替代燃油車,電動車就差高壓快充了?

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作者 | 周繼鳳

編輯 | 黎明

最近,燃油車車主們感受到了雙重暴擊。

6月15日零時,國內再次迎來了新一輪成品油調價,大部分地區95號汽油突破或逼近10元/升。

不少電動車品牌還不忘火上澆油。

小鵬汽車在其微信公眾號上,非常「溫馨」地提示:「95號汽油或將突破十元」,並加了句摘要——「幸虧我是加電的,省油100%」,大有挑釁的意味。

來源 / 小鵬汽車微信公眾號

儘管省油,但電動車的缺點,一隻手都數不完,最知名的Bug,應該算是充電難、充電慢。去年十一,「8小時車程電動車花了16小時」、「充電1小時排隊4小時」的新聞依舊曆歷在目。

不過,最近有些車企跳出來說,「里程焦慮」已經解決了。

小鵬汽車即將上市的新車G9,號稱能達到「充電5分鐘,續航200km+」的水平。已經上市的極狐阿爾法S全新HI版,據說充電10分鐘即可補充200公里的續航里程。

這些能快速補能的電動車,都是因為搭載了一個黑科技——800V高壓平台。

2019年,高壓快充技術就已經來到了市場,當時保時捷率先量產800V高壓平台電動車Taycan。在國內,車企也掀起了一輪800V平台車型的發佈熱潮,比亞迪、長城、廣汽、小鵬、極氪甚至是華為都在相繼推出或計劃推出800V平台。

2022年,不少搭載了800V平台的車型開始量產上市。這個所謂的800V高壓平台究竟是怎麼一回事?人們能靠著這個平台,擺脫「里程焦慮」嗎?

什麼是800V高壓平台?

很多人將電動車的充電方式與之前的手機行業類比。某種程度上來說,這也確實沒毛病。

早些年,手機補能方式就是換電池,後來技術提高了,人們不用再摳電池,轉而採用大功率快充技術。

現在的電動車行業也是按照這個思路發展的。一撥企業在拚命地建換電站,比如蔚來、吉利、長安、上汽等,最近寧德時代也加入了換電的隊伍。另一撥企業走的是大功率快充路線,也就是提高充電速度。

我們學過初中物理的都知道,P(充電功率)=U(電壓)*I(電流)。在電池容量不變的情況下,要想提高充電功率,要麼提高電流要麼提高電壓。

因此,大功率快充路線上,也分出兩個陣營,一個陣營在拚命提高電流,主要玩家就是特斯拉。

從第一代超級快充進化到第三代超級快充,特斯拉超充樁的電流從250A提升至640A,超充功率也從100kW提升至250kW。這個充電效率,在行業里算是領先的。國家電網最常見的快充樁功率也不過60kW、120kW兩種,家用充電樁普遍功率為7kW左右。

但是提升充電電流並不是那麼容易的事,也不是所有人都能成為特斯拉。根據焦耳定律(Q=I2Rt),電流的提升將大幅增加充電過程中的熱量,對散熱要求很高。為此,特斯拉專門研發了高度集成的「電池熱管理系統」和「電池管理系統BMS」。

來源 / pexels

並且,大電流充電樁極度依賴自建體系,推廣成本高。

所以,國內的大部分車企,都選擇了另一條路,就是通過提高電壓來提高充電效率。

當前主流新能源整車高壓電氣系統電壓範圍一般為230V-450V,取中間值400V,統稱之為400V系統。

不過,這400V的高壓系統放到今天,明顯是不夠用了。基於這種電壓系統,充電功率最大的是特斯拉第三代超級充電樁,能夠做到15分鐘為車輛補充約250公里的續航里程。但是,要想把一輛特斯拉Model 3充滿,最快也得需要半個小時。

於是,現在各個車企都在拚命提高整車高壓電氣系統的電壓,布局800V高壓快充平台。在電流不變的情況下,電壓從400V提高到800V,充電功率顯然大大提高,充電時間也能大幅縮減。

從理論上來說,依靠800V高壓快充,電動車有可能變得像燃油車一樣,補能只需幾分鐘,效率高還方便。

從400V提升到800V,沒那麼簡單

但要想把電壓從400V升級到800V,不是說換個充電樁或者調整一下電壓這麼簡單。

理想汽車總裁沈亞楠在接受媒體採訪時指出:高電壓平台牽扯到很多,比如電控,肯定是高電壓,碳化矽IGBT一定要用上,電機本身的設計也會有區別……整個行業產業鏈上的環節都要更新。

