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换电VS800V谁才是电动车补能的终极形态?
2024-01-25 行业新闻

  当时间节点拨至2022年,纯电动汽车旗帜鲜明地接过新能源汽车的发展大旗,未来十数年内,纯电是不可争议的主流动力路线,那么电动汽车的里程焦虑该如何打破?

  大洋彼岸,美国总统拜登在2021年8月签署行政令,设立2030年新能源渗透率突破50%的目标,其中电动汽车占比40%。聚焦本土,中科院院士欧阳明高不久前也预计,国内新能源汽车渗透率在2030年前会达到50%,电动汽车自然是当仁不让的主力。

  同时国内官方的预测与指引往往是偏保守的,《新能源汽车产业规划(2021-2035)》定下的目标是2025年实现新能源汽车占新车销售总量的20%,但事实上,根据中汽协数据,2022年9月的新能源汽车市占率已达到27.1%,销量70.8万辆,其中纯电动汽车为53.9万辆。

  电动汽车在市场端的狂飙突进,也将其在基建端的补能问题推上桌面。这其中,路线问题值得讨论:换电和超充(也即800V为代表的高压充电),哪个才是快速补能的终极方案?

  还记得多年前一个土木学弟提出的疑问:既然要搞电动车,那为何不做换电?电池没电了,直接去换一块满电电池不就好了,不就可以像油车一样没有里程无忧了么?主修车辆工程的我在那时给出的回复是:换电的基础设施建设成本过高了,并且电池技术在持续不断的发展,新技术电池和已有换电系统可能有兼容问题。

  但当时我也提了一嘴,不过已经有一家叫“蔚来”的新势力车企在做换电了。多年后,蔚来已经度过了从0到1的建设困难期,截至2022年7月的第二届NIO Power Day,换电站已经迭代至第二代,数量经达到1011座。

  体系化换电能力的建成,已经对新能源消费决策形成不可忽视的影响。当里程焦虑因为换电得到某些特定的程度缓解,很多人便把蔚来作为新能源消费首选,有些用户甚至在提车几个月内都没用过充电模式,完全依靠换电来解决补能问题,在一些场景下,实现了“加电比加油”方便的愿景。近来,上汽旗下新能源品牌飞凡也入局换电,并且联合中石化、中石油“两桶油”与宁德时代,共同推进换电站建设。

  国家队的强势入场,说明换电模式的价值得到行业认可,同时这种强势车企联合能源巨头的抱团模式,也可以应对换电模式的高昂建设成本问题。

  但换电与最新电池技术的兼容问题依然存在。以蔚来为例,因为要做换电,蔚来电池包的尺寸被锁死在了2062*1539*136mm。诚然,蔚来仍可采用CTP(Cell to Pack)技术,提升电池容量,也可采用三元铁锂技术,改善生产成本。

  但136mm的电池高度限制了车内Z向空间,对SUV而言,这样的一个问题或许还不太明显,对空间宝贵的轿车,影响就难以忽略了。尤其是,)将至电池包高度将至120mm,小鹏也联合供应商把电池包高度优化到110mm打造出P7,纷纷收割纯电动轿车的差异化红利。

  虽然蔚来也推出了电动轿车,但为了兼顾原有电池包高度和换电底盘,要在车身姿态和车内空间上做出一定妥协。这点在定位更为入门的ET5上较为显著,在车外压低的前舱盖、大倾角的前挡风玻璃和大溜背的车尾造型营造出强烈的运动风格后,车内前排坐姿高度和后排空间做出了很多牺牲。我的一个朋友便是看中蔚来的换电和ET5的内外设计,十分期待地盲订了一辆ET5,但在亲身体验过坐姿后,纠结下还是选了退订。我能在聊天中感受到他的遗憾,“车子整体是真的喜欢,但确实不习惯这个高坐姿。”

  此外,特斯拉、比亚迪、零跑等在推动的CTC(Cell to Chassis)技术也注定与换电无关。再展望一点,如果之后电池包高度能更加进一步下降至90mm,一来地台高度可以比肩燃油车,二来电池质心高度的逐步降低会带来车身动态表现的改进。届时,换电电池包尺寸锁死的影响就更为突出了。

  当然,谨慎入场的飞凡能够轻松的享受到当下最新的电池技术,例如上汽的低质心躺式电芯电池,以及飞凡宣称的能适应不同电池包高度的换电技术。自然也不能排除蔚来推出适应电池包高度的换电技术,但那必然会经历一个复杂的验证过程和与前期沉默成本的对抗。而且,电池技术会慢慢的提升,每一次迭代级改进,都是对蔚来、飞凡这些换电玩家的大考。

  而对于换电,更大的挑战则是兼容。燃油车切换为电动车,核心技术由“三大件”转为“三电”,主流车企不会愿意核心技术攥于他人之手。

  很多人可能不知道,蔚来的换电体系是向第三方开放的,但加入这个体系也就从另一方面代表着动力电池要遵照蔚来标准打造,大众丰田们、BBA们显然不会接受这一点。毕竟燃油车时代,宝马就因劳斯莱斯收购案,暗嘲过大众没有12缸发动机,大众也正是这之后打造出了著名的W12发动机。核心技术必须自产,电动时代依然如此。

