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        資訊動態

        新能源汽車快充行業深度報告:電動汽車2.0時代必爭之地

        文字:[大][中][小] 2022-7-6    瀏覽次數:14    

        新能源汽車市場表現強勁。目前新能源汽車增速加速明顯,根據中汽協數據,我國在 2016~2021 年新能源汽車銷量年復合增速高達 47.34%。其中 2021 年全國新能源汽車 銷量為 352.1 萬輛,同比增長 157%,連續 7 年全球第一,新能源汽車總體汽車銷量占 比為 13.4%。

         

        電動化加速落地:催生龐大充電需求。目前國際知名車企都明確提出自身電動化戰略規劃,例如大眾計劃 2022 年之前推出 15 MEB 新能源車型;2025 年之前推出 15 PPE 新能源車型,新能源車銷量達 100 萬輛,占公司總銷售量 20%-25%;2028 年前推出 70 款純電動車型,電動車產量達 2200 萬輛。全球電動化趨勢明顯,勢必催生龐大的充電需 求。

         

        充電問題成為消費者痛點。充電速度始終是貫穿電動車使用過程,目前電動車在全球的 快速滲透擴張則進一步放大了充電速度對于車主行車效率和用戶體驗的影響。華為曾表示目前新能源汽車市場已經由政策驅動轉化為政策+市場雙輪驅動,對于目前的消費者而言,存在的主要痛點為:充電、續航和安全。其中充電問題在很大程度上將影響消費者購買欲望。

         

        心理錨定:傳統燃油車的能量補充十分快速,一般場景下,燃油車從進入加油站加油到 駛出加油站全程不超過 10 分鐘,且對于長距離行駛來說,加油站數量眾多,遍布于每一 個高速公路驛站。而以 400KMH 傳統電動車為例,電動車的充電速度普遍在 30 分鐘朝 上,且充電樁的數量緊張延長了充電的前置等待時間。目前的充電技術相比于燃油車的 加油方式毫無優勢。10 分鐘的燃油車心理錨定時間始終是廣大客戶衡量電動汽車充電速 度快慢的第一標準。

         

        超級充電標準孕育而出。C 的定義:通常,我們將電池的充放電倍率用 C 來表示。對于 放電,4C 放電表示電池 4 個小時完全放電時的電流強度。對于充電,4C 表示在給定的 電流強度下,充滿電池 400%的電量需要 1 個小時,也即在給定的電流強度下 15 分鐘電 池能夠完全充電。4C 是什么:4C 并非全新指標,而是在傳統的充放電指標如 1C、2C 基礎上的延伸,是 電池充放電性能提升的體現,并且可以看出 C 的級數越高,電池充放電性能提升的邊際 效果越弱。當電池的充電倍率超過 4C,其技術難度的提升以及電池承受的電流壓力更大, 但是技術提升所帶來的正向效應變小。因此我們認為,4C 是目前兼具性能提升和電池技 術承受能力的最優解。

         

        動力電池充電倍率的迭代進程:在早期,受限于當時的科技水平,無論是充電技術還是電 池工藝都不允許電池以較高的倍率進行充電,對于剛剛實現充電跨越的鉛酸電池,其充 電倍率僅為 0.1C,充電倍率的提高會對電池壽命產生較大影響。而隨著鋰電池技術的不 斷突破搭配 BMS 的不斷進步,電池的充放電倍率得到了顯著的提升。

         

        最早的交流慢充方 案充電倍率為 0.5C 以下。隨著近幾年全球電動汽車的加速滲透,動力電池的充電技術得到大幅突破,從 1C 的電 動汽車迅速演進到 2C。2022 年,國內已有搭載 3C 電池的汽車進入市場。而在 2022 年 的 6 23 日,寧德時代發布新款麒麟電池,并表示 4C 充電預計將于明年到來。

         

