高压快充的放量元年!

发布时间: 2024-01-16 13:45:34 |   作者: 安博体育官网入口下载

产品详情

  近期关于据长城证券研报,电压平台由350V逐步向450V、750V演进,实现充电倍率1C-2C。随着耐高压、低损耗、高功率密度的SiC功率器件的逐步深入应用,950V左右的电压平台逐步被车企提上日程,并将成为未来3-5年的重要趋势。

  有关部门已将1000V纳入乘用车大功率快充充电接口标准中,以适应未来“千伏”高压平台的落地。为适应未来大功率高压快充发展的新趋势,主流车企及充电运营商慢慢的开始布局大功率快充桩。

  新能源汽车动力电池主要是通过充电和换电两种方式实现补能。按照不同充电技术分类,充电桩可分为直流桩和交流桩。交流充电桩,俗称“慢充”,一般是小电流、桩体较小、安装灵活,充电速度较慢,由于技术成熟,成本较低,一般集中在居民小区。直流充电桩,俗称“快充”,一般是大电流,桩体较大,能够给大家提供足够功率,短时间之内充电量更大,实现快充要求,因此多集中在对充电效率要求比较高的场所,比如高速公路服务区、集中型充电站等地。

  充电时间由电压和电流共同决定。对于充电桩而言,充电时间=电池容量/充电功率,由于增大电池容量提高电动车的续航能力,这是发展的必然趋势,因而想要缩短充电时间,大功率充电是最佳解决方案之一。又因功率=电压×电流,想要缩短充电时间,能够最终靠增大电流和提高电压的方法来增大充电功率。

  快充可大致分为高电压快充和大电流快充,高压快充更受桩企和车企的偏爱。大电流快充对散热性的要求比较高,高电压快充则能提高安全性和能量转换效率,因而高压快充获得了大部分桩企和车企的青睐。

  新能源汽车需求的爆发式增长:在各国政策的全力支持下,下游车企加大新能源业务发展力度,推动优质新能源车型投放、续航里程提升、智能驾驶体验优化和配套设施加强完善,消费需求明显提升。2022年新能源汽车销量为688.7万辆,23年上半年新能源汽车保有量达1620万辆,同比增长近53%。

  电动汽车以纯电为主:2023年上半年,新能源汽车销量为374.7万辆,同比增长44.1%,其中纯电新能源汽车实现271.9万辆的销量,占比72.56%;插电式混合动力售出102.5万辆,占比27.36%。

  新能源汽车整车消费的关键指标:续航里程、补能时效性、价格波动。电流提高受制于 250A 的国际标准(若车企自建充电桩,则不受此限制),400V电压下充电功率不超 100kW;业界一般认为500A是车规级线kW左右的充电功率会成为很多车辆设计的极限;而800V高压系统能将极限突破到400kW。

  为匹配用户快充需求,车企正加快发展大功率高压快充,充电时间向10分钟以内迈进。2021年以来,国内外车企掀起了一轮800V电压平台车型发布潮,广汽埃安、比亚迪e3.0、小鹏G9的800V高压车型充电仅需5min,此外北汽极狐、东风岚图、长安C385、吉利极氪001等高电压平台车型均已经实现上市销售。

  高电压路线V高压系统的充电功率及驱动功率能提高100%;2、同等功率的情况下,800V电压平台能够更好的降低50%的电流,从而显著减少整车线束等零部件重量及成本和提升驱动效率。在充电功率相同的情况下,高压架构电池系统散热更少,热管理难度更低,线束直径更小,成本更低。800V级高电压方案的实现,将会使充电功率突破400kW,预计会实现充电5min,续航200-300km。

  自2019年保时捷Taycan搭载800V电压平台,为了兼容当时400V充电桩,额外加装一台直流OBC,将400V充电桩的电升到800V再给电池充电;当时仅有400V空调压缩机,也额外配备了一个转换器。随着搭载800V快充技术的小鹏G6、小鹏G9、阿维塔11上市,国内比亚迪、吉利、长城、零跑等一众车企相继发布800V技术的布局规划,宁德时代麒麟电池4C快充技术的推广应用,800V高压新能源车迎来在中国市场的元年。

