要解決電動汽車的核心痛點(diǎn)主要有兩條路徑,一個是增加電池密度提升續(xù)航里程,另一個就是縮短充電時間。從用車習(xí)慣的角度來講,縮短充電時間其實(shí)要比增加續(xù)航里程更重要。如果為電池充滿電量的時間與加滿一箱油差不多,而獲得的續(xù)航里程也與一箱油能跑的距離相仿,那么電動汽車的用車痛點(diǎn)也將不復(fù)存在。
文丨智駕網(wǎng) 長金
在快充市場的明星公司,以色列StoreDot公司日前在以色列舉行的“EcoMotion Week 2022”活動上對外展示了自己的動力電池快充技術(shù),在5分鐘的時間內(nèi)為電動汽車補(bǔ)充可行駛100英里(160公里)的電量。
這一技術(shù)有望在2024年量產(chǎn)。
這是已知的動力電池可驗(yàn)證的最快充電效率,正接近于人類加油的時間效率。
這是歷史性的一幕嗎?
StoreDot首席博士阿米爾·蒂羅什將“特斯拉Model S Plaid在4.3秒內(nèi)從靜止加速到100英里/小時認(rèn)為是衡量汽車與1953年阿爾法羅密歐迪斯科Volante在17.8秒內(nèi)加速至100英里/小時相比的進(jìn)步程度。
而在充電方面,類似的進(jìn)步即是實(shí)現(xiàn)在2分鐘內(nèi)充電100英里,將現(xiàn)有技術(shù)再提升一倍以上的性能。
StoreDot此次演示的,是其中國合作伙伴億緯鋰能在中國工廠生產(chǎn)的一種名為“pouch”的電池,長度為300mm,寬100mm,其尺寸比特斯拉4680電池(寬46mm、高80mm)和傳統(tǒng)18650(寬18mm,高65mm)大不少。
據(jù)悉,在演示過程中,該電池在10分鐘內(nèi)就從零充電至超過80%的電量,并且電池溫度穩(wěn)定,從未超過33℃,遠(yuǎn)低于StoreDot公司技術(shù)人員設(shè)定的推薦工作溫度。StoreDot公司還表示,該電池在每個關(guān)鍵參數(shù)上都表現(xiàn)出了最佳水平。
StoreDot官方表示,這次演示進(jìn)一步驗(yàn)證了公司的“100inX”戰(zhàn)略技術(shù)路線圖",其計(jì)劃是:基于其極速充電(XFC)電池的硅主導(dǎo)陽極技術(shù)和“極高能量密度”半固態(tài)電池的進(jìn)步,設(shè)定了三個關(guān)鍵里程碑:
到2024年實(shí)現(xiàn)5分鐘內(nèi)充100英里電量(100in5),
到2028年實(shí)現(xiàn)3分鐘內(nèi)充100英里電量(100in3),
到2032年實(shí)現(xiàn)2分鐘內(nèi)充100英里電量(100in2)。
▲ StoreDot的Extreme Fast Charge路線圖
StoreDot研發(fā)副總裁Yaron Fein表示:"這項(xiàng)新技術(shù)是公司技術(shù)路線圖的又一個里程碑,我們已經(jīng)交付了能夠超過1200次連續(xù)極端快速循環(huán)的電池。而我們的目標(biāo),是在今年年底前完成可供電動汽車使用的電池完成1000次以上的循環(huán),并最終實(shí)現(xiàn)‘100in2’的目標(biāo)。”
充電效率的提升,取決于能量密度和電池總?cè)萘績蓚€關(guān)鍵因素。
在未來幾年內(nèi),電池能量密度的增加將在很大程度上取決于陽極和陰極性能的提高。
因此,硅主導(dǎo)陽極和三元陰極,如鋰鎳鈷錳,有望繼續(xù)推動電池能量密度的進(jìn)步。
▲LiB能量密度繼續(xù)上升。圖片來源:BNEF
阿米爾·蒂羅什博士表示,預(yù)計(jì)電池的能量密度(當(dāng)受到緩慢充電時)從2021年的約240Wh / kg增加到2024年的略高于300Wh / kg。在同一時期,標(biāo)稱電池組容量可能會從60kWh增加到超過75kWh。
