在政策和市場的雙重驅動下,2023年中國新能源汽車產銷分別完成958.7、949.5萬輛,同比分別增長35.8%、37.9%,滲透率達到31.4%。
充電速度慢或是造成EV滲透率增長緩慢的核心原因之一。根據華為發布的中國高壓快充產業發展報告的數據,用戶最大的顧慮是“充電不方便”,當前電動汽車平均充電時長普遍在1小時及以上,且匹配快充需求的直流充電樁數量不足,無法滿足用戶快速補能需求。目前國內多家廠商積極布局高壓快充方案,高壓快充可以大幅提升充電功率,縮短充電時間,給用戶帶來更好的使用體驗。目前我國新能源車市場以EV為主,2023年我國EV銷量約占新能源車總銷量的70%。綜上所述我們認為,若高壓快充滲透加速快速提高補能速度,或將驅動新能源車滲透率二次提高。
圖表:2023年新能源車銷量及滲透率
數據來源:中研普華產業研究院整理
充電樁密度分配待優化:從量上看,近年來,公共與私人充電樁保有量雖逐年上升——根據中國充電聯盟數據顯示2023年全年樁車增量比為1:2.8,但樁車比離《電動汽車充電基礎設施發展指南(2015-2020年)》中設定的2020年樁車比接近1:1的目標仍存在一定差距。
單次充電效率待提升:主要體現為充電時長亟待縮短。截至2022年底,已建設的充電樁以小功率慢充為主,滿足大功率快充(250kw以上)的充電基礎設施數量嚴重不足。以新能源汽車保有量最大的上海市為例,截至到2023年2月底,上海市共有約14.76萬臺公共充電樁,充電槍16.49萬個,120kW以上的快充直流充電槍10875個,僅占6.59%。根據華為中國高壓快充產業發展報告,如果按照現有車樁比測算,要滿足1300多萬臺高壓快充需求,2023-2026年行業需要再增加98萬臺1000V高壓直流樁。可以看出,大功率充電樁數量與新能源車數量比才是關鍵痛點。
高壓快充是提升充電效率的突破口。充電時長(h)=電池容量(kWh)/充電功率(kW),容量一定的情況下提升充電功率加快鋰離子的遷移速度將有效縮短充電時長。根據公式P=UI,提升功率的方式有兩種,分別是提升電流或提升電壓。相較于提升電流方案,高電壓方案存在諸多優勢:
1.高壓快充功率更高,能夠緩解充電時間焦慮。
在400V電壓平臺下,當前E/E電氣架構較難突破500A,即200KW以上的快充;而800V高壓系統可以將極限突破到350-400kW,這種情況下如果按照長續航車輛電池100kWh的容量從20%充電至80%,僅需9分鐘。2024年4月,寧德時代發布全球首款兼顧1000km續航和4C超充特性的磷酸鐵鋰電池新品——神行PLUS,實現了充電10分鐘即可補能600km續航。商用車端,2024年5月億緯鋰能發布商用車超充電池——開源電池,實現15分鐘即可從20%快充至80%SOC,相較于常規電池,充電時間縮短了67%,極大提升了商用車的運營效率。
2.高壓快充方案減重優勢明顯。
根據保時捷的研究,由于其旗艦車型Taycan的電池電壓翻了一番,Taycan已經減少了30公斤的電氣線束。因為其在150KW系統中使用了高壓平臺而不是400V平臺,電流從375A降至125A,每米銅的重量可減少63%。由于線束橫截面減小了三倍以上,高壓電纜通常顯示出更大的布線靈活性,從而促進了封裝和制造。此外,根據FutureeDrive-Technologies的測算,800V平臺下100KWh的電池有望減重達25kg,減重的效果較為明顯。而通過提升電流的方式來提升充電功率,需要加大線纜的截面積來增加通流能力,這會帶來充電部件體積、重量的增加,影響用戶操作的便利性。
3.高壓快充在充電、行駛時造成的能量和部件損耗更低。
相比400V大電流系統,800V高壓系統充電電流、電池、電驅以及其他高壓部件電流更小,電池損耗,線束損耗以及充電樁損耗都可以降低,實現充電節能,駕駛節能。此外,適用于高壓平臺的第三代半導體碳化硅技術的引入也將進一步促進各高壓部件尤其是電驅部件的能耗降低。
800V高壓平臺車型是當前頭部車企布局的主力。近年各大廠商積極布局高壓方案,問界、理想、阿維塔、小鵬、極氪、合創、捷尼賽思、保時捷等眾多車企發布800V快充技術。此現象說明當前較多車企已經突破技術應用壁壘,預計下一階段800V高壓快充將進入發展加速期。
從公布車型價格和數量情況上來看,800V高壓已由高端車型下滲,隨著SiC、快充電池等核心部件的成本降低,中低端車型亦有快充需求,下一階段B/C級車或將為主流,800V及以上電氣架構升級具備長期趨勢。因此,在目前EV電壓普遍在400V左右的情況下,預計800V高壓平臺架構將成為未來主流選擇。
國家陸續出臺了多項政策,鼓勵充電樁行業發展與創新。此外,在技術標準方面,2023年9月13日,國家工業和信息化部公告表示,由工業和信息化部提出、全國汽車標準化技術委員會歸口的《電動汽車傳導充電用連接裝置第1部分:通用要求》和《電動汽車傳導充電用連接裝置第3部分:直流充電接口》兩項推薦性國家標準正式發布。根據電動汽車充電技術發展和快速補電需求,工業和信息化部組織全國汽車標準化技術委員會完成了兩項推薦性國家標準修訂工作,實現了對原有2015年版國標方案的全新升級,有利于進一步提升傳導充電連接裝置的環境適應性、安全性和可靠性,并同時滿足直流大功率充電的實際需要。
受產業鏈慣性影響,800V充電樁以及800V車載高壓部件等配套短期內還不完善,不足以支撐終極800V高壓系統的快速推廣,當下需要重點考慮兩點:兼容400V充電樁和800V充電樁應用;兼容某些400V車載部件應用。這就衍生出五種不同的800V高壓系統下汽車系統架構設計方案。