充電的兩大問題,充電速度和充電樁密度,目前發(fā)展得怎樣了?一方面更多的品牌開放充電樁,一方面更快的充電新技術正日益成熟。電動汽車的充電焦慮不再是制約電動汽車發(fā)展的主要問題。
特斯拉對電車市場的顛覆性影響,正在進一步擴展到充電領域。
據(jù)路透社報道,日前,美國華盛頓州一名官員表示,如果電動汽車充電公司想獲得聯(lián)邦政府資助,并參與其高速公路電氣化項目,就必須包含特斯拉的充電插頭。
此前,德克薩斯州已明確強制要求推行特斯拉的NACS充電接口。
與之相對應的,是福特、通用,以及美版造車新勢力Rivian均宣布將接入特斯拉充電網(wǎng)絡?,F(xiàn)代與Stellantis則表示正在考慮,甚至奔馳,也在評估特斯拉NACS的技術實施,或將采用特斯拉充電標準。
除了車企,北美和歐洲最大電動車充電網(wǎng)絡運營商ChargePoint Holdings和Blink Charging、EVgo以及Wallbox NV等,也宣布接入NACS。
可以說,特斯拉是在以一己之力,改變美國的充電市場。是否會進而為全球的充電市場帶來改變?并非沒有可能。
電車市場發(fā)展到今天,最突出的問題依然是補能。而其中的兩大困難,一是速度,二是密度。
換電能解決速度問題,但換電站建設成本以及統(tǒng)一電池標準的困難,要解決其密度問題相比充電方案,難度更大。因而,超級快充也成為行業(yè)普遍認為解決電動車補能焦慮的終極方案。
01.特斯拉統(tǒng)一北美?
特斯拉開放其充電網(wǎng)絡,對于特斯拉自身而言,不僅可以分攤成本,還能增加盈利。據(jù)摩根士丹利測算,假設未來電動車普及率達到30%,特斯拉充電站市場份額達到80%,以70%充電站業(yè)務利潤率計算,到2030年,特斯拉的充電業(yè)務估值將超過1000億美元。
而對整個市場來說,一方面是為電動車主提供了更多充電的選擇,同時,特斯拉NACS充電標準相較于北美的另一套標準CCS本身也有著鮮明的優(yōu)勢。
目前,全球共有五種標準的充電接口,分別是北美地區(qū)的CCS1、歐洲地區(qū)的CCS2、中國的GB/T、日本的CHAdeMO,以及特斯拉專用的NACS。
不過,國產(chǎn)的特斯拉是支持中國標準的。
在電動車的各項技術上,特斯拉一直是行業(yè)的先行者。充電亦然。2012年發(fā)布Model S時,特斯拉便公布了自有的充電標準,當時的名字是Tesla Charging Connector,即特斯拉充電插頭。
2022年11月,特斯拉宣布開放自有的電動車充電插頭設計,同時將該標準名改為NACS,North American Charging Standard,即北美充電標準。顯然,特斯拉的野心是要將自己的充電標準作為北美的統(tǒng)一標準。
相較于目前北美官方統(tǒng)一的CCS1標準接口,特斯拉的NACS自有其優(yōu)勢。特斯拉在其官網(wǎng)上就表示,其充電接口擁有超過十年的經(jīng)驗,兼具交流與直流充電,尺寸僅CCS的一半,效率卻可達CCS的兩倍。
據(jù)特斯拉表示,NACS車輛與CCS車輛數(shù)之比為2:1,而NACS的充電樁數(shù)量則比所有CCS充電樁數(shù)量多出60%。
目前,特斯拉已經(jīng)在全球范圍擁有近5000個超級充電站和超過4.5萬個充電樁。對選擇特斯拉的車企來說,其好處是可以享受這些現(xiàn)成的充電網(wǎng)絡,節(jié)約成本。
通用汽車CEO瑪麗·博拉表示,通過與特斯拉NACS合作,通用可節(jié)省約4億美元的充電建設費用,而原本這筆費用可能高達7.5億美元。
但即便以特斯拉的規(guī)模,其充電樁數(shù)量放之全球依然可以用少得可憐來形容。
02.公共充電樁數(shù)量達到標準嗎?
