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做好這“樁”事,讓充電像加油一樣快

2024-12-05 09:07:01 科技日報   作者: 楊雪  

11月14日,隨著一輛粉色車身的嵐圖知音新能源汽車緩緩駛出生產線,大屏幕浮現出“10000000輛”等字樣。當天,2024年中國新能源汽車1000萬輛達成活動在湖北武漢舉行。

這是中國新能源汽車年產量首次突破1000萬輛,刷新了全球新能源車年產量新紀錄。中國汽車工業協會的數據顯示,今年8月,新能源汽車國內銷量首次超過燃油車,8—10月,國內市場新能源汽車占比連續三個月超過50%。

伴隨著我國新能源汽車一路高歌猛進,新能源汽車充電補能技術也按下了“快進鍵”。2024年,被譽為中國超充發展的元年。超充技術,最快可實現“充電一秒跑一公里”,有效緩解了長期困擾新能源汽車產業的“里程焦慮”。

“一杯咖啡,滿電出發”,超充元年已來,充電能和加油一樣快嗎?

“一杯咖啡,滿電出發”

“電量從13%到81.5%,充電只需12分鐘,充電效率是特斯拉Model Y的4倍。”嵐圖汽車首席執行官(CEO)盧放現身說法。今年,他駕駛最新款嵐圖知音,從武漢到杭州,跑了800多公里,全程高速,開著空調,只在服務區充了一次電。

“很多用戶對純電車心存顧慮,現在有了超充技術,就不需要為充電焦慮了。”盧放說。

新能源車充電技術經歷了幾次更新迭代。最初,新能源車充電電壓是220伏,車主在家接個插線板就可以直接給車充電。隨后,有了“慢充”,交流電充電樁不能直接給車充電,要通過車載充電機將交流電轉換成直流電后,才給車充電。由于車載充電機不能做太大,功率也不大,大概需要7個小時才能充滿電。后來的“快充”也叫直流快充。充電樁把電網的交流電轉化成直流電,輸送給電動汽車,可以在1個小時內給車充電至80%。相比慢充的220伏輸出電壓和7千瓦充電功率,快充輸出電壓和充電功率分別躍升至380伏和60千瓦。

超充,是更厲害的快充,使用功率更大的直流電,可在10分鐘內將電量由20%充至80%,相當于55度電或320公里的續航。根據業內定義,超充的單槍充電功率不小于350千瓦,最大輸出電壓不小于1000伏,持續充電電流不小于400安培。

普通的快充電車,在超充樁也可以充電。因為二者的接口標準是一樣的。只不過超充樁會自動識別,按快充的模式給快充車充電。

“超充樁所用技術,與快充樁頗為不同。”北京理工大學電動車輛國家工程研究中心專家寧述勇說,由于超充散熱要求更高,得采用液冷系統,包括散熱器、冷卻液、泵和管道網絡——在電纜和充電槍之間設置專門的液體循環通道,通道內加入冷卻液(乙二醇水溶液或油),高效帶走充電線纜上的熱量,讓更細的充電線可加載更大的電流。由于使用液冷技術,超充槍的線更細、更輕,力氣小的車主也能一手提起。

當然,液冷技術門檻也更高。“合格的冷卻液有一定的防腐蝕、除銹的作用。反之,如果冷卻液工藝不過關,則會造成液冷板腐蝕、堵塞,甚至損害水泵。”寧述勇說,液冷技術除了對冷卻液質量要求高,防止液體泄漏也是一大難題。比如,充電槍使用環境復雜,拖拽頻繁,時常跌落、被碾壓,因此對連接位置的密封性要求更高。

此外,充電槍工作時,通過端子的電壓較高、電流較大,端子位置會產生更大熱量,外殼材料常選用導熱塑料來加快散熱。為固定端子和連接導線,保證槍頭的防塵、防水性能,部分槍頭會填充高導熱系數的灌封膠。

據推算,液冷充電槍成本約占整個充電樁的21%,成為成本僅次于充電模塊的組件。

與主流新能源車電氣架構系統的400伏平臺不同,超充電池系統大多匹配800伏高壓平臺。相比大電流,高電壓方案可減少發熱,而且占用空間少,更受廠商青睞。但為了匹配高壓平臺,車企需要升級電氣架構系統,將半導體器件由硅基的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)迭代為造價更高的碳化硅材料。

據國泰君安證券研報測算,400伏平臺升級為800伏高壓平臺,將合計增加整車成本超4000元。不過,隨著規模化效應的顯現,這個成本差額預計會降低。

尚未打通“最后一公里”

