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下一个技术爆发点800V电压平台到底能带来什么

2023-02-09 20:11
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2019 年 4 月保时捷 Taycan Turbo S 全球首发,随着保时捷首款纯电动车型诞生的还有最大 800V 电压平台。


2020 年 9 月 23 日吉利集团发布的 SEA 浩瀚架构上,该平台同样是最大支持 800V 电压平台。之后,在 2020 年 12 月 2 日,现代汽车集团全球首发了全新电动汽车专用平台 “E-GMP” , 该平台同样可以实现最大 800V 多功能充电系统。所以这个频繁出现的 800V 电压平台是什么?现阶段纯电动车型又都是多少电压平台?高电压平台又能给普通消费者带来什么?它的难点在哪?46cfac49adbdeaebda69eebbee2c3c.jpg


一、行业现状


800V 高压平台出现之前,整个行业都处于什么水平?为此小白同学找到了市面上在售相对比较火的几款纯电动车型。通过车辆铭牌可以看到,绝大部分纯电动车型的动力电池系统额定电压都在 400V 左右0c042d39ed94c9f8531fe33643dd9d.jpg而通常允许使用的电压范围上限为系统额定电压的 115%~120% ,也就是说在动力电池系统额定电压之下还可以上下浮动。所以,你可以看到像奥迪 e-tron 的动力电池额定电压是 396V,在我们使用第三方 150kW 的直流快充桩充电时,它的充电电压最高去到 451.9V ,峰值电流去到 248A (这两个数据不是共存)。9e5140c8913cde349c080e66711fe4.jpg奥迪 e-tron 使用 150kW 充电桩时电压达到 451.9V除此之外,也有像比亚迪唐 EV 的这种动力电池系统额定电压在 633.6V 的。所以,比亚迪唐 EV 是具有升压快功能的,把电压提高来实现更快的充电功率。6818c0df48023a227eee7d2eca35db.jpg比亚迪升压快充技术所以可以看到,那些动力电池系统额定电压在 400V 左右的纯电动车型,在充电时电压基本都在 500V 以内。所以你会发现绝大部分纯电动车型 30%-80% 的充电时间基本都在 30 分钟左右。


二、为什么要推高电压平台?


为什么还要推高电压平台?这就回到了最初的问题。续航、充电一直是纯电动车型的两大痛点,这两年整个纯电动汽车行业在发展智能化的同时,续航和充电也没有落下。所以,你可以看到现阶段纯电动车型的续航已经得到了比较明显的提升,从当初的 200km 左右的续航已经提升到了现在最大 NEDC 700+ 续航了,但在这种续航水平之下,充电同样是一大问题。为了解决充电慢的问题,各家车企也都给出了不同的答案。目前,主流的解决方案有两种,一种是换电、一种是提高充电速度。像蔚来汽车采用的就是换电技术,它通过自建的换电体系来实现车辆的快速补能,而依托于换电体系的补能方式对电压平台的要求就不是那么极致,所以可以看到蔚来第一代平台的电压就是 350V 。15eb21d1097214606f03e743bd7cd0.jpg蔚来第二代换电站另一种就是提高充电速度,充电速度的提升可以简单的理解为充电功率的提升,也就是 P=UI 中的 P 。所以想要提升充电功率,保持电压或电流其中一项不变,提高电压或电流即可提高充电功率。871d1bf8e52db2728ddc77418b55d5.jpg而这个电压和电流的提升和国内充电桩规格要求有关。目前,市面上我们常见的第三方充电桩大多是 60kW 、 120kW 和 180kW 的充电桩。对应的额定电压有 500V 和 750V 不同的规格,但对应的电流更多的是最大 250A98b67c3f57e262224497153817bf87.jpg第三方 120kW 充电桩因此,越来越多的车企在纯电专属平台是采用更高的电压平台,也就是现在的保时捷 Taycan 上面采用的 800V 电压平台,因此 Taycan 的理论充电峰值功率是可以做到 270kW 的。所以简单直接的来说,高电压平台的推出就是为了提高整车端充电效率,实现整车端快速补能。


三、800V 高电压平台难点在哪?


