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新能源汽车快充行业专题报告:高压快充大势所趋.docx
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新能源汽车快充行业专题报告:高压快充大势所趋.docx
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新能源汽车快充行业专题报告:高压快充大势所趋
01 充电问题仍是核心痛点,快充技术有望迎来机遇
充电问题是新能源车核心痛点,快充桩建设有望缓解补能焦虑
充电不便、充电慢仍是新能源汽车痛点,加快快充桩建设逐步成为共识。 随着国
家购车补贴政策的逐步退出,新能源汽车发展由政策驱动逐步向市场驱动转变,
用户对新能源汽车功能、性价比等要求也在不断 提升。未来如何解决用户购用车
过程中遇到的问题,进而提升新能源汽车的用车体验,成为下一阶段新能源汽车
的重要发展方向。 据《中国高压快充产业发展报告(2023-2025)》,影响电动
汽车购买的因素涵盖充电、电池寿命、安全性等多个方面,其中充电问题 是影响
用户选择电动汽车的核心障碍。当前电动汽车平均充电时长普遍在 1 小时及以上,
且匹配快充需求的直流充电桩数量不足,无法 满足用户快速补能需求。因此,加
大充电桩规模建设并提升快充桩比例正逐步成为业界共识。
快充主流路线为高电压,国内外车企积极布局
高电压快充路线成为主流 。据《纯电动汽车高电压快充平台技术趋势》,充电速
度 的 提 升 意 味 着 充 电 功 率 的 提 升 , 充 电 功 率 则 由 充 电 电 压 乘 以 充 电 电 流 决 定
(P=UI);目前,行业内大多采用高电压路线以实现车端快速补能。 据联合电
子公众号,目前主流新能源整车高压电气系统电压范围一般为 230V-450V,统称
为 400V 系统;快充应用下,整车高压电气系统 电压范围提升到 550-930V,可
统称为 800V 系统。继 2019 年保时捷推出了全球首款搭载 800V 高压平台的量产
车型 Taycan 后,包括比亚迪、 小鹏、理想、现代、奥迪、奔驰、大众等国内外
知名车企均已推出或即将推出搭载高压平台的车型。
政策与技术标准陆续出台,推动快充发展持续完善
“快充为主、慢充为辅”政策引领,技术标准持续完善。 政策层面,2021 年 11 月,
国家发改委发布《新能源汽车产业发展规划(2021—2035 年)》,规划提出“加
快形成适度超前、快充为主、 慢充为辅的高速公路和城乡公共充电网络”。此外,
北京、重庆等地也陆续出台有关快充桩以及大功率充电桩的相关政策。 技术标准
层面,相关部门积极推进充电标准的制定,以此适应新能源汽车高压化、大功率
充电等发展需求,进一步提升充电连接装置产 品的适用性和规范性。
02 快充技术引领电池变革,材料体系有望持续完善
高压架构带动零件升级,电池成本增量最为显著
高压架构推动多系统升级,电池占成本增量比例过半。 由于现有技术大多采用高
压快充路线,因此这里着重探讨高压架构会给整车各系统带来的变动。目前,电
动 汽 车 的 整 体 架 构 主 要 包 括 三 电 系 统 ( 电 池 、 电 机 、 电 控 ) 、 小 三 电 系 统
(OBC、DC-DC 变换器、PDU)等。其中,电机、电控以及减速器等部件也可合
并称 为电驱系统,OBC(车载充电机)和 DC-DC 转换器也可统称为车载电源。
电压平台升级将带来系统终端价值量提升。电动汽车高压架构的应用下,电池、
电机电控、OBC、DC-DC 转换器等多个部件也随之 更新升级。据《中国高压快
充产业发展报告(2023-2025)》,以较为成熟的 2C 和采用 150kW 前驱动系统为
例,若将 450V 电压平台更换 为 950V 电压平台,单车零件成本合计增加约 6500