        超級充電將成為充電技術升級必經之路。同新能源汽車一樣,手機對于充電速度的需求 也較強,在手機發展的過程中充電技術也在不斷提升:從 1983 年摩托羅拉 DynaTAC8000X 實現充電 10 小時通話 20 分鐘,到 2014 OPPO Find 7 宣傳充電 5 分 鐘通話兩小時,到現如今多機型可以在 15 分鐘內充滿 4500mAh 容量的電池。智能手機 的充電協議也從 2010 USC BC 1.2 5V 1.5A 提升至 2021 USB PD 3.1,最大電壓 可支持 48V。我們認為無論是智能手機還是新能源汽車,實現快速充電都將在很大程度 上提升產品使用體驗,同時也是技術升級的必經之路,未來電動車 4C 充電也將成為產 業趨勢。

         

        多企業布局超級充電

        目前已經有多家企業已經發布自身快充布局方案,并且自 2021 年起已經陸續有相關車 型發布:保時捷推出首款 800V 快充平臺電車;比亞迪 e 平臺 3.0 發布,對應概念車型 ocean-X;吉利極氪 001 搭載 800V 快充平臺。同時華為發布其 AI 閃充全棧高壓平臺, 預計到 2025 年將實現 5min 快充。

         

        華為:AI 閃充全棧高壓平臺將實現 5min 快充

        “大電流”與“大電壓”路徑并存,后者成本更優。為了達到更高的充電功率以達到快 充的目的,加大電流或者電壓是必須的,目前市面上采用更“大電壓”技術路徑的公司 多于“大電流”。華為表示:當使用“大電壓”技術路徑時,整車 BMS、電池模組成本與 “大電流”路徑持平,但是由于不需要考慮大電流影響, 其高壓線束以及熱管理系統成 本要相對較低。

         

        800V 或將成為主流。在如今主流車型依舊為 200V~400V 電壓架構,為了達到更高功率 以滿足快充需求,電流將會面臨翻倍的可能,這將會給整車散熱以及性能帶來影響。如 今包括 SiC 等功率器件,高壓連接器,高壓充電槍等管徑部件已經發展成熟,選用更高 的電壓的同時保證電流處于相對安全的范圍是一個較好的選擇。

         

        特斯拉:V4 充電功率有望達到 350kW

        2012 年起,Tesla 便著手超充布局。第一代充電樁V1 功率為 90kW;V2提升至120kW, 自 V3 充電樁起,Tesla 采用液冷技術,運用全新的架構使得電池能夠承受更大功率的充 電,充電峰值達到 250kW,在峰值情況下充電可以達到 15 分鐘為車輛補充 250km 的續 航里程,V3 對于 Model 3 車型來說僅需 40min 便可將 SOC 8%充至 90%,相較于 V2 縮短 20min。

        V4 或將面世,功率有望達到 350kW,峰值電流 900A。Tesla 在近期法說會問答環節 中,其汽車業務負責人 Jerome Guillen 曾公開表示在著手開發 350kW 超充充電樁,預計 將試配于 Plaid Cybertruck 等車型中。

         

         

        比亞迪:e 平臺 3.0 充電 5 分鐘續航 150km

        比亞迪自 2003 年進入新能源領域,在純電車領域實現三次平臺迭代,其中第一代 e 平 臺發布于 2010 年,實現了三電關鍵技術的平臺化,在高壓架構、大功率電機、驅動電機 控制器等關鍵部件中實現突破;2016 年比亞迪發布 e 平臺 2.0,首次剔除“33111”概 念:以高度集成化為目的,開發標準化、輕量化、小型化、可組合的模塊產品。并實現 了整車的減重以及布局優化。

         

        2021 年比亞比發布全新概念車型 ecean-X,同時推出其搭載的 e 平臺 3.0,其采用八合 一電驅動總成,將電機、減速器、DC-DC、BMS 等部件向結合,全車 EE 架構由分散式升 級為集中式,e 平臺 3.0 將采用全新一代 SiC 模塊,整車電控功率密度提升 30%,最大 支持電流、電壓分別為 840A、1200V。比亞迪 e 平臺 3.0 同時搭載 800V 超充平臺,達到充電 5 分鐘續航 150km 的快充標準。

         

