當電池容量不可能無限制增長時，快充技術就一定會發展起來。智能手機的發展已經證明了這一路徑的可行性，那麼電池技術進步更加緩慢的電動汽車，什麼時候才會有快充技術的實質性進步呢？
童濟仁汽車評論丨辰巳
面對電動汽車的續航焦慮，動力電池能量密度提升和充電速度提升，哪一個會率先發生跨越式突破？
如果從1990年通用EV1發布開始算起，在電動汽車發展的前25年里，提升電池能量密度都是行業關注的焦點，而核心思想就是不斷探索新的電池正極材料。
但是，每一種電池材料都有其能量密度的理論上限，而且能量密度越高，電池特性越活潑，對於電池控制管理的要求也越高。到了2020年，磷酸鐵鋰電池又重新回到主流市場的視野，就是放棄了對能量密度的單一追求，轉而全面考慮電池安全、成本與能量密度的平衡。
於是，對充電速度的提升開始得到更多的重視。
相比電池能量密度提升遇到的瓶頸，快充技術的發展事實上也有不少未知。這些未知，既存在於技術層面——電池、充電樁、功率元器件三者的協同，也存在於標準法規層面。
▎提升充電功率，先提升電壓
在2019年之前，主流電動汽車的高壓系統都是400V，而充電功率的提升就是對充電電流的提升。比如，特斯拉超充從第二代120kW提升至第三代250kW，就是在400V的電壓平台下提升充電電流。
但是，當充電功率達到250kW時，最大充電電流已經超過500A，想要再進一步提升功率，只能靠提升電壓。從目前公開的消息看，包括保時捷、奧迪、捷尼賽思等豪華品牌電動車均已宣布採用800V高壓系統，通用的電動版悍馬、領克浩瀚SEA架構也採用了800V高壓系統。
從400V提升到800V，看起來很美好，但是意味著電動汽車所有的高壓元器件及管理系統都要提高標準，首當其衝的就是逆變器。
在電動車上，動力電池毫無疑問是最貴的零部件，排名第二的就是逆變器。
傳統IGBT通常適應的高壓平台在600-700V左右，到了800V高壓就必須要採用碳化硅材料的MOSFET半導體。去年9月，德爾福宣布推出800V逆變器，並宣布將會為一家「全球高檔品牌」在2022年推出的新車供貨，比亞迪也在漢EV上首次採用碳化硅做高壓系統，不過高壓只達到了600V級別。
不過，碳化硅器件目前面臨所有新事物都會存在的兩個問題：供應量少、價格高。漢EV初期產能不足，碳化硅器件的供應跟不上是重要原因之一，德爾福碳化硅器件的初期訂單也主要集中於歐洲豪華品牌，有足夠的單車溢價能力支撐成本的提升。但是，產能提升和價格下降，同樣也會呈現正相關。
想提升充電功率，先要提升電壓。因此，800V高壓平台在電動汽車自上而下的普及，會是電動車行業一大趨勢。
▎大功率充電對電池有什麼影響？
大功率充電要求動力電池有更高的充電倍率，這和傳統意義上純電動汽車採用能量型電池的特性是矛盾的。
以達到250kW的特斯拉第三代超充為例，最大充電電流約為520A，按照Model 3長續航版電池216.2Ah的額定容量計算，充電倍率約為2.4C。隨著充電功率進一步提升，對於充電倍率的要求也在提升。目前行業較為統一的認知，是充電倍率需要達到4C，才能滿足400kW的充電功率。
但充電速度過快，電池內鋰離子從正極向負極運動的速度就會加快，會在負極表面形成結晶，降低負極效率，從而降低電池的實際容量。
中國汽車技術研究中心曾經做過一個測試，將三台測試車在同樣的初始條件下以不同的功率條件充至滿電，然後進行同樣的NEDC循環，計算續駛里程在慢充與快充條件下的差異。
結果表明，三台車快充後的續駛里程相比慢充分別下降了13.7%、16.5%、4.5%，差異最大的一台車，快慢充的續駛里程差距超過了40km。
電池組充電結束，取決於性能最差的電池單體，而不同的充電功率會造成電池組內各個電池單體電壓不均衡。小功率充電下，充電時間長，電池包內部各個單體能夠緩慢維持電壓趨於均衡；而充電功率大幅增加時，單體無法在短時間內保持均衡狀態，整個電池包電量未能達到最大容量就已無法繼續充電。
還是以特斯拉超充為例，儘管V3超充相比V2超充最大功率高出一倍，但是在55%電量之後，兩者充電功率幾乎一致，也就是儘可能保證電量能夠充滿。
所以，在電池系統提高電壓的瓶頸之外，電池充電倍率的提升以及為此而要解決的容量降低問題，將會是充電速度提升的另一個瓶頸。
▎標準落後於技術，廠家都在觀望
目前，我國採用的電動汽車充電標準是2015年頒布的《電動汽車傳導充電系統國家標準》，其中國標直流充電口參考了日本CHAdeMO組織開發、廣泛應用於日本及北美等地的充電口設計，最大電壓與電流分別為950V、250A。也就是說，在現有國標的框架下，最大快充功率被限制在240kW以內。
所以即便行業已經具備快充研發與配套的能力，但是國標的相對滯後，也會增加他們的觀望情緒。此時，車企及充電供應商有兩個選擇：推行自有標準，或者等待國標更新。
在中國這個全球最大的電動車市場上，執行包括硬體介面、軟體協議在內的自有標準，顯然不是一件明智之舉。一度選擇自有充電介面的特斯拉，最終也換回了國標介面，對於其它體量較小的外資品牌而言更加不可能在這件事上自立門戶。
所以，車企和充電供應商普遍選擇了第二條路——等。星星充電已經給自家500kW的大功率充電樁進行了對口測驗，普天新能源、特來電等也有400kW以上充電樁的技術儲備，將根據國標的推進情況適時投放。
此時，新國標的發布計劃就顯得格外重要。而國標的推動，又與重點企業的技術推動緊密相關。根據此前媒體報道，新版快充標準預計會在明後年推出，電壓和電流上限分別提高到了1500V和600A，最大功率可以達到900kW。
一旦新國標推出，相關企業目前的大功率充電樁就會穩步推進，車企也會加快對快充適配的步伐。
▎寫在最後
早年間，大家對智能手機的要求，往往是電池夠大，以保證使用續航。但是能量密度達到瓶頸後，近年來30W、60W乃至120W的快充宣傳已經深入人心，成為智能手機行業的主流。因為充電功率的快速提升，量變產生質變，消費者使用手機的習慣也在發生變化，由此催生了很多新的生態。
電動汽車同樣也是如此，現在長續航Model 3可以在超充上5分鐘充至120km的續航，其實已經改變了很多特斯拉消費者的用車習慣。而如果達到400kW以上充電功率的充電樁逐步普及，真正實現充電5分鐘、續航200公里，將會對整個行業的技術走向、電動車的用車生態產生質的變化。