同樣,預(yù)計(jì)行業(yè)充電率將從大約2.4°C提高到3.0°C,全行業(yè)100英里的充電時間將從2021年的16.7分鐘減少到2024年的9分鐘左右。
不過,他表示StoreDot在XFC電池中以硅為主導(dǎo)的陽極技術(shù)可以在2024年之前將其削減到6.3°C時約5分鐘。
他強(qiáng)調(diào)StoreDot公司的“100in3”高能量密度電池組在2028年左右的實(shí)現(xiàn)將標(biāo)志著電池性能的又一次巨大飛躍。
他預(yù)計(jì)彼時電池能量密度約為450Wh / kg,標(biāo)稱電池容量預(yù)計(jì)將達(dá)到92kWh,充電至100英里的時間減少到約3分鐘,效率再提高40%,然后到2032年減少到100in2(進(jìn)一步減少33%)。
但要在10年內(nèi)實(shí)現(xiàn)充電2 分鐘增加100 英里續(xù)航,預(yù)計(jì)StoreDot的電池到2032年將實(shí)現(xiàn)700Wh / kg的慢充電能量密度,容量為160kWh。
在這種形式下,StoreDot的“100in2”電池預(yù)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)在大約2分鐘內(nèi)增加100英里續(xù)航。
憑借990英里的潛在續(xù)航里程,由StoreDot的能量密集電池提供動力的電動汽車將達(dá)到甚至超過消費(fèi)者的每次充電續(xù)航里程期望,從而解決對續(xù)航里程和充電挑戰(zhàn)的擔(dān)憂。
不過阿米爾·蒂羅什博士認(rèn)為這不是StoreDot一家公司可以獨(dú)立完成的,電動汽車構(gòu)成了一個更大的生態(tài)系統(tǒng)的一部分,該生態(tài)系統(tǒng)也必須與電池同步發(fā)展。
雖然電池組的設(shè)計(jì)和化學(xué)成分在確定電池安全充電時間方面起著重要作用,但外部因素,如充電站的輸出功率以及充電電纜和插頭的載流能力,都必須支持極速充電,以增強(qiáng)用戶體驗(yàn)并確保電動汽車在全球的快速采用。
目前,對于3級直流充電,組合充電系統(tǒng)(CCS)規(guī)范支持在1,000V下連續(xù)高達(dá)400A,功率為400kW,盡管有幾家公司制造了可輸出高達(dá)500A的CCS充電器。
在亞洲,以日本CHAdeMO為主的協(xié)會與中國國家電網(wǎng)公用事業(yè)運(yùn)營商之間的聯(lián)合開發(fā)項(xiàng)目旨在將其提高到1,500V和600A時的900kW。
沒有這些技術(shù)的支持,想實(shí)現(xiàn)2分鐘增加續(xù)航100英里是不現(xiàn)實(shí)的。
而在“EcoMotion Week 2022”活動的技術(shù)探討環(huán)節(jié),StoreDot首席執(zhí)行官Doron Myersdorf也提出了大幅改善電動車充電時間的倡議。
他認(rèn)為,只有改善充電時間,才能加速大規(guī)模電氣化交通的普及,當(dāng)人們可以在與加油站相同的時間內(nèi)為他們的汽車充電時,電動車才能被更多的消費(fèi)者真正接納。
簡單的說,讓充電變得像加油一樣方便是StoreDot的目標(biāo)。
根據(jù)官方公布的信息,StoreDot的快充技術(shù)將繼續(xù)接受汽車制造商的測試。
而同在“EcoMotion Week 2022”活動現(xiàn)身的汽車產(chǎn)業(yè)相關(guān)企業(yè),還包括了通用汽車、沃爾沃、福特、現(xiàn)代、雷諾-日產(chǎn)-三菱聯(lián)盟和大陸等,StoreDot的快充技術(shù)是否會引起車企們的興趣,值得后續(xù)關(guān)注。