新能源乘用車市場中,800伏高壓車型的數量和銷量正在逐年增長,市場滲透率也在穩步上升。800伏高壓車型數量從2022年的13款增至2023年的37款,2024年前5個月更增至48款;800伏高壓車型滲透率從2022年的2.5%,上升至2024年1—5月份的7.7%;800伏高壓車型2022年售出12.9萬輛,2023年達到32.1萬輛,2024年前5個月的銷量已達到24.6萬輛。

“汽車具備800伏這個接口,就有超充功能。許多車企把超充功能打造成亮點。”北方工業大學汽車產業創新研究中心研究員張翔告訴科技日報記者,800伏高壓充電系統已廣泛應用于吉利汽車、一汽紅旗、上汽通用、小米汽車、理想汽車等品牌20萬元以上車型。而且得益于成本降低與規模化生產,北汽新能源、比亞迪汽車、嵐圖汽車中20萬元以下的車型也搭載了800伏高壓充電系統。

隨著越來越多的超充車型問世,超充樁匹配不足的問題則浮出水面。張翔把這一矛盾比喻為“先有雞還是先有蛋”——充電樁運營商擔心超充車型數量少,建超充樁是賠本賺吆喝;消費者則擔心超充樁數量少,花錢買車之后用不上超充樁。

“一方面,目前超充站建設成本比較高,大約是快充站的5倍、慢充站的10倍。另一方面,超充對電網的電流、功率都有很高的要求;如果電力容量不夠,就無法建網點。”張翔說。

此外,超充站面臨成本高、盈利難的問題。張翔說,就現階段而言,超充站建起來利用率不高,市面上帶有800伏接口的新能源車數量少,電站需要很長時間才能盈利。據專業人士測算,超充車輛占比達到15%以上時,超充設備才有盈利空間,按照目前的發展速度,預計需要3到4年時間。

也正是因為成本和利用率的原因,在高速公路上配備超充樁更難。目前高速上往來車輛還是以燃油車居多,只有節假日的時候,才出現新能源車扎堆充電的情況。“別說建超充樁,就現在運營的這些快充電樁,幾乎都是不盈利的。這意味著,跑長途時想實現充電像加油一樣快,還有很長一段路要走。”張翔說。

超充樁的這筆經濟賬,也影響了消費者購車的積極性。由于超充樁初期建設和運維費用較高,充電費就比較高。“我長期用超充,充200元電在市區能跑400公里左右,這個成本其實比燃油車沒便宜多少。”北京一位新能源車主表示。

“成本是影響消費者選擇的重要因素。”張翔認為,“用較高花費換取寶貴時間,目前超充的商業模式還處于初級階段,需要一個培養用戶、打造環境的過程。”

高德地圖超充站檢索數據顯示,我國超充站已達7700余座。超充產業鏈上,上游的充電設備制造商有科士達、盛弘電氣、特銳德等;中游的建設和運營商主要有星星充電、特來電、國家電網、南方電網等。按超充站屬性,則可分為以中石化、中石油、國家電網構成的國企超充站;以星星充電、特來電等構成的第三方超充站;以蔚來、小鵬、理想等構成的車企自營超充站。

“隨著大家對充電效率要求越來越高,以及超充樁普及后使用成本的下降,超充樁一定是未來發展趨勢。”張翔說。

各顯神通織密超充網絡

萬事俱備,只欠東風。廣大新能源車主充電何時能像加油一樣便捷?

今年6月,交通運輸部等部門印發《交通運輸大規模設備更新行動方案》,提出科學布局、適度超前建設公路沿線新能源車輛配套基礎設施,探索超充站、換電站、加氫站等建設。

政策的出臺將助力超充站建設。業界普遍認為,超充樁發展初期還是需要政府的資助和支持。

“針對經營初期超充樁利用率不高的情況,可以通過補貼的方式,比如按功率、電量給予補貼,或者規定補貼年限,讓運營商盡快回本。”在張翔看來,可以通過出臺相關政策等方式,例如要求新建樓盤停車場、商場按比例配置超充樁,來支持超充技術的普及。

當前,多地積極采取措施支持超充站建設。目前,廣東省超充站數量已超千座。這其中,深圳市可謂沖鋒在前。2023年6月,深圳市政府啟動建設“超充之城”。如今,一個個紫色外觀的超充站在深圳街頭投入運營。截至今年10月,深圳累計建成超充站671座,超充站、充電槍數量超過加油站、加油槍數量。深圳今年底計劃建成1000座超充站,形成“600米充電圈”。

