【深度】解析电动汽车800V高压充电技术现状及趋势

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    发表于:03月28日 22:47  浏览量: 649  来源: 未知
摘要:虽然电压平台的升高,意味着电动车诸多零部件的重新开发设计,以及高压充电网络从无到有的布局建设,让我们距离产品的普及还有很长一段距离要走。但就像快充技术改变了大家使用智能手机的习惯,电动车高电压平台技术的落地也会对电动车产品的技术走向和使用体验产生巨大的影响。当基于电压平台升高的量变,使电动车的便利性达到了媲美燃油车的质变,那么取代燃油车的那一天还会远吗?


什么是高电压平台/实现高电压平台需要哪些条件

电动车会取代燃油车吗?电动车什么时候能像燃油车一样便利?虽然在动力、噪音、使用成本等方面电动车已经甩开燃油车一个身位,随着续航超过1000km的车型陆续亮相续航焦虑也得到了很大程度的缓解,但充电慢、充电难依旧是电动车无法颠覆燃油车的“阿喀琉斯之踵”。为了解决这一问题,高电压平台技术和与之配套的超级充电桩是目前最被看好的解决方案之一。那么,电压平台升高的量变如何使电动车实现便利性媲美燃油车的质变,距离这一技术的广泛应用又还有多长的路要走呢?


堪称电动车领域的“新基建”

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  受限于硅基IGBT功率元器件的耐压能力,之前电动车高压系统普遍采用的是400V电压平台。基于该电压平台的充电桩中,充电功率最大的是特斯拉第三代超级充电桩,达到了250kW,工作电流的峰值接近600A。如果想要进一步提高充电功率、缩短充电时间,就需要将电压平台从400V提升到800V、1000V甚至更高的水平,来实现高压系统的扩容。


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  800V电压平台搭配350kW超级充电桩所能实现的充电速度,不仅比目前常见的120kW直流快充桩要快上很多,更逐步接近传统燃油车在加油站加油的使用体验了,尤其对于没有家用充电桩安装条件、充电依赖公共充电设施的用户来说是一大利好。而根据业内人士分析,在我国超级充电桩国标落地后,充电桩的最大充电功率有望达到600kW以上,“充电五分钟、续航200公里”也将从一句玩笑变成现实。到那时,你还会担心电动车的充电问题吗?

  与此同时,在用电功率相同的前提下,电压等级的提高还将减小高压线束上传输的电流,这将缩减高压线束的截面积,达到降低线束重量、节省安装空间的效果。


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结果很简单但过程很复杂

  虽然从实现的功能上来说,高电压平台技术看起来并不复杂,只是升高了整车的电压。但对于技术的开发和应用,却是“牵一发而动全身”的大工程。

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  目前主流的动力电池包,已经能够支持2C充电倍率(充电倍率是充电快慢的一种量度,充电倍率=充电电流/电池额定容量),通过电解液添加剂、各向同性石墨、石墨烯等材料的使用,可以一定程度上提升电池材料的电导率,改善高电压下三元材料的稳定性。但这些方案并不能从根本上避免副反应的发生,如果想要实现4C甚至6C充电倍率的超快充,还需要在电池材料、高控制精度的BMS(电池管理系统)等方面实现突破。

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  在电驱动系统方面,电压的提高会对绝缘能力、耐压等级以及爬电距离提出更高的要求,将对电气部件的设计和成本带来影响,但在工业电机等领域还是有比较丰富的高压应用经验可以借鉴,主要的难点在电机控制器的核心元件——功率半导体器件。目前满足车规级标准的功率半导体器件中,最主流的硅基IGBT耐压等级在600-750V,能在800V平台上使用的高压IGBT产品并不多,还存在着损耗高、效率低的缺点。

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  只是由于目前在产能和成本方面仍无法与IGBT相媲美,碳化硅器件的普及还需要时间,业内对2025年碳化硅MOSFET的渗透率预期普遍在20%左右,未来几年内IGBT仍将是电驱动系统最主流的功率半导体器件。