        保時捷:800V 平臺 Taycan

        保時捷 Taycan 采用完整 800V 電池架構,能夠滿足 400V 直流快充和 800V 直流快充, 5 分鐘能夠實現 SOC 80%的充電。在設計中,保時捷 Taycan 采用大眾集團 J1 電平臺改 款,由于保時捷 Taycan 在設計之初市面上普遍電壓為 400V 平臺,Taycan 使用了升壓器 將 400V 平臺提升至 800V,使得其內部 DC-DC 結構較為復雜,同時使得其在 800V 相關 配套設施并不完善的時期實現了 800V 快速充電。

         

        目前 Taycan 的充電方案可以適用于家用充電或者外部充電,在充電功率方面第一階段 可以提供大約 250kW 功率,后續將提升至 320kW,在實現快充的同時也能夠通過內部 的升壓器來實現 400V 50kW 的普通充電。

         

        800V Macan 車型即將面世。根據保時捷公開消息,新款 Macan 將于 2023 年發布,新 車將搭載 800V 快充平臺,與 Taycan 不同,新款 Macan 將使用大眾集團 PPE 純電平臺, 其將作為從零打造的純電平臺,充電功率或將達到 270kW。

         

        吉利:極氪 001 支持 360kW 快充

        2021 年底,吉利發布基于 SEA 架構的極氪 001,售價基于 28.1~36.0 萬,根據電機續 航里程的不同分為“WE”、“YOU”和長續航版“YOU”,其中“WE”電池容量為 86kWh, 其余兩款電池容量為 100 kWh。極氪 001 由于搭載 800V 高壓充電平臺,支持理論 360kW 超級充電,根據新出行實測數據,在 400V 平臺下,極氪 001 能夠實現 28min SOC 20%充至 80%。

         

        同時為了適配極氪 001,吉利著手已經布局全景式充電:家庭 7kW 充電樁、商區 20kW 輕沖、道路樞紐 120kW 超充以及“即充即走”360kW 快充,支配不同應用場景滿足多 樣化需求,其中“即充即走”超充充電樁由于采用液冷散熱外部線纜外徑小于 25mm, 同時支持無感支付等功能,極氪預計將在 2023 年底全國范圍內建設 2200 個不同規格等 級的充電樁。

         

        多品牌布局超級充電樁

        2022 年隨著越來越多的 800V 平臺電車進入大眾視野,相對應的充電樁部署也在井然有 序進行。

         

        大眾:純電車布局清晰,超充站建設積極。大眾集團目前純電汽車布局清晰,旗下純電 平臺:J1、MEB、PPE 對應包括大眾 ID、奧迪、保時捷等多品牌車型,根據大眾公布的 充電樁戰略規劃,目前 MEB 平臺年產量可達 60 萬輛,預計到 2025 年將會有 15 款左右 的 MEB 平臺車型面世。

         

        充電樁領域,大眾在 2019 年在國內成立 CAMS 合資公司,提供充電解決方案,截止 2021 年初已經在北京、成都等地布局近 40 個超級充電站(功率在 120~180kW 左右)、255 做充電站和 1800 個充電樁。截止 2021 年初,大眾集團在德國已經布局 1200 余個公共 充電樁,2022 年規劃在歐洲地區新建 750 個充電樁,其中包含 300kW 快充樁。

         

        小鵬:充電業務布局超前。早在 2018 年小鵬就已經有第一批超充站投入運營,同時小 鵬充電業務采取合作模式,可接入多個第三方,同時小鵬在 2019 年底在充電領域與未 來 nio power 達成合作。根據小鵬官網顯示,截止 2022 3 月底,小鵬自營超充站上線 757 座,覆蓋全國所有地級行政區。

         

        蔚來:180kW 250A 快充。蔚來在超充領域沒有停滯,根據蔚來官網,截止 2022 6 月蔚來全國范圍內布局超充站超過 862 個,其擁有最大功率為 180kW,能夠在半小時 內由 20%充電至 80%。

         

