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替代燃油车,电动车就差高压快充了?

时间:2022-06-22 07:10:41 来源:

最近,燃油车车主们感受到了双重暴击。

6月15日零时,国内再次迎来了新一轮成品油调价,大部分地区95号汽油突破或逼近10元/升。

不少电动车品牌还不忘火上浇油。

小鹏汽车在其微信公众号上,非常“温馨”地提示:“95号汽油或将突破十元”,并加了句摘要——“幸亏我是加电的,省油100%”,大有挑衅的意味。

来源 / 小鹏汽车微信公众号

尽管省油,但电动车的缺点,一只手都数不完,最知名的Bug,应该算是充电难、充电慢。去年十一,“8小时车程电动车花了16小时”、“充电1小时排队4小时”的新闻依旧历历在目。

不过,最近有些车企跳出来说,“里程焦虑”已经解决了。

小鹏汽车即将上市的新车G9,号称能达到“充电5分钟,续航200km+”的水平。已经上市的极狐阿尔法S全新HI版,据说充电10分钟即可补充200公里的续航里程。

这些能快速补能的电动车,都是因为搭载了一个黑科技——800V高压平台。

2019年,高压快充技术就已经来到了市场,当时保时捷率先量产800V高压平台电动车Taycan。在国内,车企也掀起了一轮800V平台车型的发布热潮,比亚迪、长城、广汽、小鹏、极氪甚至是华为都在相继推出或计划推出800V平台。

2022年,不少搭载了800V平台的车型开始量产上市。这个所谓的800V高压平台究竟是怎么一回事?人们能靠着这个平台,摆脱“里程焦虑”吗?

什么是800V高压平台?

很多人将电动车的充电方式与之前的手机行业类比。某种程度上来说,这也确实没毛病。

早些年,手机补能方式就是换电池,后来技术提高了,人们不用再抠电池,转而采用大功率快充技术。

现在的电动车行业也是按照这个思路发展的。一拨企业在拼命地建换电站,比如蔚来、吉利、长安、上汽等,最近宁德时代也加入了换电的队伍。另一拨企业走的是大功率快充路线,也就是提高充电速度。

我们学过初中物理的都知道,P (充电功率) =U (电压) *I (电流) 。在电池容量不变的情况下,要想提高充电功率,要么提高电流要么提高电压。

因此,大功率快充路线上,也分出两个阵营,一个阵营在拼命提高电流,主要玩家就是特斯拉。

从第一代超级快充进化到第三代超级快充,特斯拉超充桩的电流从250A提升至640A,超充功率也从100kW提升至250kW。这个充电效率,在行业里算是领先的。国家电网最常见的快充桩功率也不过60kW、120kW两种,家用充电桩普遍功率为7kW左右。

但是提升充电电流并不是那么容易的事儿,也不是所有人都能成为特斯拉。根据焦耳定律 (Q=I2Rt) ,电流的提升将大幅增加充电过程中的热量,对散热要求很高。为此,特斯拉专门研发了高度集成的“电池热管理系统”和“电池管理系统BMS”。

来源 / pexels

并且,大电流充电桩极度依赖自建体系,推广成本高。

所以,国内的大部分车企,都选择了另一条路,就是通过提高电压来提高充电效率。

当前主流新能源整车高压电气系统电压范围一般为230V-450V,取中间值400V,统称之为400V系统。

不过,这400V的高压系统放到今天,明显是不够用了。基于这种电压系统,充电功率最大的是特斯拉第三代超级充电桩,能够做到15分钟为车辆补充约250公里的续航里程。但是,要想把一辆特斯拉Model 3充满,最快也得需要半个小时。

于是,现在各个车企都在拼命提高整车高压电气系统的电压,布局800V高压快充平台。在电流不变的情况下,电压从400V提高到800V,充电功率显然大大提高,充电时间也能大幅缩减。

从理论上来说,依靠800V高压快充,电动车有可能变得像燃油车一样,补能只需几分钟,效率高还方便。

从400V提升到800V,没那么简单

但要想把电压从400V升级到800V,不是说换个充电桩或者调整一下电压这么简单。

理想汽车总裁沈亚楠在接受媒体采访时指出:高电压平台牵扯到很多,比如电控,肯定是高电压,碳化硅IGBT一定要用上,电机本身的设计也会有区别……整个行业产业链上的环节都要更新。

