平均速度也只有80km/h左右，效率极低。而如果是350kW大功率充电，同样情况下计入充电时间后，平均速度可以提升到140km/h左右。

图3:快速充电示例，截图来自“800伏充电的新可能性”图3向我们展示了高功率充电带来的汽车体验改善……r充电更直观及时。720km的距离，一辆加油车高速行驶，中间加油大概需要5.5个小时。对于一辆中间需要充电两次的电动汽车，如果充电效率为50Kw，全程需要8个小时，如果是350kW，时间会缩短到6个小时，与燃油车只有10%的时间差距。如果这是一辆只需要中途充一次电的高续航车，时间差距会进一步缩小。因此，为了缓解大部分用户的充电焦虑，提升充电体验，满足特定场景的快速充电需求，发展大功率充电已经成为刚需。领先企业已经制定了满足这一需求的计划。在信奉“第一原则”的马斯克的带领下，特斯拉很早就开始布局自己的超级充电桩网络。去年3月，特斯拉V3超级充电桩在美国旧金山的一个停车场向用户开放。这是一种使用新架构的过充方式，可以支持峰值充电功率高达250kW。部分Model 3车型充电15分钟可续航250公里左右。

作为深受特斯拉影响的造车新势力，在充电领域也投入了足够的关注。2018年，Xpeng Motors在广州建成了首个超级充电站。但当时由于各种条件限制，充电桩的充电功率只有90kW，虽然理论上可以做到300kW。今年6月，Xpeng汽车副总裁刘明辉博士在接受媒体专访时表示，目前小鹏自建充电桩的最大充电功率可以达到180kW，同时正在研发适合未来的快充技术，大概可以达到300kW以上。对于蔚来来说，在去年的上海车展上，超级充电桩NIO Power Charger亮相。这个超级充电桩输出功率105kW，弥补了蔚来在高效低成本能量补给方面的不足。同时这项服务并不局限于蔚来车主，所以也增加了收入的渠道。虽然充电桩的输出功率相比普通的120kW快充电桩没有增加反而有所下降，但是当电池的SOC(荷电状态)低于60%时，几乎可以跑到90kW，充电电流接近国标中250A的峰值，可以比普通快充电桩提高10分钟左右的充电时间。

BAIC新能源等传统车企也在大功率充电方面做了技术储备。据第一电动网了解，早在2018年初，BAIC新能源就建立了高压大功率DC充电技术开发项目，旨在为高压大电流工作的高压系统储备技术和资源。一旦市场需求大规模爆发，可以快速更换目标车型现有的高压系统，通过更换车型实现快速充电能力。据悉，该项目分为两个阶段。2018年底完成第一阶段，实现充电功能开发、高压平台组件开发等目标任务。在国网充电桩上实现了最大充电电流266A(3.2C)、最大充电功率175kW的充电容量验证。第二阶段，BAIC新能源的目标是实现最大充电电流412A -516A，最大充电功率265 -340kW的快速充电能力。这两个阶段，系统电压平台接近600V V，据了解，项目二期将于下月验收。困境依然存在。然而，尽管市场急需，各相关企业也在进行相应的研发，但大功率充电在普及过程中仍面临各种困难。首先是通信协议。当蔚来推出105kw超级充电站时，有消费者疑惑，在公共充电桩基本可以做到120kW最大输出功率的情况下，蔚来为什么要把最大输出功率限制在105kW？原因是如上所述，国家标准规定DC充电器的最大输出电流可以……超过250A，而大部分电动车的最大充电电压只能达到410V，也就是说无论充电桩的峰值充电功率有多高，大部分电动车只能得到不高于102.5kW(410V*250A)的峰值充电功率。特斯拉之所以能实现大功率充电，是因为它在与车辆的通信协议中采用了自己的标准，不受国标限制。在BAIC新能源的上述项目中，二期开发计划包括通信协议的补充和完善。

面对类似保时捷Taycan的800V高压系统的发展，电动汽车的重要核心部件动力电池成为关键。难点主要来自两个方面:一是化学系统快速充电的瓶颈。一位动力电池公司的高级工程师对第一电网表示，“常规的电池化学系统设计很难实现15-20分钟的超级快充。为了实现超快充电，需要对电池的主要材料(包括正极、电解液、负极、隔膜)进行全方位的优化。除了材料层面的优化，宏观结构设计优化(包括结构件的过流能力、高低压线束布局等。)也用于电池单元、模块和电池组的同步。这必然会带来更高的设计难度，在一定程度上增加整体成本。”第二，高充放电功率下的电池发热问题。工程师说，“电芯本身具有一定的内阻，在高充/放电功率下(即大电流的高速快速充电和反复脉冲放电)电流比较大，所以不仅电池组各结构部分的温度会迅速上升，电芯的温度也会明显上升。如果充放电过程中电池温度一直处于较高水平，对电池各方面性能都是不利的。这就要求整个电池组的水冷系统必须设计合理，水冷系统需要提供足够的冷却功率来降低电池充放电时的温升，保证电芯在舒适的环境下工作。”据了解，目前国内动力电池头部企业，包括当代安培科技有限公司，已经有了比较好的、成熟的解决方案。对于800V高压系统，已经能够支持15分钟快充，保证电池性能在使用过程中不会出现明显衰减。更快的充电速度正在同步开发中。在充电基础设备层面，据了解目前面临的困难并不大。“作为充电桩企业，目前没有太大难度，主要在高压连接器和高压模块。中国的供应链比较强，已经解决了。”智充科技CEO丁锐对第一电网表示，“高压充电技术主要体现在电池组的独特设计上。目前国内新建的私人充电桩都是200V-1000V宽电压充电桩，可以很好的满足这类电动车的充电需求。”大功率充电并不能替代原有的充电方式。便捷充电是电动汽车终端用户的核心诉求之一，也是制约电动汽车产业进一步快速发展的关键。有市场调查数据显示，未来在充电基础完善的前提下，从用户的角度来看，充电时间需要在10分钟以内，电动汽车的充电体验将有机会达到与传统燃油汽车相近的水平。“15分钟充90%是非常好的体验。我们去加油站加油，也会买水，发票等。这个时间平均10分钟左右。”丁锐也表达了类似的观点。但是，不同于燃油车在任何场景下都是在加油站充电，不同的使用场景对电动汽车有不同的相对优化的解决方案。大功率充电不是对现有充电方式的简单替代，而是一种有效的补充。

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如果建设大规模的大功率充电站，在供电紧张时期容易出现过载问题，导致线路过热跳闸，导致大量负荷被切断。因此，大功率充电站需要布局在真正需要的地方，如高速公路服务区、出租和停车场站等，更有利于电网的合理布局和电网系统调峰能力的增强。同时可以整合储能设备，减少对电网的短期影响。总的来说，大规模充电站的普及需要汽车厂商、动力电池企业、充电设施、电网的通力合作，才能最终给市场带来一个可以接受的成本解决方案。而这个解决方案将是电动汽车真正被消费者接受的关键一步。

标签：蔚来起亚特斯拉保时捷Taycan

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