        800V 高壓架構或成下一代主流平臺

        核心在于電壓的升級

        快充的核心在于提高整車充電功率,提高充電功率主要兩種方式,加大充電電流或者提 高充電電壓。目前大多數純電動汽車的牽引逆變器都使用 600V IGBT 模塊,因此將電 池組電壓限制在 400V 左右的峰值,如果充電電壓保持在 400 V,提高電流會導致充電電 纜笨重、傳導熱損失平方級別增長,連接器、電纜、電池的電連接、母線排等的電阻都 會發熱。將母線電壓提高到 800 V,可以使同一根電纜的充電功率增加一倍,要達到 350 400kW 的超高充電功率,800V 高壓平臺應運而生。

        對比采用 400V 總線的特斯拉 Model 3 和采用 800V 總線設計的保時捷 Taycan。Model3 Taycan 將充電 SOC 5%-80%分別需要 26 分鐘和 22.5 分鐘。Model 3 的母線電壓 較低,通過使用非常高的超過 600A 的最大充電電流實現了 250kw 的最大充電功率。保 時捷 Taycan 采用 800V 的電池組,通過傳統的直流快速充電器和插頭提供最大充電電流 為 340A,峰值充電功率 270kW。Taycan 獲得的充電功率比 Model 3 略高,在 800 V 總 線和 500 A 充電電流的情況下,可以達到 400 kW 的功率。

         

        800V 高壓架構或成為下一代電動車主流平臺。800V 高壓系統通常指整車高壓電氣系統 電壓范圍達到 550-930V 的系統,統稱 800V 系統。800V 高壓系統以低成本和高效率系 統獲得眾多集團和品牌青睞,海外現代起亞、大眾集團、奔馳、寶馬等,國內比亞迪、 吉利、極狐、現代、廣汽、小鵬等均重點布局 800V 高壓平臺。800V 高壓架構有望成為 下一代電動汽車的主流整車電壓平臺。

         

        根據聯合電子,目前常見的有 5 800V 高壓系統架構:

        方案一:車載部件全部 800V,電驅升壓兼容 400V 直流樁方案。典型特征為:直流 快充、交流慢充、電驅動、動力電池、高壓部件均為 800V;通過電驅動系統升壓, 兼容 400V 直流充電樁。這種方案整車能耗低,無安全風險,所有部件要求 800V 也 都是供應商在研產品,易于推廣。

         

        方案二:車載部件全部 800V,新增 DCDC 兼容 400V 直流樁方案。典型特征為:直 流快充、交流慢充、電驅動、動力電池、高壓部件均為 800V;通過新增 400V-800V DCDC 升壓,兼容 400V 直流充電樁。這種方案整車能耗低,無安全風險,但系統新 增成本較高,不過仍然由于 800V 部件多家廠商在研,較易推廣。

         

        方案三:車載部件全部 800V,動力電池靈活輸出 400V 800V,兼容 400V 直流樁 方案。典型特征為:直流快充、交流慢充、電驅動、動力電池、高壓部件均為 800V;2 400V 動力電池串并聯,通過繼電器切換靈活輸出 400V 800V,兼容 400V 直 流充電樁。這種方案由于動力電池需要特殊設計,以避免電池并聯環流潛在問題, 因此推廣難度較大。

         

        方案四:車載部件全部 800V,動力電池靈活輸出 400V 800V,兼容 400V 直流樁 方案。典型特征為:直流快充、交流慢充、電驅動、動力電池、高壓部件均為 800V;2 400V 動力電池串并聯,通過繼電器切換靈活輸出 400V 800V,兼容 400V 直 流充電樁。這種方案整車能耗高,優點在于只需要增加一個 DCDC,但這個 400V/800V DCDC 對安全要求高,推廣不易。

         

        方案五:僅直流快充相關部件為 800V,其余部件維持 400V,動力電池靈活輸出 400V 800V 方案。典型特征為:僅直流快充為 800V;交流慢充、電驅動、負載均為 400V;2 400V 動力電池串并聯,通過繼電器切換靈活輸出 400V 800V,兼容 400V 800V 直流充電樁。這一方案雖然系統新增成本低,整車布置改造難度適中,但是在 能耗、電池特殊改動和設計方面均處于劣勢。

         

        綜合考慮性能、系統成本及整車改造工程量,方案一“車載部件全部 800V,電驅升壓 兼容 400V 直流樁方案”預計是短期內快速推廣的解決方案。

        (報告來源:未來智庫)

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