这样看整车端的高电压平台肯定是有比较大优势的,那在这样优势之下为什么还不大面积普及,即使现阶段充电端还不能很好的满足整车端的高压平台,但未来肯定会满足。所以整车端高电压平台还没大批量上车的原因是什么?或者说整车端高电压平台的难点在哪?


1 、配套零部件要跟上


首先,电压平台的升高意味着全车所有电子电气架构都要基于高电压平台开发,而目前大部分的三电系统包括车载充电机、空调压缩机等涉及到的零部件都不是基于高电压平台所开发的。因此高电压平台的推出就意味着所以原有的很多元器件都要重新开发、设计,从而来匹配高电压平台。同时,这些元器件的开发就涉及到了供应商参与问题,要知道车企开发一辆新车的时候并不是所有的东西都是自己在做,会把一部分需求交给供应商,而这些供应商在收到需求的时候愿不愿意做,能不能做也是取决于供应商的。所以当配套的供应商做出了高电压平台的配套后,那未来高电压平台的上车速度肯定会越来越快。


2 、保证电池稳定及安全性维度


其次,高电压平台的推出对电池模组来说也是一种考验,目前 400V 左右电压平台在车辆充电的时候更多的都是 1C (不严谨的说 80kWh 电池包它的充电功率在 80kW 那就是 1C ) 左右的充电倍率,基于 800V 电压平台可能会做到 3C 左右甚至更高的充电倍率。高充电倍率的实现意味着电压和电流的增大,这对于锂电池来说持续的大功率充电在一定程度上会影响电池内部的稳定性,从而可能会带来衰减、起火等不利因素。因此,即使是保时捷 Taycan 也只是在顶配的 Turbo S 是支持 800V 电压平台。所以如何确保电池模组在持续的高电压和大电流之下保证电池的安全性是一个问题,包括对电池热管理系统的降温等等。


3 、成本维度


最后就是半导体器件,在 500V 电压平台上我们常用的是 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 全称 “ 绝缘栅双极型晶体管 ” 是一种大功率的电力电子器件,主要用于变频器逆变和其他逆变电路,将直流电压逆变成频率可调的交流电,俗称电力电子装置的 “CPU” 。282a62dd21fd944df4bf30c98d3ac8.jpg比亚迪 IGBT 模块对于电动车而言, IGBT 是直接控制驱动系统直、交流电的转换,同时对交流电机进行变频控制,决定了车辆的扭矩和最大输出功率等。但 IGBT 并不适应于 800V 高电压平台,更多的是 750V 及以下电压平台。不过,碳化硅材料的出现在一定程度上解决了这一问题,包括保时捷采用的高电压逆变器,其中元器件就采用了碳化硅材料,与传统的硅基芯片相比使用碳化硅材料的热损耗只有原来的 50% 左右,而传导率高达 98.5% 。022ec0281662440659e9fb250810e7.jpgSiC 材料碳化硅材料的应用有一个问题就是成本相对较高,目前整车端高电压平台使用碳化硅材料的有比亚迪汉 EV 性能版和保时捷 Taycan,而 Model 3 虽然也应用了碳化硅材料,但它的快充采用的是液冷大电流方案。因此,碳化硅材料暂时还未做到大规模的普及上车。所以你能看到在接下来车企推出的纯电专属平台架构下一定是最高支持 800V 或更高电压平台,但一定也会有 400V 这样的平台,这主要的原因就是成本区分,更好的面对不同的市场。


四、有了 800V 高电压平台就稳了?