不過戴姆勒和沃爾沃汽車已經(jīng)是它的投資人了。
對于中國市場來說,StoreDot是一個相對陌生的名字,這家公司成立于2012年,總部位于以色列的特拉維夫。該公司致力于電池技術(shù),可以在短短數(shù)十秒內(nèi)為手機(jī)充電,或在幾分鐘內(nèi)為電動汽車充滿電量。
但因與億緯鋰能的合作,在中國動力電池市場已經(jīng)有不小的知名度。
StoreDot的充電效率上的突破,據(jù)稱是其利用納米技術(shù)合成了一種人造高分子材料,使用該材料開發(fā)出的電池可以更快的速度存儲更高的電量。
專家解釋,這就像超高密度的海綿,能夠迅速吸收并保存水分一樣。
這有望徹底解決電動汽車的核心痛點(diǎn)——充電時間太長,一旦這一技術(shù)投入使用,勢必將迅速改變汽車市場的格局,電動汽車將因此大大加快取代燃油車的節(jié)奏。
也正因?yàn)槿绱耍琒toreDot的快充技術(shù)早就引起了相關(guān)企業(yè)的注意,戴姆勒在2017年9月就對其投資了6000萬美元,同時參與投資的還包括三星風(fēng)投(Samsung Ventures)。
戴姆勒商用車業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人Martin Daum稱:“快速充電技術(shù)是一項(xiàng)非常重要的研究議題,對擁有戴姆勒各卡車品牌的車隊(duì)運(yùn)營商而言更是如此,公司正與StoreDot共同致力于改進(jìn)該項(xiàng)技術(shù)。”
戴姆勒在對電動卡車進(jìn)行研發(fā)時表示,由于電池成本過高、卡車載重后耗電量大,進(jìn)而導(dǎo)致車輛需要頻繁充電,這兩大難題影響了電動卡車研發(fā)的推進(jìn)。
StoreDot首席執(zhí)行官Doron Myersdorf表示:“若能夠在五分鐘內(nèi)完成車輛的充電,將大大緩解司機(jī)的焦慮情緒。若駕駛員知道鎮(zhèn)上某處充電站只需花費(fèi)5分鐘就完成充電,就像為內(nèi)燃機(jī)車加油一樣便捷,他們會支持電動車的推廣的。”
2021年4月30日,億緯鋰能與StoreDot簽訂了《電動汽車戰(zhàn)略合作框架協(xié)議》,雙方就電動汽車電池分三個階段進(jìn)行合作,有效期至2024年12月31日。
根據(jù)協(xié)議:
第一階段雙方將聯(lián)合研發(fā)和樣品測試,滿足試驗(yàn)生產(chǎn)線的制造工藝,并制造工程樣品,以供StoreDot、億緯鋰能和電動汽車潛在合作伙伴評估;
第二階段將啟動小批量生產(chǎn);
第三階段將成立合資企業(yè),生產(chǎn)用于電動汽車的電池。
其實(shí),億緯鋰能與StoreDot的合作在2018年11月就已開始,雙方在量產(chǎn)“超高速可充電電池”方面建立了合作關(guān)系。之后,雙方還在2019年3月、2020年3月簽訂了框架協(xié)議修正案,以延長合作時間,深入合作對第一代快充電池、第二代快充技術(shù)進(jìn)行研發(fā)。
2022年4月,沃爾沃也宣布加入,通過其風(fēng)險(xiǎn)投資部門沃爾沃汽車技術(shù)基金(Volvo Cars Tech Fund)投資了StoreDot,助力其在2024年實(shí)現(xiàn)“100in5”計(jì)劃落實(shí)。
據(jù)悉,沃爾沃與StoreDot的合作將在沃爾沃和Northvolt建立的合資企業(yè)落地,該企業(yè)已經(jīng)在瑞典擁有研發(fā)實(shí)驗(yàn)室和電池工廠。
這一投資項(xiàng)目,將令沃爾沃獲得StoreDot的快充技術(shù)。
