新能源车的下一场技术革命
如果把智能手机和新能源汽车作一个比较的话，一个有意思的现象是：
4G技术的推广，提高了带宽和数据传输能力，让智能手机成为互联网时代的一个超级终端。
从能源变革的视角看，能源的性质以及传输的方式，注定要让新能源汽车成为另一个终端。
不同的是，前者下载的是比特，后者下载的是焦耳。
相同的是，二者都需要“又快又好”。
新能源汽车时代，整车的发展，技术的变革，在掀起一场汽车产业界的革命浪潮。
但解决不了充电问题，革命也就无从谈起。
今天的文章，我们聚焦新能源车快充技术，目前来看，这将是新能源车赛道2022-2023年各大车企鏖战的关键赛道之一，投资机会巨大。
1 摸着石头过河
2009年3月份，领导人在全国两会民盟联组会议上，就新能源汽车与我国汽车工业的未来发表了意见，为新能源汽车的发展定下了调子。
同年8月份，在北戴河召开电动汽车战略研讨会，从我国交通特色、汽车工业实践、能源安全等多个维度综合考虑后，形成了发展纯电动汽车战略思路。
路线确定了以后，行动上是摸着石头过河。
随后的进程里，10城千辆的新能源汽车示范推广工程、声势浩大的新能源汽车补贴工程等等。
一路走来，用了10左右的时间，应该说，我们在纯电驱动这一块已经走在了时代前列。
而同一时期的邻国日本，丰田确立的是混合动力路线。
这里需要简单普及一下关于混动技术的小知识。
如果把内燃机和电池作为两个动力单元，按照组合排列，在混合动力方面分别有串联、并联、混联三种技术路线。
所谓串联，也就是驱动汽车的动力来源是电，在电池电能用完的时候，用油进行发电，再给电池充电，发动机的角色是发电。相当于给纯电动汽车加了一个充电宝。也就是理想汽车等采用的增程式汽车路线。
串联式混合动力构造图
图片来源：君临
这种串联技术早期在宝马和奥迪一些车型上得到应用，日本在这方面也积累了一定技术优势，但并没有坚持下来。
从上图可以看出，串联的增程式没有了变速箱，就连发动机也只是一个发电机角色，传统的燃油车结构基本被颠覆。
正因为如此，邻国日本坚守的是下面这种并联技术。
并联式混合动力结构
图片来源：君临
所谓并联，就是不改变燃油车结构的前提下，加装电池包，电池和发动机共同发力驱动汽车。电池和发动机之间是关系式机械连接，而不是电能连接。
这种并联式混合动力的汽车，有插电和非插电两种模式。
特别是对于非插电的混合动力，电池包的作用就是一个能量回收，比如等红灯的间隙、刹车动作，车在发动着，但可以回收电能。
理论上，这种车并不是新能源汽车，而是一种节能车。
但无论是并联的插混还是非插混，之所以坚守，原因很简单：传统燃油车的利益链条决定了，它们想通过改良而非革命的方式进入新能源汽车时代。
而丰田的战略就是，燃油车之后进一步强化自己的优势，搞混合动力汽车。
因为从他们的角度来看，他们搞的混动技术，本质上仍然是燃油车技术。通过燃油电动车技术的竞争壁垒，谁都进入不了，打破不了这个壁垒。
10多年前，我们显然不能按照这个战略来规划中国战略，所以我们提出以纯电动为突破口，来带动各类电动汽车全面发展。
这是我们选择纯电动的战略理由。当然，经过多年的努力，在电池、电控、车身配件、乃至于芯片，一个国产化的产业链条形成，已经证明我们在引领着这场革命。
当然，从用户体验和需求上，电动化叠加智能化，可以造智能手机一样生产汽车，也可以像智能手机一样有着智能玩法的体验。
也就是说，纯电动汽车才是新能源汽车的主攻方向，这是路线和主义问题。
2 尴尬的充电场景
回看前几年的新能源汽车市场，在纯电动领域，并没有一款像样的中高端车型。国内的车型，也大多集中在类似10万元左右的中低端定位上。
在功能上，充当的大部分角色是城市短途代步。
在纯电动领域，有绕不开的三个问题：价格、里程、充电。
其中，随着锂电池技术对天花板的不断突破，特别是电动化、智能化升级的大背景下，价格和里程已经不再是制约纯电动汽车发展的主要瓶颈。
真正的焦虑在于——充电难。
在充电难问题上，又可以细分为有没有地方充电和充电便捷性问题。
目前的充电桩无外乎以下几个类型。
充电桩类型
图片来源：广大证券
这里面，交流充电桩俗称“慢充”，交流充电桩只提供电力输出，没有充电和储能功能。输入电压为220V，充电功率多为7kW。
由于功率较低，所以一般需要8-10 小时才能充满电，导致了交流充电桩大多安装在居民小区的停车场内。
直流充电桩俗称“快充”，将电网中的交流电转化为直流电，再通过充电插口给电池充电。
此类型充电桩输入电压多为380V以上，充电功率可高达 60kW，高功率极大地缩短了充电时间，一般情况下，充满电1个小时左右。
