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        大咖對話,剖析超級快充發展現狀與難點

            作者:宏拓新軟件
            發布日期:2021-10-18         
        閱讀:32     
         
         

        編者按:

        中國汽車工業協會官方消息顯示,截至2021年6月底,全國新能源汽車保有量超603萬輛,占汽車總量的2.1%。其中,純電動汽車保有量493萬輛,占新能源汽車總量的81.7%。上半年新注冊登記新能源汽車110.3萬輛,與去年同期相比增加77.4萬輛,增長234.9%。

        新能源汽車保有量的增加,也意味著汽車充電需求的增加。隨著新能源汽車續航里程的不斷提高,充電時間長、充電效率低成為新能源汽車的主要痛點。為此,各大汽車廠商、充電樁廠商紛紛提出不同的解決方案來應對,以求更快地分到這一市場的蛋糕,超級快充也是在這樣的背景下應運而生。

        然而,超級快充作為今年新推出的產品,是否已經有相關的定義標準?對比市面上普通的充電樁有何突出優勢?大電流、高頻率的特性又會對充電樁廠商、磁性元器件廠商、電源廠商、電池廠商等提出哪方面的要求?超級快充是否具有推廣的可行性,未來市場發展前景如何?對于這一新鮮事物,電子行業人士對此深感興趣的同時亦有著許多疑問。本期《對話》欄目,將帶領大家共同探討超級快充發展現狀及其技術難點,為廣大對超級快充感興趣的行業人士提供力所能及的點撥。

        對話導覽:

        1. 超級快充是否有定義標準?
        2. 超級快充所需磁性元器件類型與數量?對磁性材料、磁性元器件、電源有何要求?
        3. 超級快充功率高,體積比一般充電樁大,對其體積是否有相關要求?
        4. 超級快充充電功率高,極易導致電池溫度高,電池的安全問題如何解決?
        5. 現階段超級快充電池有何突破性的技術進展或是現存技術難點?其未來技術發展的主要方向是?
        6. 超級快充和換電兩種續航方式,您比較看好哪一個的市場發展前景?
        7. 超級快充未來3-5年的市場如何?貴司是否有計劃加入或是繼續擴大這一市場領域?

        對話嘉賓:

        對話嘉賓

        古兆坤:從頂層設計來講,關于超級快充我們比較關注其標準問題,只有出臺了相關的標準,上下游產業鏈的廠商才能更好地配合。想了解一下大家對超級快充的標準問題有何看法?                                                                          

        廣汽鄭長安:現在針對超級快充,還沒有相關的定義標準。因為超級快充還是一個新事物,很多時候標準的制定都有一定的滯后性。其實針對充電樁,國家已經有相關的標準,但超級快充現在仍是非標。目前主要是按照充電的功率與時間來區分慢充、快充和超級快充。

        星星充電趙會:關于超級快充正式版的標準尚未發布,仍在擬定的過程中。一般來說,要達到500kw以上,才能稱之為超級快充。今年我們已經開始在布局超級快充這一市場領域,并且也和相關的企業進行了合作。后續還會加大對超級快充市場的投入。

        永聯科技陳小平:永聯科技承擔了充電模塊、充電樁等領域多項國家標準和行業標準的編制重任。2018年8月中日簽署充電技術領域合作協議后,永聯科技成為直流大功率快速充電中日統一標準的主要制定者。

        超級快充所需磁性元器件類型與數量?對磁性材料、磁性元器件、電源有何要求?

        廣汽鄭長安:充電時間的縮短,充電功率的提高,需要更高頻磁性材料與磁性元器件。這就需要上游廠商研發出更多高頻磁性材料、磁性元器件,同時提高生產工藝以滿足越發復雜的工藝要求。

        星星充電趙會:超級快充對比普通充電樁來說,電壓甚至可能提高到1000V,這對繼電器、熔斷器以及磁性元器件來說,都需要其更為耐壓。此外,由于功率的提高,往往需要疊加多個模塊才能滿足,因此磁性元器件的數量也會有所提高。然而目前國內能夠達到800V以上高壓接觸器還很少,大部分還需要從國外去進口。從成本角度考慮,目前從日韓等亞洲國家進口的數量比較多。