  高压电气系统正逐渐向着集成化、模块化发展,逐渐衍生出了电动汽车 “ 三大件 ” : 电池系统、动力总成、高压电控。

  电池系统、电动力总成系统(包括电驱动、电力电子、充电系统等)采用800V+高压。架构简单,工程实现最难。满足乘用车电动力总成的800V+器件供应极少。

  包括400V的高压母线、DC/DC、变频器、空调压缩机、车载充电机、电池系统等。两个电池系统,充电时串联800V,放电时并联400V,但控制策略复杂。

  400V的电池系统、高压母线、DC/DC、变频器、800V转400V的高压DC/DC变换器等。开发难度小,但对于电池系统,其充电电流会达到惊人1000A。

  与方案三类似,不同之处在于配备800V转400V的高压DC/DC变换器。避免了方案三对电池系统电气的要求,电池系统的最大电流得到限制。

  高电压平台车型加速渗透。根据国内主要车企发布的800V及以上高压快充车型规划,2022年逐步量产,预计2023年满足3C以上高端高电压平台车型将密集上市,2025年主流车型将均会支持高压快充,到2026年,800V及以上高电压平台车型销量预计可达580万辆,占国内电动汽车比例达50%。2025年快充类动力电池需求量约为350GWh,占国内动力电池装机量的59%,快充类动力电池加速渗透。

  高倍率动力电池对技术提出更高标准。由于车规级动力电池的特殊性,电池的体积较大,散热条件较差,对于如何保证电池的安全性提成更高的要求。另外动力电池对于循环寿命的要求要远高于消费电池,这也加大了高倍率型动力电池实现的难度。

  碳包覆、硅碳负极、二次造粒是负极改性的三种主要方式。负极是快充的核心环节,目前电池多采用石墨负极,直接用于快充会存在扩散系数较低、析锂效应等问题。

  碳包覆:碳包覆材料成本占负极成本3%,占整个电池包成本小于0.3%。因此碳包覆材料特点是“低成本敏感+高性能相关”,即增加很低的成本就可以对性能提升很大;用量上,1C碳包覆比例约1%,1.5~2C碳包覆需求达5%,4C充电碳包覆需求可以超过10%,快充电池碳包覆用量提升超过一倍。

  硅碳负极:硅的电压平台比石墨高,充电时析锂的可能性不高,高压快充时在安全性能上,硅碳负极与石墨相比优势较大。但硅的导电性较差,同时体积线胀系数较大,同样材料需要改性:(1)表面碳包覆,有机改性;(2)使用多孔硅碳合金负极,获得含有大量羟基的复合材料,通过羟基与碳酸酯的相容性促进锂离子的去溶剂化,实现高压快充。硅的纳米化处理:硅纳米化,可通过所有的硅,并预留膨胀空间,利于锂和硅化合物的形成,有效改善循环性能。此外,还可以对纳米硅进行补锂处理,解决硅碳负极电池首次充电效率低、以及电池循环寿命短的问题。但是,成本比较高,工艺制程复杂,制备难度较大。

  二次造粒工艺:二次造粒有利于提高负极材料性能。二次造粒工艺是将骨料粉碎获得小颗粒基材后,使用沥青作为黏结剂,根据目标粒径的大小,在反应釜内进行二次造粒,经过后续石墨化等工艺,获得成品二次造粒负极材料。二次造粒目的:石墨二次造粒是一种对粗石墨进行进一步精细划分、增加表面积的工艺,其中一次造粒减小负极颗粒体积,二次造粒重新结成大颗粒。通过二次造粒,可以让原有的石墨颗粒更加均匀分布,增加其表面积和活性,增加了Li+的传输路径,进而提升倍率性。

  (特别说明:文章中的数据和资料来自于公司财报、券商研报、行业报告、企业官网、等公开资料,本报告力求内容、观点客观公正,但不保证其准确性、完整性、及时性等。文章中的信息或观点不构成任何投资建议,投资人须对任何自主决定的投资行为负责,本人不对因使用本文内容所引发的直接或间接损失负任何责任。)

新闻资讯