直流充电桩的技术和设备都比交流充电桩复杂，需要大体积变压器、交直流转换模块，还需要配备谐波抑制装置等。适用于那些对充电时间要求较高的场景，如出租车、公交车等，集中式的充电站或加油站也一般安装直流桩。
从大的方面划分，目前的充电桩分布类型可以归结为两类：人车分离充电和人不离车充电。也就是所谓的慢充和快充。
但现实生活中，拥有自己车位的只是一部分。真实情况是，下班回家晚了，为停车和车位而烦心。开车到闹市区，更是没有地方停车。
正常停车都没地方，何况是专供充电的车位？
我国的整体经济分布是东高西低，从欠发达地区向发达地区转变。而一个时尚的高附加值的产品传播路径，总是先从发达地区开始流行，新能源汽车亦是如此。
新能源汽车市场渗透路径
图片来源：君临
在车位的分布上，车位的分布与新能源汽车的渗透是反向的。
也就是说，越是经济发达地区，方方面面的因素，造成新能源汽车的保有量和接受度都高于欠发达地区。
但停车难日益成为大家出行最麻烦的事情。
反观欠发达地区，停车位相对有保障，有些地方，建设了大量闲置充电桩停车场已经不再是新闻。但新能源汽车渗透率有限。
从国内汽车保有量和停车位配比来看，停车位的缺口一直在扩大。也就是说，从全国范围看，停车越来越将成为一个普遍问题。
国内停车位配比情况
图片来源：民生证券
在北上广深的朋友更是深有体会，出门以后汽车停哪是大家都面临的问题。这几年有不少地方实施限行政策，一方面是考虑道路拥堵，另一方面出于环保方面考虑。但核心逻辑是，人口规模与城市承载能力的配比度。
2019年国内部门城市停车位短缺情况（单位：百万）
图片来源：君临
既然普通的停车都是个问题，给自己的汽车优哉游哉的充上几个小时的电更是无从谈起。
对于人车分离。这一类充电桩布局大多是体现为自家小区、单位等车位，外接一个充电桩，晚上下班回来充上一夜。
前面所说，这一类充电类型的基础设施有限，毕竟只是一小部分。况且对于一些老旧小区特别多的城市，比如广州。换句话说，定位的还是市内通勤。
对于人不离车。这一类充电设施定位是长途出行，商场、加油站、充电站。通过快充实现快速的能源补给。
而这一类的充电桩，尽管快充，仍需要一个小时。
在高速上等待一个小时进行充电，实现对燃油车市场的替代。怎么可能呢？这明显是一个违背常识的基本问题。
再看商场写字楼车库，难道定个闹钟，一个小时以后，再下去把充电抢拔掉开走。做法上行不行的通，关键是再把车挪开，往哪停？
所以，大多数的情况是下面这个样子，燃油车占据了充电车位。或者，商场写字楼车库，一辆车往那一充就是一天。
综合下来会发现，在力推电动化汽车的时代，呼吁大力配套充电设施的大有人在，把充电桩布局作为新兴赛道的企业，也不在少数。
而大国交通的特色和实践决定了，短期内，充电成为了纯电驱动路线的最大拦路虎。
至于充电桩企业的靓丽财务报表，愿意相信，看着开心就好。
反观这几年的爆款车型，也都是自身解决了充电问题。特斯拉专用充电桩，蔚来汽车换电。
从这两年的新能源汽车销量看，混动的销量上升也进一步表明，大家都把混动作为一种过渡路线。
但新能源汽车的最终归属还是以纯电动为主，插混也好，非插混也好，只能说是过渡时期的路线选择，革命的不彻底。
3 呼之欲出的快充革命
15年前，ATL（宁德时代前身）通过对锂电池负极材料的改进，搞出来一种15 分钟充电 80% 电量的快充产品，并在OPPO手机上得到应用，也就是智能手机时代大家熟知的“充电五分钟，通话两小时”。
新能源汽车时代，国家层面提供了充分的政策支撑、创业环境以及基础设施。但技术层面的主力军仍然是企业。
如果把OPPO手机的快充模式搬到新能源汽车上，实现“充电10分钟，续航400里”，对于整个新能源汽车来说，无疑是革命性的。
也就是说，解决快充才是赶走拦路虎的关键问题，现行充电桩的布局只是必要条件，而不是充分条件。
在充电方面，有一个指标叫做充电倍率（C），可以理解为1个小时内把电放完的速度。从2020年的热销车型看，直流快充的理论平均充是1小时可充满100%SOC（满电状态）。完成 30%-80%SOC需30分钟。
也就是说，普遍在1C左右，即1小时实现满充状态。
2020年度部分车型续航里程和充电倍率
图片来源：中国汽车乘联会
Model 3搭配其自建超充桩可实现充电15分钟行驶 279km，理论充电倍率约为 1.85C，已经是行业较高水平。而在满足国标标准的充电桩下，比亚迪汉EV的充电速度是主流车型中最快的，但完成30%-80%SOC仍需25分钟左右。