元 ; 其 中 , 电 芯 单 车 成 本 增 加 3500 元 , 占 成 本 增 量 比 例 过 半 ; 电 机 电 控
/OBC+DCDC 成本分别增加 2000/800 元,和电芯一起构成高压平台升级的主要
成本增量来源。
电池快充技术持续提升,可体现为倍率性能优异
快充性能涉及充电速度和电池容量保持等多方面。 就电池层面而言,快充的实现
通常与高电流密度下的倍率性能有关。据格瑞普电池官网,倍率可表示为 C 值,
用公式可表示为充放电电 流/电池额定容量,即倍率的提升可以通过提升充放电
电流或降低电池额定容量实现;倍率的提升同时也代表着电池充放电速度提升,
例 如以 0.2C 倍率放电需 5 小时放电完毕,而以 1C 倍率放电仅需 1 小时即可放
电完毕,充电亦如此。据《Fast Charging of Lithium-Ion Batteries: A Review of
Materials Aspects》,USABC(美国先进电池联盟)将快充目标设定在 15 分钟
内将电池充至 80%的荷电状态(SOC)。此外, 据北交新源公众号,良好的倍
率性能不仅代表着高倍率下的电池保持高能量传输速度,同时也需要保证不会损
失过多能量或发生过热。
快充核心在于锂离子传输,负极和电解液等材料升级有望改善
锂离子传输是影响快充核心,重点聚焦负极和电解液等材料。据 《锂离子电池快
速充电研究进展》: 锂电池也被称为“摇椅”式电池,锂离子传输是影响充电 过
程的重要因素。在充电过程中,锂离子的路径大致为: 从正极材料中脱出,通过
正极/电解质界面(CEI)进入电 解液,并以溶剂化的形式移动至负极,在去溶剂
化后穿过 负极表面的固体/电解质界面(SEI)嵌入负极层状结构中并 与电子结
合。 对于电极材料而言,材料内部离子传输通道及材料颗粒的 形态、形状和取
向等是影响锂离子的扩散的重要因素,其 中负极相较正极受影响更大。对于电解
液而言,由于传统 的电解液在氧化还原稳定性上具备劣势,快充会使其不断 分
解并形成 EEI 层,导致锂离子呈现较慢的传输动力学;同 时,传统电解液的溶剂
化结构去溶剂化势垒较高,对锂离 子的扩散形成阻碍。 因此,如何显著提升锂
离子在负极、电解液等材料中的扩 散动力学成为当下研究的重点。
负极包覆材料具备较大层间距,有效提升快充性能
包覆材料通常为无定形碳,可改善锂离子扩散性能。 除二次造粒外,包覆工序也
可提升石墨材料快充性能。据翔丰华招股书,包覆碳化是指以石墨类碳材料作为
“核芯”,在其表面包覆一 层均匀的无定形碳材料,形成类似“核-壳”结构的颗粒;
通常用的无定形碳材料的前躯体有酚醛树脂、沥青、柠檬酸等低温热解碳材 料,
由于无定形碳材料的层间距比石墨大,因此可改善锂离子在其中的扩散性能,从
而提高石墨材料的大电流充放电性能。 此外,为了避免沥青等材料在碳化过程中
可能出现的各向异性并进而影响倍率性能的问题,现有专利提出通过改性剂(酚
醛树脂、壳聚 糖、聚酰亚胺、聚酰胺或 PET 等)对基底材料(沥青)进行改性
(高温搅拌混合等),而后对石墨进行包覆,此后在热处理过程中便可 构筑具有
各向同性的碳包覆层结构,从而进一步提升材料的快充性能。
电池倍率性能需求提升,有望驱动碳纳米管导电剂应用升级
导电剂加速离子&电子移动速率,碳纳米管较常规导电剂性能更优。除锂电池主
材外,导电剂作为锂电池的材料构成中的关键辅材,同样影响着锂电池的倍率性
能。据 GGII,导电剂在活性物质之间、活性 物质与集流体之间起到收集微电流
的作用,以减小电极的接触电阻并加速电子的移动速率,同时也能有效提高锂离
子在电极材料中的迁 移速率,从而提高电极的充放电效率。 据 GGII,目前市场
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