所以看到这里你是不是会觉得,只要解决上面的难点后“纯电动车型拥有高电压平台后就能实现三分钟快速补能”?答案并不是。因为高电压平台实现的只是整车端快充,在整车端支持快充的基础上还要匹配同等的充电端电压。也就是整车端和充电端都要支持高电压平台,这样才能真正意义上的实现超级充电。简单的总结就是“一个食量很大的食客必须匹配一个可以快速出餐的厨子”。目前,国内使用的依然是 2015 年发布的国标充电协议,整个国内充电桩市场更多的还是 60kW 、 120kW 的充电桩,因此现阶段即使有整车端高电压平台也很难有高电压充电端去匹配。所以,想要实现快充的同时还需要在充电端做出升级。从目前的发展来看,充电端的升级也在逐步升级,当初 2018 年和 2019 年新出行在崇礼做冬季大测试的时候遇到的还都是 60kW 的充电桩,到了 2020 年再去的时候已经是 120kW 的桩了,但距离 200kW 或者 240kW 还是有点距离。因此,保时捷为全球第一个量产 800V 电压平台的保时捷 Taycan Tuobo S 单独配了一个厨子,也就是保时捷专属的超级充电站。c9ce5f4dab38dd478721af73b0aa10.jpg保时捷专用超级充电桩所以 Taycan 只有在保时捷的专属超级充电站才能实现超级快充但是这不代表 Taycan 只能使用超级快充桩来充电,也可以使用普通的第三方充电桩充电。反之,低电压平台车型也可以使用超级快充,只是达不到超级快充的最佳效果。


五、保时捷 Taycan 4S 充电实测


为了给出更具体的数据,这一次小白同学特意拿了一台 Taycan 4S 来一次充电测试。不过需要说明的是,这一次我们拿的 Taycan 4S 并不是 800V 电压平台,而是标定动力电池系统额定电压为 613V 的平台0869e2f219c4c8876976ce243c4d86.jpg感谢龙岗保时捷中心的车辆提供在使用保时捷专属超级充电桩时要记住,该充电桩仅支持保时捷车主使用,通过刷卡或车主扫码才可使用。3e5032d20b8b7f4fba830aae653d95.jpg刷卡成功后就开始充电,充电时车辆剩余 26% 的电量,之后用时 34 分钟从 26% 充到 90% ,从 30% 充到 80% 用时 17 分 54 秒,峰值充电功率达到 161kW,这样的速度确实非常的快。c4494d187a400c1b861997f18dd0ca.png保时捷 Taycan 4S 充电表 最高 161kW但毕竟不是 Turbo S 的 800V 电压平台,所以这次实测的 Taycan 4S 充电电压一直在六百多。不过,在之前我们试驾 Turbo S 的时候电量在 53% 左右的时候可以做到 769V,很惊人。如果更低电量状态下电压会更高。77c9e923075a0d1547a8de552ed576.jpgTurbo S 在 53% 电量时可以做到 769V另外,对比在之前我们对比 V3 超充测试搭载松下电池和 LG 电池的长续航版 Model 3 时,搭载松下电池进口版 Model 3 四驱长续航版从 30%-80% 用时 22 分钟;搭载 LG 电池的国产后驱长续航版 Model 3 从 30%-80% 用时 34 分钟。bf39807ee7c9ff5d45730c71b0f5c4.jpg特斯拉使用 V3 充电速度另外,这些充电数据都是基于自家的超充桩做到的,如果把保时捷 Taycan 放在一个第三方 60kW 或 120kW 的充电桩是做不到这个充电速度的。 所以在保时捷官方关于 Taycan 的充电介绍有使用 50kW 直流充电桩充电时间和 22kW 交流充电桩充电用时。adaa1ba7547a9e7d9b58bd337cd625.png使用 50kW 直流充电从 5%-80% 需要 93 分钟因此整车端 800V 高电压平台的普及一定要搭配充电端升级一起使用才是最佳的总结:在保时捷 800V 电压平台的问世的背后,其实还有很多厂商都在做这个 800V 电压平台,包括现代的 E-GMP 平台、吉利集团的 SEA 浩瀚架构、比亚迪 e 平台 3.0、华为和极狐等等都在做。这样做的背后确实能在整车端实现快充,提高充电效率,但这个快充有多快还是要看充电端的匹配,所以接下来在 800V 电压平台和充电端的升级肯定是下一个技术爆发点,因此对于高电压平台的出现我也是充满了期待。

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