        巨灣技研彭文科:如果要配合超級快充的需要,磁性元器件應具有大功率、模塊化的特性。首先,磁性元器件單模塊的功率需要不斷快速向上突破,因為超級快充達到480kW時,不再需要使用低功率的磁性元器件,因此原本適用于普通充電樁的磁性元器件就無法滿足需求,這就需要重新選型,推出更高頻磁性材料、磁性元器件。此外,功率的提升需要更多磁性元器件的疊加,為盡可能縮小體積,磁性元器件還需要往模塊化的方向發展。

        普晶諶利軍:基本還是用傳統的現有的磁性元器件。因為據我了解,市面上還沒有新的磁性元器件出現。大電流、高功率的超級快充,自然就需要用更高頻率的磁性元器件,因此就要選用高頻磁性材料,一般就會用PC95、PC96。雖然說現在磁性元器件基本能滿足高頻的需求,但是如果超過500k赫茲也會對磁性元器件造成很大的損耗,所以我們還需要研發生產出更多低損耗的高頻磁性材料、磁性元器件。

        雅瑪西周暉:超級快充為了縮短充電時間,必然是高頻率大電流的,這就對里面所需磁性材料、磁性元器件提出更高的要求,技術難度也會更高。即使現在國內磁性材料、磁性元器件的國產化率已經很高,幾乎能滿足各個領域對磁性元器件提出的要求,但磁性元器件并非一成不變,而是一直在發展的。隨著超級快充的出現,或許需要更高性能的磁性元器件的出現才能滿足其需求,這就要從磁性材料的研發來推動,F在我們也有和蘭州大學進行相關的高頻磁性材料的研發合作,雖然目前還沒有具體應用到產品上,也沒有推向市場,但預計未來一兩年應用于超級快充的高頻磁性材料就能推出。

        可立克顧軍農:就磁性元器件來講,要應用在OBC上首先需要滿足AEC-Q200的標準,而這個標準其實已經是非常嚴格的,對于一些廠商來說已經是比較難達到的。我們磁性元器件廠商除了要達到這一標準以外,由于每一家客戶的設計都不一樣,我們還會根據客戶設計的不同去改變磁性元器件的結構、生產工藝、性能等以滿足不同的需求。

        京泉華朱圣亮:因為汽車超級快充具有大電流高頻率的特性,對磁性材料的要求會比較高,主要體現在損耗更低的轉換效率更高的高頻磁性材料。

        金升陽管玉華:人與車接觸密切,因此對新能源汽車及相關用產品的安全性一直是客戶關注的重點。對于電源來說,我們一直嚴格把關,設計成熟的電源產品方案,降低產品的不良率。同時,許多安全事故的發生是因為電源、電池的散熱問題,作為電源廠商,我們也在努力提高電源的應用環境溫度,降低事故發生的風險。

        超級快充

        超級快充功率高,體積比一般充電樁大,對其體積是否有相關要求?

        巨灣技研彭文科:雖然說超級快充樁的體積普遍比較大,但并不會影響其推廣使用。因為超級快充樁多建設于戶外,且非單人、單個家庭使用,因此體積的大小并不會有太大的影響。

        星星充電趙會:由于超級快充不太能進入個人使用領域,所以即使超級快充充電樁體積變大,對消費者來說影響并不會太大,不像手機快充一樣需要考慮便攜性,因此會有體積小型化的要求。針對汽車超級快充,消費者最主要的需求是充電速度,因此在設計時更多考慮如何提高充電功率。

        永聯科技陳小平:磁性元器件在整個充電樁模組中,占了較大的體積比例,有些達到1/15-1/12,甚至1/10的空間占比。磁性元器件的性能優劣也會影響到整個轉換模組的特性。充電模塊的性能也有賴于半導體、磁性元器件,我們希望磁性元器件能夠實現低損耗、高效率、小體積,促進整個充電模塊做成高效率小體積的產品。