  在空调压缩机、PTC、DCDC、车载充电机等部件方面,面向高电压平台的开发也在进行中。根据业界人士的分析,相关的量产工作均有望于今年年内完成,一旦产业链趋于成熟,可以快速拉低整个制造成本。

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  星星充电、普天新能源、特来电等充电服务商,均具备了400kW以上充电桩的技术储备。但目前我国采用的电动汽车充电标准还是2015年颁布的,最大电压和电流分别为950V、250A,最大充电功率被限制在240kW。充电桩新国标的落地,也将进一步推动相关产品的应用。

  总的来说,电动车高电压平台技术所需的配套方案已经基本具备,何时进行高电压平台的量产开发工作、以何种方式应用这一技术的问题,已经摆在了各个车企面前。


车企都有什么动作/距离技术普及还有多远
车企在高电压平台方面的布局

  在高电压平台方面,第一个吃螃蟹的是2019年上市的保时捷Taycan。出于对充电速度和持续性能的追求,Taycan率先量产了800V电压平台,但作为“先行者”,保时捷也承担了相应的开发风险和挑战,受限于各零部件开发进度的不同,最初的Taycan并没有拿出一个完全由800V用电器组成的电压平台,并在电池的快充速度上进行了一定的妥协和让步。


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  不惜在车上增加如此复杂的电压转换设备,保时捷Taycan最主要的目的就是要缩短用户在充电上付出的时间成本。而在其他高压部件以及电池快充能力取得进步之后,保时捷Taycan及其后续车型还有望在350kW充电功率的基础上,进一步发掘出800V电压平台的潜力。


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  如果对于你来说,保时捷Taycan有些高不可攀,别急,高电压平台技术也在覆盖更多平民车型。现代汽车就在其E-GMP平台上使用了800V电压平台,基于此平台开发的IONIQ(艾尼氪)5已经完成亮相。

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  奔驰的EVA平台、通用的第三代纯电动平台、捷豹路虎的电气化平台,也都纷纷选择了800V作为车辆的运行电压。此外,虽然MEB平台的车型才上市不久,但大众也迫不及待地提出了Trinity项目,预计将于2026年应用800V超充技术。

  国内方面,比亚迪是较早布局相关技术的厂商。借助高压IGBT方案,比亚迪将e平台旗下车型的电压提升至了600V以上,唐新能源更是达到了700V。

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  此前专注于增程式方案的理想汽车,也计划在高压纯电动平台上推出多款纯电动车型,通过对400kW充电桩的支持,实现10分钟提升300-500km续航的补能速度。可以说,国内厂商在高电压平台方向上的开发工作也并不落后。


前景很美好但距离很遥远

  虽然高电压平台+超级充电桩技术的发展,为电动车描绘出了一个美好的未来,但在落地推广的层面,还是陷入了“先有鸡还是先有蛋”的争执中。

  对于整车厂来说,在没有基础设施配套的前提下,推出一款高电压平台的产品仍将使用户面临充电困难的问题。对此,北汽蓝谷、岚图汽车的相关人士均表示,虽然一直在关注高电压平台和超级充电桩技术的发展,但尚未有推出相关车型的打算。


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  无论是“车等桩”还是“桩等车”,整车厂和充电服务商的顾虑都是可以理解的,还需要国家在充电基础设施建设和电动车开发方向上,加以引导和推动。


总结:

  虽然电压平台的升高,意味着电动车诸多零部件的重新开发设计,以及高压充电网络从无到有的布局建设,让我们距离产品的普及还有很长一段距离要走。但就像快充技术改变了大家使用智能手机的习惯,电动车高电压平台技术的落地也会对电动车产品的技术走向和使用体验产生巨大的影响。当基于电压平台升高的量变,使电动车的便利性达到了媲美燃油车的质变,那么取代燃油车的那一天还会远吗?


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