  当换电不能兼容百家,基础设计的投入成本也就打了折扣,因为少数几个品牌的狂欢,换不来整个产业的欣欣向荣。所以,我们正真看到换电先锋蔚来也在7月的NIO Power Day上宣布,将于年底在换电站部署500kW(800V高压)超充桩。

  我们在《【讲堂】800V高压架构来临,你还会里程焦虑么?》中科普过车端更新800V高压面临的种种挑战,诸如耐高压SiC材料MOSEFT器件的量产装车,高压纯电的系统性验证,以及背后的供应链匹配等。

  这些其实都是水面上的冰山,而且随着小鹏G9、长安阿维塔11)、长城沙龙机甲龙等车型的陆续量产上市,车端问题正在逐一解决。基建端的问题才是水面下的冰山,是更为严峻的挑战。

  首先800V超充桩会对配电网造成前所未有的压力。现有快充电桩的功率一般为单枪下120kW,双枪下180kW,800V高压超充的部署会将这一数据提升至480kW,甚至500kW。

  大踏步的功率提升意味着配电要求的提升,当下普通加油站的电容量仅为250kVA(kVA为视在功率,其与可支撑的电力使用功率kW切换可粗略地换算为:视在功率*0.9=功率),也就是只能支持一个180kW的双枪快充桩。本身即有强大储能能力的蔚来二代换电站,也只能部署两个500kW超充桩。

  用电量的绝对数值提升外,800V高压超充桩还会造成更为恐怖的资源闲置问题。配电网的变压器损耗分为负载损耗和空载损耗,而峰谷差距大是当下的用电特点,也造成配电网资源的闲置,电动车的充电高峰恰与用电高峰重合,会促进加剧资源闲置问题。此外,配电网因为负荷变化,会产生电压偏移,当电压偏移过大,就会造成电压越限问题,威胁配电网安全运行,超充桩带来的瞬时功率提升,势必会对本就饱满运转的配电网造成额外压力。

  配置储能设施是车企们的解决方案之一,小鹏在发布480kW超充桩的同时,也推出了自研的储能充电技术,便是因此。但这将800V高压充电桩的成本进一步推高。

  即使汽车行业内早已在尝试储能设施的成本优化,例如最早推出大电流快充的特斯拉,在将更具成本优势的磷酸铁锂引入动力电池体系前,就将其纳入储能电池体系,还有动力电池巨头宁德时代去年推出的钠电池,更有意义的流向应该就是凭借成本优势进入储能市场。

  但综合上述种种因素,800V高压超充基建配套建设的实际成本其实是要高过“重资产项目”换电站的。800V前路漫漫,所以即使是国内第一个吃螃蟹的厂商小鹏,也只是在G9上选配功率更高的4C超充版本。

  饶是如此,800V高压超充依然是电动车快速补能的终极模式,因为超充的兼容潜力决定了其有利于整个电动车行业的加快速度进行发展,最终的投入产出比会远大于换电。推进高压超充基本的建设,车企们已经在行动了,并且也在开始联合行业外的相关力量,例如国家队成员长安在推出750V的阿维塔11时,也完成了A轮融资,领投的便是国家绿色发展基金。2023年,会是800V高压超充基建的元年。

  不过细心的读者应该发现了,我在描述800V时,用的是“兼容潜力”,之所以还是潜力,是因为高压超充落地前夕还要解决“标准”的问题。

  当下国内充电执行的标准是汽车标准化技术委员会在2015年牵头,由车企、充电运营商、充电制造商们共同制定的GB/T 18487.1-2015。这套标准下,充电设施的软件协议难打通,硬件锁支机构还易故障,特斯拉在国网快充桩龟速充电,甚至跳枪即是因此。

  此外,GB/T 18487.1-2015也因以上问题被排除在国际充电标准外,造成国内新能源汽车出口前必须更换充电接口。

  而后来由中国电力企业联合会牵头的标准GB/T 20234.4,也即近年来更多被提及的ChaoJi,不但拥有更安全的硬件锁止和更兼容的软件协议,还将充电上限由GB/T 18487.1-2015的950V、250A提升至1500V、600A,并且取得了国际认可。

  但代表车企当下意志的GB/T 18487.1-2015和已有基础设施沉默成本,造成了当下两个标准“缠斗”,这就非常容易导致,一个品牌车型只有在自己的品牌充电桩下,才可实现上限功率的补能。

  我们仍然坚持之前的观点:智能电动车想替代燃油车,更应该做的是加法,通过体验升级让用户主动接受电动车,而不是依赖于环保大概念、地区政策等的强推。也即消灭掉里程焦虑等致命短板后,通过电动车驾驶平顺、静谧性好、保养便捷、用车成本低的优势打动消费者。

  显然,代表未来的800V高压超充是解决里程焦虑的终极途径。但在其落地之前,关于“标准”的纠结一定要解决,否则又是可预见的巨量沉默成本,包括高昂的基建成本和宝贵的电动汽车发展窗口期。

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