        京泉華朱圣亮:體積方面,未來可能會往小型化的方向發展,不過短期內體積并非關注的重點,現階段還是主要將重點放在提高轉換效率上。

        雅瑪西周暉:超級快充需要用到高功率高磁導率的高頻磁性材料,而為了滿足高功率的需求,往往需要疊加多個磁性元器件。因為單個磁性元器件的功率密度可能達不到超級快充高功率的需求,這就會導致超級快充體積較大。而小型化是磁性元器件行業的發展趨勢,因為體積越大,所用材料越多,產品成本也會提高。但是我們也不會單純追求體積的大小,而是協調各方面需求,生產出最佳性價比的產品。

        金升陽管玉華:體積小型化是未來發展的趨勢,因此電子元器件也在走集成化道路。但是,超級快充仍在初步發展的階段,現階段更多是考慮頻率提高的問題,只有先把消費者最強烈的需求滿足了,后續再考慮體積的問題。

        超級快充充電功率高,極易導致電池溫度高,電池的安全問題如何解決?

        古兆坤:解決電池發熱過高而引起的安全問題,寧德時代調整電解液配方,并通過不斷研發,降低內阻減少發熱,加大極耳散熱,同時在結構上面進行特殊設計,如今的電池技術與安全性已能滿足儲能系統的要求。

        國軒高科宋金保:電池的安全問題主要從以下三點來解決。一個是選用安全的材料,比如盡量用磷酸鐵鋰電池,少用高能量密度的材料。第二點是電池盡量做扁平薄,以達到更好的導熱效果。第三個是增加極耳的數量,便于散熱。

        現階段超級快充電池有何突破性的技術進展或是現存技術難點?其未來技術發展的主要方向是?

        古兆坤:今年開始因為有客戶涉及超級快充領域,從而對我們電池廠商會提出一些新需求,我們電池的技術發展方向也是按照客戶的需求來進行,比如說根據超級快充中所需充電功率以及充電的時間來調整電池相關的性能。目前電池的技術突破方向主要包括改變電解液的配方,電芯的結構,降低溫升,提高電壓等。

        永聯科技陳小平:超級快充的核心就是AC-DC充電轉換模塊,只要把充電模塊的輸出電壓,在保證安全可靠的前提下,最大限度做到高壓、大電流,那么充電速度自然就變快。其實這個也跟電池相關,如果電池可以承受更大的電流,那外圍的充電樁也可以做到。如果外圍做到了,電池沒有這個能力,也是不行,F階段電池已經逐漸往這個方向在發展著。

        (圖片來源:汽車公社)

        (圖片來源:汽車公社)

        超級快充和換電兩種續航方式,您比較看好哪一個的市場發展前景?

        古兆坤:超級快充一般來說應用于一些比較緊急充電的場景,短時間內就能充夠續航里程要求的電;而運營用的物流車采取換電方式就更為便利。因此兩者都有其主要的市場應用場景。

        國軒高科宋金保:如今新能源汽車續航里程300~400公里已經能夠滿足消費者的基本需求了,關鍵是要解決充電的方便性,以及電池的長久性、安全性。其實從便利性的角度來看,超級快充和換電都能做到。使用超級快充,消費者能自主選擇充多少電,換電則更吸引需要短時間內就充滿電的消費者。

        京泉華朱圣亮:在我看來,換電這一續航方式相對來說更為便捷一點。但是由于基礎充電設施與換電站在我國的普及程度相對還比較低,現階段市場拓展還是比較有難度。

        雅瑪西周暉:由于換電需要更換電池,一旦發生安全問題,難以判斷是電池或是汽車電能轉換問題,不利于消費者進行合理追責。不過現在續航方式有許多,有線充、無線充、超充、慢充,還有換電的,各有優缺點,也各有其應用場景,給消費者提供了更多的選擇。

        星星充電趙會:我個人認為相比之下,超級快充更具有市場推廣性和發展前景。就像以前手機,也是通過換電池的方式來補充電量,但是現在基本采取充電器直接給手機充電的方式了。以此類比,超級快充就比換電這種續航方式更具發展前景。再者換電容易產生追責難題,發生故障時難以判斷是電池問題、換電站問題還是汽車其他系統的問題。此外,所謂換電也就是更換電池,意味著還需要給電池充電,新能源汽車數量增加,要匹配其充電需求就需要更多的替換電池,這將占據很大的存儲體積與存儲成本。

        巨灣技研彭文科:換電有其主要的應用場景,比如說重型卡車,其電池特別多,還有多個接口,這種情況下換電模式就更為便利。相比之下,超級快充的應用場景則更為廣泛。

        超級快充未來3-5年的市場如何?貴司是否有計劃加入或是繼續擴大這一市場領域?