深圳還基于全市域級、全自主可控、精細建模的統一時空信息平臺,打造“電力充儲放一張網”,讓原本零星分散的充電樁、儲能站、光伏站等電力充儲放資源,以數字孿生、全景可控的形式接入“一張網”中,為新能源車主提供“一鍵找樁、一鍵充電”等公益性服務,可消除因不同運營商App端口不一,用戶需要反復注冊和充值的煩惱。

有深圳車主表示,依靠超充,自己半個多月才補一次電,僅需20分鐘,續航近500公里,可滿足上下班通勤和周末周邊游的需求。充電樁過去1小時只能充1輛車,現在可以充3輛,大幅提升了充電站的運營能力,降低了充電站對車位數量、土地空間的需求,達到了“以時間換空間”的目的。

在北京,留心觀察的話也不難發現,商場地下停車場、超市前地面停車場等場地新裝了各式各樣的超充樁。北京市發改委等部門發布的《本市加快推進新能源汽車超級充電站建設實施方案》提出,北京將利用公共停車場、交通樞紐、閑置土地,以及居民小區周邊綠地小規模硬化地面,加快推進超充站建設。2025年底,北京將建成1000座超充站。

該方案還明確,支持市屬國企利用公交場站、現有加油站、環衛站、熱力站建設超充站,積極探索利用橋下空間建設超充站;探索利用現有加油站建設立體超充站,鼓勵已建充電站升級改造為超充站。

今年8月,國家電網在北京建設的首批超充站正式投入運營。這些超充站通過對充電樁進行動態功率分配,可自動匹配車端需求功率,使電力資源利用率更高。

國內各新能源車企也在積極建設自己的超充網絡。截至目前,蔚來共建有超充站2279座,小鵬有354座,理想有444座,極氪456座。

嵐圖汽車不久前建成的智慧超充站,不僅配套了自動充電機器人,還配備了全球首個兆瓦級品牌超充樁,最快能實現每秒充電續航1.7公里。嵐圖汽車計劃,2025年底在全國建成200座超充站,到2026年在全國聯合部署1000座超充站、超過10000個超充樁。

與此同時,中國超充技術也正走向海外。今年3月,首座液冷超充站點在土耳其正式上線。該站點配置一臺華為600千瓦液冷超充主機,能同時滿足4輛車的快速充電需求。

記者手記

◎楊 雪

電流奔涌,未來已來

作為一位燃油車“老司機”,新能源車充電能不能像加油一樣方便,是我個人最關心的問題。且不談開長途的“里程焦慮”問題,單說城市用車,若不具備家用充電樁安裝條件,充電這件事就夠勞神的。

然而,時代風馳電掣,技術進步之快讓我有點跟不上了。隨著超充元年的到來,城市超充樁網點已相當密集,新能源車續航里程也節節攀升。可以說,在發達城市圈開新能源車已經非常方便,只是超充成本會比大眾預期要高一些。

除了充電樁,電池也是車主們關注的焦點之一。大家希望電池不光充電快,還要容量夠大。續航達到600公里以上,低溫虧電狀態下百公里加速不衰減,才能實現比肩油車的用戶體驗。這就對電池提出了極高的標準,電池技術飛速創新才趕得上用戶的需求。

充電體驗的改善,是一個系統集成的過程,并不是哪一項特殊技術的功勞,也不是哪一個里程碑之后就翻越了高山。大容量電池、電極新材料、特高壓平臺、超充站……一項項技術的合力,才能實現量變到質變,從而把曾對電車不屑一顧的車主拉進新能源車使用大軍。相信在此背景下,超充成本、高速路網超充設施這些問題的解決將是水到渠成的事。

目前,技術發展進程還在加速,電池巨頭與初創公司正在不斷探索快充的倍率極限。4倍、6倍、10倍乃至20倍,隨著增長倍率不斷攀升,可以預見,充電速度比肩甚至超過加油,只是時間問題。

現在有新能源車企提出“一杯咖啡,滿電出發”的愿景。將來,或許還沒想好喝哪種咖啡,愛車已經充滿電了。到那時,“充電速度”可能不再是公眾關注的議題,就好像誰也不關心“哪種品牌的汽車加油比較快”一樣。

我們趕上了這個電流涌動的時代,得以享受科技進步帶來的紅利。從“接線板充電”階段一步步走來的用戶,幸福感和獲得感肯定超過未來“坐享其成”的年輕人——因為我們親眼目睹,在新能源車企的激烈競爭中,技術創新為汽車行業拓展出了一片新天地,就像百年前汽車行業風起云涌的歷史重演。幸甚至哉,未來已來。




責任編輯: 李穎

標簽:充電樁 ,新能源汽車超充技術