原先,電動車上的零部件都是適配400V高壓系統的。

以「功率器件」為例。我們初中物理學到過,電池輸出的是直流電,電機需要輸入的是交流電。想要讓二者無障礙協作,就需要「功率器件」作為轉換器,將直流電轉化為交流電。在400V的高壓平台下,功率半導體的材料多為矽基IGBT,這種半導體能夠承受的極限電壓是650V,並且不耐高溫,熱損耗高。

但800V電壓系統對功率半導體要求變得嚴苛起來。為了滿足800V高壓平台的需求,車企需要把原先的矽基IGBT切換成碳化矽材料(也就是SiC)。以碳化矽為材料做出的功率半導體耐高壓,耐高溫,熱損耗低。

這些功率器件大量存在於電動車的電機、電控、小三電(OBC、PDU 以及 DCDC)還有高壓快充的充電樁中。

所以,在400V向800V電壓架構邁進的道路上,汽車上的大量零部件都需要重新適配替換。這對於所有車企來說,都是一個浩大的工程。

除此之外,從400V的電壓提升至800V,對於電池也是一個巨大的挑戰。過高的充電電壓以及電流都會導致電池的穩定性降低,容易引發著火、爆炸等問題。因此,需要對電池的正極、負極、隔膜、電解液、電源管理系統等方方面面進行優化。

最重要的是,從400V平台架構升級800V平台,對於車企來說,其實是一筆不小的開支。僅僅替換功率半導體本身就是一大筆錢。車內IGBT約佔整車成本的7%-10%,是除電池以外成本第二高的元件。

華創證券在其研報里就算了這樣一筆賬,把矽基功率器件替換成碳化矽材料後,成本比之前高出了2-3倍。

攔路石還有很多

儘管成本高,但高壓快充平台能帶來足夠便捷、快速的充電形式,整個新能源汽車行業都在加速向800V高壓平台躍進。

目前,造車新勢力小鵬在2021年就推出了800V高壓快充,首款搭載了800V高壓平台的車型——G9,在今年就能夠量產上市了。理想和蔚來布局得相對較晚,但也在計劃中。蔚來預計2024年會推出800V電壓平台。

傳統車企也不甘示弱,長城、比亞迪、廣汽、長安、東風旗下的嵐圖、吉利旗下的極氪也紛紛發佈了自己的800V高壓平台。

在這些玩家中,華為的野心最大。2021年4月18日,華為發佈了所謂的高壓平台解決方案,並且制定了這樣的目標:到2025年將推出電壓平台超1000V、功率600kW的快充方案,5分鐘即可實現30%-80%SOC充電性能。

來源 / 視覺中國

一位長期觀察高壓快充行業的分析師周鵬對深途指出:「目前來說,800V高壓系統幾乎沒有技術挑戰。」

2019年,高壓快充技術就已經來到了市場,但是為什麼直到2022年,搭載800V高壓平台的車型才逐漸量產?

「新車搭載著全新的電驅、電池,電驅電池是否足夠安全、穩定,其實是需要一個驗證周期。萬一產品不成熟,量產後需要大量召回,對於車企來說損失挺大的。」周鵬指出。

除此之外,在周鵬看來,不少車企也在擔心,搭載著800V高壓平台的車型,消費者願不願意買單。「所以大家都在摸著石頭過河,有些車企膽子比較大,會選擇率先開始量產。」

而對於行業來說,800V高壓平台能夠真正普及,還面臨著不少障礙。

比如,碳化矽的供應本身就是一個問題。

而且,碳化矽功率器件大量依靠海外市場。據Yole數據,2020年碳化矽功率器件市場中,海外公司ST、Cree、ROHM、Infineon、 Onsemi市佔率分別為40.5%、14.9%、14.4%、13.3%、7.7%。

在晶元供應鏈極端不穩定的當下,單靠國產的碳化矽功率器件遠遠無法滿足當前市場的需求。

除此之外,超級快充也會對電池造成一定的傷害。清華大學教授歐陽明高就曾對媒體表示:「超級快充完全充滿,同時電池還需要具備安全性和長壽命,這是很難折衷的。」

而且,目前市面上幾乎所有的充電樁,都不能適配800V高壓平台。這也就意味著,要實現800V高壓快充,車企需要重新布局充電樁。比如,小鵬就表示為了配合800V的高壓平台,將鋪設480kW高壓超充樁。

「但不得不承認的是,800V高壓快充確實是一個趨勢,就我接觸到的每一家車企都要考慮布局這個平台。」周鵬總結道:「但從實驗室到真正大規模普及,確實還有很多路要走。」

*題圖來源於pexels。應受訪者要求,文中周鵬為化名。

你看好高壓快充嗎?

原標題:《替代燃油車,電動車就差高壓快充了?》

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