        古兆坤:在超級快充中,電池只是其中一個組成部分,還需要充電樁企業等上下游多個產業鏈共同配合,才能共同推動超級快充這一市場。從充電樁角度講,高電壓對安全系數提出了更高的要求;從電網角度來講,瞬間功率大也會對其造成較大的沖擊,此外還有換電等其他續航方式,對于消費者來說超級快充不是一個必需品,所以未來幾年超級快充市場的開拓也是具有一定的挑戰。

        普晶諶利軍:現在我們還沒有正式步入超級快充領域,但我們有在關注,未來也會加快這一市場領域的布局。

        京泉華朱圣亮:雖然現在我們還沒有正式生產與推廣超級快充用磁性材料、磁性元器件,但是針對新能源汽車領域、超級快充領域我們一直都在探索,許多新型磁性材料、磁性元器件都在研發試驗階段,后續方案成熟得到有效驗證以后,才會慢慢投向市場。超級快充如今還在初步發展階段,機遇與挑戰并存,現階段還難以判斷未來3-5年的發展情況,但我們仍會積極把握這一發展機遇。

        可立克顧軍農:我們暫時還沒有涉足超級快充這一市場領域,不過一直有做汽車OBC的相關產品。我們公司生產的磁性元器件在OBC領域應用的也比較多。

        雅瑪西周暉:我認為針對超級快充,未來一兩年將會推出新型的高頻磁性材料,材料的技術發展與后續磁性元器件的規;a,能加速超級快充市場的發展。

        星星充電趙會:據我了解,現在國際上已經有在關注超級快充這一市場并在研究標準的制定。充電槍也從原來的2015版槍頭進行了最新的改版,可適用于現在的超級快充。隨著現在新能源汽車建設速度的加快,與充電方式的不斷多樣化,預計3-5年超級快充也能在國際市場上進行推廣。

        超級快充

        結語:

        雖然目前“超級快充”尚未有統一標準,但已經吸引了眾多充電樁廠商、電池廠商、電源廠商、磁性元器件廠商進行相關的布局。不少企業表示,已經在關注超級快充的最新進展情況,未來很可能會步入甚至是加大投入超級快充這一市場領域。

        從對話嘉賓的分享中我們得知,由于超級快充大電流、高頻率的特性,對磁性元器件、電源等都提出了更高頻率、更強耐壓性等要求,這就需要磁性元器件廠商、電源廠商從材料處著手,研發生產出更高性能的高頻磁性材料,以及提高生產工藝來滿足復雜的工藝需求。

        大電流、高頻率一方面縮短了充電時間,一方面也給磁性元器件、電源、電池帶來更大的充放電壓力,使得安全問題成為“超級快充”中產業鏈人士最為關注的焦點。部分電源廠商表示正在努力提高電源的應用環境溫度,加快電源的散熱速度,降低事故發生的風險。電池廠商則表示可通過調整電解液配方,降低內阻;選用低能量密度材料;改變電池結構,盡可能將電池做扁平薄以及增加極耳數量等方式來減少發熱、加大散熱,從而提高電池的安全性。

        動力電池與充電基礎設施不斷完備為超級快充的未來發展做好了準備,然而,在看到超級快充發展機遇的同時,超級快充仍面臨許多挑戰。比如緊急快速充電場景并非是客戶的常見需求與主要需求,超級快充的應用仍屬于小眾市場。且超級快充的發展還涉及動力電池技術、充電樁基礎設施、電網沖擊等諸多問題,需要上下游產業鏈協同配合發展。

        從國家頂層設計與對話嘉賓的普遍認識來看,超級快充仍是未來發展趨勢,我們期待未來,隨著標準的建立與產業鏈上下游廠商通力合作,超級快充迎來其廣闊的市場!

         

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