原先,电动车上的零部件都是适配400V高压系统的。

以“功率器件”为例。我们初中物理学到过,电池输出的是直流电,电机需要输入的是交流电。想要让二者无障碍协作,就需要“功率器件”作为转换器,将直流电转化为交流电。在400V的高压平台下,功率半导体的材料多为硅基IGBT,这种半导体能够承受的极限电压是650V,并且不耐高温,热损耗高。

但800V电压系统对功率半导体要求变得严苛起来。为了满足800V高压平台的需求,车企需要把原先的硅基IGBT切换成碳化硅材料 (也就是SiC) 。以碳化硅为材料做出的功率半导体耐高压,耐高温,热损耗低。

这些功率器件大量存在于电动车的电机、电控、小三电 (OBC、PDU 以及 DCDC) 还有高压快充的充电桩中。

所以,在400V向800V电压架构迈进的道路上,汽车上的大量零部件都需要重新适配替换。这对于所有车企来说,都是一个浩大的工程。

除此之外,从400V的电压提升至800V,对于电池也是一个巨大的挑战。过高的充电电压以及电流都会导致电池的稳定性降低,容易引发着火、爆炸等问题。因此,需要对电池的正极、负极、隔膜、电解液、电源管理系统等方方面面进行优化。

最重要的是,从400V平台架构升级800V平台,对于车企来说,其实是一笔不小的开支。仅仅替换功率半导体本身就是一大笔钱。车内IGBT约占整车成本的7%-10%,是除电池以外成本第二高的元件。

华创证券在其研报里就算了这样一笔账,把硅基功率器件替换成碳化硅材料后,成本比之前高出了2-3倍。

拦路石还有很多

尽管成本高,但高压快充平台能带来足够便捷、快速的充电形式,整个新能源汽车行业都在加速向800V高压平台跃进。

目前,造车新势力小鹏在2021年就推出了800V高压快充,首款搭载了800V高压平台的车型——G9,在今年就能够量产上市了。理想和蔚来布局得相对较晚,但也在计划中。蔚来预计2024年会推出800V电压平台。

传统车企也不甘示弱,长城、比亚迪、广汽、长安、东风旗下的岚图、吉利旗下的极氪也纷纷发布了自己的800V高压平台。

在这些玩家中,华为的野心最大。2021年4月18日,华为发布了所谓的高压平台解决方案,并且制定了这样的目标:到2025年将推出电压平台超1000V、功率600kW的快充方案,5分钟即可实现30%-80%SOC充电性能。

一位长期观察高压快充行业的分析师周鹏对深途指出:“目前来说,800V高压系统几乎没有技术挑战。”

2019年,高压快充技术就已经来到了市场,但是为什么直到2022年,搭载800V高压平台的车型才逐渐量产?

“新车搭载着全新的电驱、电池,电驱电池是否足够安全、稳定,其实是需要一个验证周期。万一产品不成熟,量产后需要大量召回,对于车企来说损失挺大的。”周鹏指出。

除此之外,在周鹏看来,不少车企也在担心,搭载着800V高压平台的车型,消费者愿不愿意买单。“所以大家都在摸着石头过河,有些车企胆子比较大,会选择率先开始量产。”

而对于行业来说,800V高压平台能够真正普及,还面临着不少障碍。

比如,碳化硅的供应本身就是一个问题。

而且,碳化硅功率器件大量依靠海外市场。据Yole数据,2020年碳化硅功率器件市场中,海外公司ST、Cree、ROHM、Infineon、 Onsemi市占率分别为40.5%、14.9%、14.4%、13.3%、7.7%。

在芯片供应链极端不稳定的当下,单靠国产的碳化硅功率器件远远无法满足当前市场的需求。

除此之外,超级快充也会对电池造成一定的伤害。清华大学教授欧阳明高就曾对媒体表示:“超级快充完全充满,同时电池还需要具备安全性和长寿命,这是很难折衷的。”

而且,目前市面上几乎所有的充电桩,都不能适配800V高压平台。这也就意味着,要实现800V高压快充,车企需要重新布局充电桩。比如,小鹏就表示为了配合800V的高压平台,将铺设480kW高压超充桩。

“但不得不承认的是,800V高压快充确实是一个趋势,就我接触到的每一家车企都要考虑布局这个平台。”周鹏总结道:“但从实验室到真正大规模普及,确实还有很多路要走。”

*应受访者要求,文中周鹏为化名。

本文来自微信公众号“深途”(ID:shentucar),作者:周继凤,编辑:黎明,36氪经授权发布。

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