在2021年11月的時候,StoreDot宣布已經(jīng)可以量產(chǎn)化學(xué)成分類似特斯拉4680的新電池,從零到完全充滿電量僅需10分鐘,而特斯拉當(dāng)時宣稱可以在15分鐘內(nèi)將4680電池充滿。
之后,StoreDot開始著手實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn),并準(zhǔn)備將電池送往汽車制造商進(jìn)行測試。
StoreDot首席執(zhí)行官Doron Myersdorf表示:“我們的技術(shù)以同樣的成本減少了50%的充電時間,但新技術(shù)的大規(guī)模生產(chǎn)仍需要時間。同時,新技術(shù)在全球汽車制造商手中進(jìn)行測試也非常關(guān)鍵。距離2024年還有兩年時間,屆時新電池的大規(guī)模制造將成為現(xiàn)實(shí)。”
在電動汽車的發(fā)展初期,存在兩大核心痛點(diǎn),一個是續(xù)航里程低于燃油車,另一個是充電時間過長。
現(xiàn)階段,續(xù)航里程短的問題已經(jīng)基本解決,市場上的主流車型都已經(jīng)突破了500km大關(guān),越來越多的車型甚至開始突破700km。
然而,充電時間過長的問題一直沒有本質(zhì)提升,即便采用快充樁充電,量產(chǎn)車型仍需要40分鐘以上才能充滿。
但針對快充技術(shù),很多科技企業(yè)都在重金布局,國外企業(yè)包括瑞士AB、lonity、LG化學(xué)、英國石油公司(BP)等,中國企業(yè)包括寧德時代、蜂巢能源、領(lǐng)湃能源、微宏動力等。
據(jù)悉,蜂巢能源的第二代4C快充電芯容量為165Ah,從20%充到80%的快充時間只需10分鐘,預(yù)計(jì)將在2023年第二季度量產(chǎn),寧德時代的快充電池則可以在15分鐘內(nèi)充滿至80%。
在整車企業(yè)方面,上汽、廣汽、比亞迪等主流車企也都發(fā)布了快充規(guī)劃。
其中,上汽通用計(jì)劃到2025年沿用350V電壓平臺,充電功率200-250KW;廣汽乘用車到2025年將會在700-800V電壓平臺的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步提升;比亞迪到2025年計(jì)劃將最大充電電流提升到300-400A,最大充電功率達(dá)到200-300kW。
實(shí)現(xiàn)快充技術(shù)有兩條技術(shù)路線,一個是大電流快充技術(shù),一個是高壓快充技術(shù)。
特斯拉采用的是大電流快充技術(shù),屬于并聯(lián)充電方式,技術(shù)難度較大,對電池的各個部分進(jìn)行分區(qū)同時充電,對電路要求高,但安全性也高。
高壓快充技術(shù)則被汽車企業(yè)廣泛采用,技術(shù)難度相對小一些,但發(fā)熱量較大,對于車輛的動力電池散熱技術(shù)要求更高。
但經(jīng)過多年發(fā)展,該技術(shù)也日益成熟,安全性得到了大幅提升。
但無論是大電流快充技術(shù),還是高壓快充技術(shù),都在不斷發(fā)展升級,行業(yè)內(nèi)規(guī)劃的快充技術(shù)路線圖也對發(fā)展趨勢做出了預(yù)測。
未來,“超級快充技術(shù)”或?qū)⑦_(dá)到600A、1.5kV(1500V)、400kW以上的技術(shù)指標(biāo)。
一旦這一目標(biāo)達(dá)成,用“加滿一箱油的時間”獲得超過燃油車?yán)m(xù)航里程的電量就將成為現(xiàn)實(shí)。
屆時,電動汽車的核心痛點(diǎn)就將不復(fù)存在,電動車取代燃油車將徹底實(shí)現(xiàn),純電出行時代就將真正到來。