根據(jù)中國電動汽車充電基礎設施促進聯(lián)盟數(shù)據(jù),今年1-5月,全國充電基礎設施增量為114.7萬臺。其中,公共充電樁增量同比上漲5.1%,私人充電樁同比增長24.5%。
截至5月,全國充電基礎設施累計數(shù)量為635.6萬臺,同比增長77.5%。而前五月全國新增充電樁數(shù)量與新增新能源汽車之間比例為1:2.6。
相比之下,即便是特斯拉,單獨一家車企所能建設的充電樁數(shù)量都非常有限。
和特斯拉一樣自建充電站的車企還包括蔚來、小鵬、極氪、廣汽埃安等。
但車企自建的充電樁數(shù)量和總數(shù)相比非常小。蔚來6月25日公布的數(shù)據(jù)顯示,目前蔚來已在國內(nèi)共建成充電樁16204根。
而以特來電、星星充電、云快充、國家電網(wǎng)等為代表的第三方充電樁運營企業(yè)則在車企自建樁的數(shù)十倍量級。
根據(jù)中國能源網(wǎng)統(tǒng)計顯示,截至2022年12月,特來電、星星充電和云快充運營的充電樁數(shù)量分別為36.3萬根、34.3萬根和25.9萬根。
從數(shù)據(jù)來看,即便是第三方運營商,任意一家的數(shù)量也不足以支撐起整個新能源市場。車企的自建樁更是無法承擔起這個重任。車企自建樁的意義更多的是為自家車主提供不同的體驗。
也因此,充電樁開放共享才是更可能達到充電設施足夠密度的途徑。
2018年,蔚來便已開始共享其充電樁,據(jù)蔚來統(tǒng)計數(shù)據(jù),2023年春節(jié)期間,有近76%的充電樁電量服務于比亞迪、特斯拉等第三方品牌的用戶。
此后,小鵬汽車、極氪和廣汽埃安也均在一定程度上實現(xiàn)了充電網(wǎng)絡的共享化。
特斯拉則于今年4月25日正式在中國大陸地區(qū)面向部分非特斯拉品牌新能源車輛試點開放充電站。首批試點開放的充電站中,包含10座超級充電站,120座目的地充電站,支持37款車型。
但另一方面,雖然截止5月,國內(nèi)充電樁數(shù)量已達635.6萬臺,但其中私家樁數(shù)量占了大部分,公共充電樁的數(shù)量并不樂觀。
中國電動汽車充電基礎設施促進聯(lián)盟數(shù)據(jù)顯示,截至2023年1月,全國充電基礎設施累計數(shù)量為541.1萬臺,而公安部數(shù)據(jù)顯示,截至2022年底,我國新能源汽車保有量為1310萬輛。
從這個數(shù)據(jù)來看,截至2022年底,我國新能源汽車與充電樁的比例約為2.42:1。
但同樣是中國電動汽車充電基礎設施促進聯(lián)盟的數(shù)據(jù),當前541.1萬臺充電樁中,僅有183.9萬臺為公共充電樁,按照一輛車配一根私家樁的比例,除去私家樁后,當前新能源汽車與公共充電樁的比例約為5.18:1。
而此前工信部發(fā)布的《關于組織開展公共領域車輛全面電動化先行區(qū)試點工作的通知》要求新增公共充電樁與新能源汽車推廣數(shù)量比例爭取達到1:1。
可見目前實際公共充電樁數(shù)量還遠未達到理想的比例。
而在全球市場上,按照此前拜登政府的規(guī)劃,希望到2030年時在美國道路上建設至少50萬個電動汽車充電站。
歐洲替代燃料觀測站(EAFO)的數(shù)據(jù)則顯示,截至2023年一季度末,歐盟共有498,000個充電樁。其中交流充電樁占89%,直流充電樁僅占11%。根據(jù)規(guī)劃,到2025年,歐盟成員國須確保歐洲主要路線沿線每個方向最大距離60公里內(nèi)設有快速充電站,到2030年,總共安裝680萬個乘用車公共充電樁。
無論在中美還是歐洲,在充電樁的數(shù)量問題上,挑戰(zhàn)依然存在。
03.超級快充發(fā)展如何?
