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经达到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?
换电的红与黑
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太高了,并且电池技术在不断发展,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一定程度缓解,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有使用过充电模式,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,特斯拉Model 3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上较为明显,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,纠结下还是选择了退订。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可以进一步下降至90mm,一来地台高度可以比肩燃油车,二来电池质心高度的进一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,谨慎入场的飞凡可以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,以及飞凡宣称的可以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,电池技术会不断进步,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意味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。
800V的漫漫征途
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,会进一步加剧资源闲置问题。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快速发展,最终的投入产出比会远大于换电。推进高压超充基础建设,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也因上述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”,这就很容易造成,一个品牌车型只有在自己的品牌充电桩下,才可实现最大功率的补能。
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”的纠结必须解决,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。
本文作者为踢车帮 孙小树
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