总体来看，布局2C以上的充电倍率是破局的关键所在。
理论上，充电功率等于电压和电流的乘积，提高电动车单位时间内的充电功率须提升输入电压或电流。
那么，提高充电速度也有两个方向：一是大电流直流快充，二是高电压直流快充，通过加大电流或提升电压，进一步提高充电功率。
在方案一中，特斯拉是典型代表，较早的采用大电流直流方式实现快充。
由于特斯拉进入新能源汽车领域较早，车型量产也较大。而且高压供应链尚不成熟，所以特斯拉选择整车电压平台不变，用大电流直流技术实现快充。其V3超充桩最大输出电流接近520A。
这种方式的快充在10-30%SOC情况下可以实现最大功率充电，但在30-90%SOC情况下充电优势并不大。也就是说这是一个先快后慢的状态。
另外，就像我们的手机充电线一样，电流大了，对应的也需要更粗的线缆。线束截面积增大，刚度强、难以弯曲，不仅在车内难以布局，而且可能在碰撞后刺入驾驶舱，增加安全风险。
所以，在众多解决方案中，使用高电压平台和与之配套的超级充电桩，是目前被大多数整车厂看好的主要方案。从现有的400V平台到800-1000V高压平台。
实际上，无论是车企还是第三方充电桩企业已经在开始行动。
华为就推出了首个智能闪充全栈动力域高压平台，2021年定型的的FC1闪充平台，充电15分钟，可以实现30%到80%电量的提升。
华为高压充电平台规划
图片来源：安信证券
在华为的几款产品规划中，FC3平台的充电速度，实现5分钟完成80%的充电，无论是技术还是体验，无疑都是碾压型的。
其他企业也没闲着，例如广汽发布超级快充电池技术，16分钟可完成从0%到80%SOC，倍率达到3C级别，吉利发布极氪 001，搭载 800V 高电压平台。
就连宁德时代，也在今年3月与福建百城新能源合资成立新公司:上海快卜新能源，主营充电桩快充服务。
部分车型配备高压充电平台情况
图片来源：汽车之家
当然，这些技术规划还不能称之为革命。在充电系统上，搭载800-1000V高压模块，实现充电倍率达到4C级别，真正实现“充电10分钟，续航400里”才是革命的胜利。
目前来看，2022-2023年是拉开战役的关键节点，这一过程中，形成公共场景的超级直流快充和家用交流慢充，构建多种充电形式并存的智慧充电网络，是新能源汽车产业的真正拐点。
4 尾声
升级到800-1000V高压平台，汽车端与充电桩端都要进行全方位升级。包括电池包、电驱控制、空调系统、高压零部件都要进行重新适配。
首先，看整车。进入4C充电时代，有一个抢先发布和技术积淀的过程。在抢先发布方面，吉利汽车、广汽集团、比亚迪都在追赶时间窗口。
而满仓增程式的理想汽车，在混动过渡路线之后，推出4C以上的纯电动，会是一大看点。
其次，看电池。巧合的是，15年前，现在宁德时代的王升威，在ATL开发了手机“充电5分钟，通话两小时”的快充技术。15年后，升级快充电池技术仍然是他。
高压快充会导致正极材料、电解液界面的稳定性降低，引起副反应的增加，进而影响锂离子电池的循环性能。虽然CATL的方形电池可以做到匹配700V的电压平台，但距离稳定量产还是不成熟的。
对于头部电池企业而言，在技术积累曲线下，巩固现有市场地位，并借助于行业的扩张实现增长，至少不是个坏事。
再次，看配套。从充电桩端和汽车端的配套来看，涉及到的元器件主要包括充电设备、配电设备、管理设备三类。
其中，最关键的还是电驱控制，原有的核心部件IGBT功率半导体，在1000V电压上缺点明显，SiC器件（碳化硅）成了替代首选。
电驱控制领域，在电机领域有一定积累的汇川技术仍然有较大空间。另外，华为入股的山东天岳即将上市，在碳化硅材料方面拭目以待。
另外，在充电桩的设置上，采用第三方建设还是车企自行配套，形成了两种方案。至少目前对于充电桩企业来说，并不是最优的选择标的。
最后，以华为的第三代高压快充平台为例，做一个比对。
加油与充电时间对比
图片来源：盖世汽车网
假设一辆2.0排量的燃油车，百公里油耗10L，空箱加满油需要5分钟，续航500公里。根据华为FC3 闪充方案，使用1000伏特大电压，充电功率达到600千瓦。理论上，5分钟完成50千瓦的充电量，续航里程达到500公里。
一样的补充能量时间，不一样的驾乘体验，碾压性的成本优势，结果自然可知。
如果抛开智能化和无人驾驶，从能源变革视角看，把整个新能源汽车的发展看成一场革命的话。
那么，实现电驱动的动力问题，是革命的开端，解决的是站起来的问题。而实现充电的又好又快，解决的是强起来的问题，称之为二次革命并不为过。