而在提高充電效率上,超級快充也是業(yè)內(nèi)公認的解決方案。
從充電原理來看,電池充電電量=充電功率×時間,因此充電功率越大,充電時間也就越短。而充電功率的原理則是充電功率=系統(tǒng)電壓×充電電流,因此,要提高充電功率可以增大充電電流或提高電壓。
由此也就衍生出兩條超級快充的路線,低電壓高電流或高電壓低電流。增大充電電流的路線對電池熱管理要求較高,需要對電芯的材料體系和結構進行升級,以降低電池在快充過程中產(chǎn)熱和析鋰,避免引起熱失控等安全問題,目前的主要代表就是特斯拉。
相對來說,高壓路線對電池熱管理的壓力稍小,因此也是目前大部分企業(yè)采用的路線。但同時,高壓路線也會對車輛零部件和元器件提出更高要求,例如被提及最多的功率半導體。
目前電動汽車的充電電壓一般在350V左右,而如小鵬、廣汽埃安、比亞迪、極氪等車企均已推出了800V平臺。電壓升高后,對硬件耐壓等級及開關損耗要求都會提升,功率半導體器件就需要從原來的IGBT換成碳化硅MOSFET。但目前,碳化硅MOSFET由于未實現(xiàn)規(guī)模效應,在成本上還不占優(yōu)勢,因而也對高壓快充的成本造成了一定的壓力。
有趣的是,碳化硅行業(yè)原本是特斯拉帶動的,但在年初的投資者日上,馬斯克又稱要將特斯拉車型中碳化硅芯片的使用量減少75%,一時將碳化硅市場打入了冷宮。
高壓路線最早的代表是保時捷Taycan,可實現(xiàn)22.5分鐘充電 80%,相當于300公里的續(xù)航能力。目前已推出800V高壓平臺車型的車企包括極狐、阿維塔、小鵬、理想、廣汽埃安、極氪、比亞迪等。
充電樁主要分為直流充電與交流充電。直流充電可直接為電池補能,而交流充電則需先將交流電轉換為直流電后才可為電池充電,因而我們常說的快充樁采用的是直流充電,充電功率普遍在7kW-240kW之間。
根據(jù)規(guī)劃,到2025年實現(xiàn)普遍充電功率達到200kW-400kW。
據(jù)星星充電相關人員表示,目前最普及的充電樁功率在180kW左右,以一樁兩槍來計,則為單槍90kW。而其最新一代充電樁的功率為360kW。
而特斯拉的超充樁已經(jīng)從第一代的90kW充電功率發(fā)展到第三代充電樁的250kW。V3超充樁可實現(xiàn)充電5分鐘,續(xù)航120km。
今年3月,特斯拉首個V4超級充電站在荷蘭投入使用,并內(nèi)置CCS接口,也向其他品牌電動車輛開放。V4最大充電功率350kW,可實現(xiàn)5分鐘補能168km。
日前在理想科技日上,理想發(fā)布5C電池800V平臺,據(jù)稱可做到峰值功率超過500kW,9分半即可實現(xiàn)續(xù)航400公里,充電22分鐘可實現(xiàn)續(xù)航600公里。而小鵬剛發(fā)布的G6也可實現(xiàn)充電10分鐘,續(xù)航300km。(詳見《5C電池800V高壓快充會終結換電模式嗎?》)
不過,目前超充的問題是,一方面,超充成本高昂,目前只能在部分高端車型上落地,要做到普及還需要解決成本和規(guī)模問題。
其次,超充站需要大量的用電符負荷,當大量超充樁同時運行時,可能會影響到電網(wǎng)的穩(wěn)定。
因此,布局超充樁,一方面需要對配電網(wǎng)絡進行改進,同時,光儲充一體站也成為普遍的解決方案。特斯拉V4超充站就采用了太陽能電池板發(fā)電,現(xiàn)場儲能,并為電動汽車充電的方案。
寫在最后:
電動車的補能焦慮能解嗎?理想狀態(tài)來說,解決了速度和密度問題,自然是可以實現(xiàn)的。但現(xiàn)實情況下,要解決布局問題和成本效益,仍然不是短期內(nèi)能實現(xiàn)的。
據(jù)星星充電工作人員表示,目前廣東省的充電市場非常卷,入局充電的企業(yè)多達上百家,而在某些地區(qū),通常只能看到頭部三家,而且充電樁數(shù)量寥寥可數(shù)。尤其在三四線城市、東北城市,由于新能源車滲透率相對較低,布局充電樁的效益不高。而充電樁數(shù)量少,同時又導致了純電車的購買力低。
但值得期待的是,隨著技術和市場的成熟,問題正在一步步得到解決。