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電動新能源車充電功率

汽車 更新时间:2024-06-29 22:19:17

“主要是油車沒有那麼多麻煩事。”周深這次十一假期和家人跨省自駕遊,他在去年已購置一輛純電汽車。但考慮到出遠門,周深還是覺得油車靠譜。

周深說的“麻煩事”是純電車型的裡程焦慮。每逢節假日,高速路口的充電樁會徹夜排起長隊,有車主在朋友圈自嘲淩晨三點還守在充電樁排隊。随着新能源汽車滲透率的增長,“充電一小時,排隊五小時”成為電車車主新的痛點,直呼“電動爹”。

電動新能源車充電功率(充電5分鐘續航200公裡)1

增程式國慶充電

根據汽車之家發布的《2021中國汽車市場消費趨勢洞察報告》顯示,有超過6成的消費者認為,充電便捷性是選購新能源車型的首要因素。

充電慢、充電難成為電車車主的心病。如何緩解補能焦慮,新能源廠商給出一個方案——800V高壓平台,将充電時長縮減一半,實現“充電5分鐘,續航200公裡”的小目标。

2019年,保時捷首推基于高壓平台的量産車型Taycan。小鵬、極狐、埃安、極氪等國内廠商,大衆、奔馳等外資車企紛紛跟進,押寶高壓平台。在近期小鵬G9發布會上,小鵬CEO何小鵬揚言要接棒保時捷。

招商證券研報指出,800V電壓平台可降低電池包充電熱量、提升EMC(電磁兼容性),提升效率和續航,讓充電補能無限接近燃油車的加油體驗。

被視為壓倒燃油車最後一根稻草的800V快充,能否實現像加油一樣便捷?

燃油車大限将至?

在新能源車滲透率突破20%後,新勢力已經開始思考何時取代燃油車。

今年8月,何小鵬在超級補能發布會上再次看空燃油車,表示未來超快充 充電樁建設,将改變市場格局。10萬元以下燃油車将很被淘汰,10萬-20萬元區間内燃油車将被混動和純電車型沖擊,混動表現更突出;20萬元以上,則是純電車型将更強。

何小鵬替代燃油車的設想,高壓平台技術下放以及配套的超級充電樁缺一不可。

就像保時捷Taycan,一杯咖啡滿電體驗,隻能使用保時捷專用超充站,其他廠商或者第三方超充樁的充電功率大打折扣。去年11月,特斯拉在荷蘭開放部分超充樁,允許非特斯拉品牌車型使用。但根據保時捷Taycan車主發布的體驗視頻顯示,特斯拉超充樁在給Taycan充電時,輸出功率在130kW左右浮動,約為V3超充樁峰值功率250kW的一半。

第三方充電樁不适配自家車型。因此,主機廠在推出800V車型時,也會配套建設自家超充樁。

一般情況下,400V電壓平台,峰值充電功率約為250A×400V=100kW。提升充電功率,分化出大電流和高電壓兩條技術路線。

特斯拉、極氪、廣汽埃安等廠商押寶大電流。特斯拉相關人士告訴觀察者網,特斯拉V3超級充電樁可實現最大600A 的電流。

但據安信證券分析認為,大電流的方案難以實現250kW以上的充電功率。大電流會使得電路中的連接器、電纜、電池的電連接、母線排等部件産生較高的熱損失,其中電池在大電流充電期間容易發生過載、過熱或充電電流受控降額等問題。目前在400V架構下極限電流一般為500A,特斯拉V3超充樁峰值電流超過600A并非全覆蓋,僅在5%-27%SOC(系統級芯片)内實現250kW的最大充電功率。

電動新能源車充電功率(充電5分鐘續航200公裡)2

而在800V架構中,電流同樣為500A,車輛充電功率就已達到400kW,5分補能33kWh。如果按照百公裡13kWh耗電量估算,5分鐘的補能電量續航裡程已接近300公裡。

