充电5分钟、续航200公里的时代什么时候才会来？ / 开普饭

当电池容量不可能无限制增长时，快充技术就一定会发展起来。智能手机的发展已经证明了这一路径的可行性，那么电池技术进步更加缓慢的电动汽车，什么时候才会有快充技术的实质性进步呢？

童济仁汽车评论丨辰巳

面对电动汽车的续航焦虑，动力电池能量密度提升和充电速度提升，哪一个会率先发生跨越式突破？

如果从1990年通用EV1发布开始算起，在电动汽车发展的前25年里，提升电池能量密度都是行业关注的焦点，而核心思想就是不断探索新的电池正极材料。

但是，每一种电池材料都有其能量密度的理论上限，而且能量密度越高，电池特性越活泼，对于电池控制管理的要求也越高。到了2020年，磷酸铁锂电池又重新回到主流市场的视野，就是放弃了对能量密度的单一追求，转而全面考虑电池安全、成本与能量密度的平衡。

于是，对充电速度的提升开始得到更多的重视。

相比电池能量密度提升遇到的瓶颈，快充技术的发展事实上也有不少未知。这些未知，既存在于技术层面——电池、充电桩、功率元器件三者的协同，也存在于标准法规层面。

▎提升充电功率，先提升电压

在2019年之前，主流电动汽车的高压系统都是400V，而充电功率的提升就是对充电电流的提升。比如，特斯拉超充从第二代120kW提升至第三代250kW，就是在400V的电压平台下提升充电电流。

但是，当充电功率达到250kW时，最大充电电流已经超过500A，想要再进一步提升功率，只能靠提升电压。从目前公开的消息看，包括保时捷、奥迪、捷尼赛思等豪华品牌电动车均已宣布采用800V高压系统，通用的电动版悍马、领克浩瀚SEA架构也采用了800V高压系统。

从400V提升到800V，看起来很美好，但是意味着电动汽车所有的高压元器件及管理系统都要提高标准，首当其冲的就是逆变器。

在电动车上，动力电池毫无疑问是最贵的零部件，排名第二的就是逆变器。

传统IGBT通常适应的高压平台在600-700V左右，到了800V高压就必须要采用碳化硅材料的MOSFET半导体。去年9月，德尔福宣布推出800V逆变器，并宣布将会为一家“全球高档品牌”在2022年推出的新车供货，比亚迪也在汉EV上首次采用碳化硅做高压系统，不过高压只达到了600V级别。

不过，碳化硅器件目前面临所有新事物都会存在的两个问题：供应量少、价格高。汉EV初期产能不足，碳化硅器件的供应跟不上是重要原因之一，德尔福碳化硅器件的初期订单也主要集中于欧洲豪华品牌，有足够的单车溢价能力支撑成本的提升。但是，产能提升和价格下降，同样也会呈现正相关。

想提升充电功率，先要提升电压。因此，800V高压平台在电动汽车自上而下的普及，会是电动车行业一大趋势。

▎大功率充电对电池有什么影响？

大功率充电要求动力电池有更高的充电倍率，这和传统意义上纯电动汽车采用能量型电池的特性是矛盾的。

以达到250kW的特斯拉第三代超充为例，最大充电电流约为520A，按照Model 3长续航版电池216.2Ah的额定容量计算，充电倍率约为2.4C。随着充电功率进一步提升，对于充电倍率的要求也在提升。目前行业较为统一的认知，是充电倍率需要达到4C，才能满足400kW的充电功率。

但充电速度过快，电池内锂离子从正极向负极运动的速度就会加快，会在负极表面形成结晶，降低负极效率，从而降低电池的实际容量。

中国汽车技术研究中心曾经做过一个测试，将三台测试车在同样的初始条件下以不同的功率条件充至满电，然后进行同样的NEDC循环，计算续驶里程在慢充与快充条件下的差异。

结果表明，三台车快充后的续驶里程相比慢充分别下降了13.7%、16.5%、4.5%，差异最大的一台车，快慢充的续驶里程差距超过了40km。

电池组充电结束，取决于性能最差的电池单体，而不同的充电功率会造成电池组内各个电池单体电压不均衡。小功率充电下，充电时间长，电池包内部各个单体能够缓慢维持电压趋于均衡；而充电功率大幅增加时，单体无法在短时间内保持均衡状态，整个电池包电量未能达到最大容量就已无法继续充电。

还是以特斯拉超充为例，尽管V3超充相比V2超充最大功率高出一倍，但是在55%电量之后，两者充电功率几乎一致，也就是尽可能保证电量能够充满。

所以，在电池系统提高电压的瓶颈之外，电池充电倍率的提升以及为此而要解决的容量降低问题，将会是充电速度提升的另一个瓶颈。

▎标准落后于技术，厂家都在观望

目前，我国采用的电动汽车充电标准是2015年颁布的《电动汽车传导充电系统国家标准》，其中国标直流充电口参考了日本CHAdeMO组织开发、广泛应用于日本及北美等地的充电口设计，最大电压与电流分别为950V、250A。也就是说，在现有国标的框架下，最大快充功率被限制在240kW以内。

所以即便行业已经具备快充研发与配套的能力，但是国标的相对滞后，也会增加他们的观望情绪。此时，车企及充电供应商有两个选择：推行自有标准，或者等待国标更新。

在中国这个全球最大的电动车市场上，执行包括硬件接口、软件协议在内的自有标准，显然不是一件明智之举。一度选择自有充电接口的特斯拉，最终也换回了国标接口，对于其它体量较小的外资品牌而言更加不可能在这件事上自立门户。

所以，车企和充电供应商普遍选择了第二条路——等。星星充电已经给自家500kW的大功率充电桩进行了对口测验，普天新能源、特来电等也有400kW以上充电桩的技术储备，将根据国标的推进情况适时投放。

此时，新国标的发布计划就显得格外重要。而国标的推动，又与重点企业的技术推动紧密相关。根据此前媒体报道，新版快充标准预计会在明后年推出，电压和电流上限分别提高到了1500V和600A，最大功率可以达到900kW。

一旦新国标推出，相关企业目前的大功率充电桩就会稳步推进，车企也会加快对快充适配的步伐。

▎写在最后

早年间，大家对智能手机的要求，往往是电池够大，以保证使用续航。但是能量密度达到瓶颈后，近年来30W、60W乃至120W的快充宣传已经深入人心，成为智能手机行业的主流。因为充电功率的快速提升，量变产生质变，消费者使用手机的习惯也在发生变化，由此催生了很多新的生态。

电动汽车同样也是如此，现在长续航Model 3可以在超充上5分钟充至120km的续航，其实已经改变了很多特斯拉消费者的用车习惯。而如果达到400kW以上充电功率的充电桩逐步普及，真正实现充电5分钟、续航200公里，将会对整个行业的技术走向、电动车的用车生态产生质的变化。

充电5分钟、续航200公里的时代什么时候才会来？