因此,800V高電壓被看做真正實現快充的最優解。

充電時長縮短,意味着車輛不再需要通過大容量電池包緩解裡程焦慮,電池包成本也相應降低。

同時,國金證券研報指出,800V電驅架構下,整車節能5-10%,能耗損失下降;同時降低車輛電線、電纜中銅的需求,實現車身低成本和輕量化設計。

縱有千般好,800V高壓平台技術下放仍較緩慢,究其原因,離不開成本二字。

牽一發動全身

将電壓從400V提升至800V,看似隻是改變電芯串并聯的方式,卻是牽一發動全身的設計。

對于車輛而言,電壓升高意味着大三電(驅動電機總成、控制器總成、傳動總成)以及小三電(DC/DC直流變換器、車載充電機OBC、高壓配電盒PDU)、空調系統都要适配更高的電壓平台,需要重新選型。

以保時捷Taycan為例,整車需要為不同的元器件配備不同的電壓,包括800V、400V、48V和12V四個電壓平台,結構更複雜。僅僅是空調壓縮機,就配備一個800V轉400V的轉化器用于供電,還額外搭載一台直流車載充電泵,将400V的充電樁輸出電壓升壓至800V後再對電池進行充電。

同時,車載Si IGBT(矽基功率器件)正在接近材料極限,需要車企選擇成本更高的耐壓高、損耗低的SiC MOSFET(SiC基功率半導體)。

中金證券指出,IGBT關斷時會産生拖尾電流,造成較大的開關損耗,因此限制了其高頻驅動應用。相比之下,SiC材料能以多數載流子器件如MOSFET實現高壓化,避免了開關損耗和頻率限制問題。同時,SiC MOSFET有利于輕量化設計,如果将逆變器功率模塊由Si模塊替換為全SiC模塊後,電機重量減輕了40%,尺寸減小了43%。

電動新能源車充電功率(充電5分鐘續航200公裡)3

電動新能源車充電功率(充電5分鐘續航200公裡)4

SiC MOSFET什麼都好,就是價格太貴。中金證券估算,如果采用Si IGBT方案,功率器件單車價格約1500元,而SiC MOSFET方案下,其價格達到4500元。

除了功率器件,800V平台成本提高還包括線束成本、高壓直流繼電器、薄膜電容等方面。以高壓連接器為例,400V平台車型高壓連接器在15-20個,單價1000-2000元。而800V平台連接器在25個以上,單價成本提高到2500元以上。

各類零部件成本累計導緻800V平台車型整車成本高企,背後還包括配套的高壓充電樁。因此,車企隻願在高端車型中搭載高壓平台。

不過,現階段的電池材料和熱管理系統技術是否成熟,能否保障電池安全?

根據國際交通通訊雜志發布的調查數據顯示,在高倍率充電會使電芯溫度短時間内大幅上升,且熱分布不均勻,電芯正極區域發熱集中;電芯溫度過高會加劇電池析锂、SEI累積等問題,縮短電池使用壽命,嚴重時甚至會出現熱失控鍊式反應,造成較大的安全威脅。

同時,電池系統具有明顯的短闆效應,單一電芯的局部過熱将影響整個電池系統運行。因此,高倍率充電需要對電池冷卻系統進行升級,提升散熱均勻程度,特别需要對發熱較為集中的電芯正極區域進行針對性冷卻,确保電池的溫度一緻性。

更精細化的熱管理成為車企新的研究重點。小鵬汽車相關人士告訴觀察者網,小鵬汽車的的電池系統有完善的軟硬件防護功能,可以在有異常電壓或電流沖擊的情況下及時保護電池,避免電池受損。一方面,電芯按照超充倍率專門設計,通過應用先進的6系三元材料與超充熱設計,在G9上搭載電芯高倍率充電技術;另一方面小鵬汽車制定了相匹配的系統設計、充放電控制策略及熱管理策略,确保電芯在用戶使用期間滿足電池的全生命周期壽命指标。

根據小鵬的規劃,2022年底将在北京、上海、深圳、廣州、武漢5個城市同步新上線7座小鵬S4超快充站。到2023年,小鵬汽車計劃新增超過500座以上的S4超快充站,實現主要重點城市和核心高速沿線的S4站超快充網絡覆蓋。到2025年,小鵬汽車目标是累計建設2000個小鵬超快充站。

未來,随着超充站的鋪建以及更多高壓平台車型推出,燃油車的好日子不多了。

(應受訪者要求,周深為化名)

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