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大功率快充如何普及,800V成电动汽车标配

作者/来源:CNEV新能源汽车网
2021-05-26 14:47:58

  自2019年保时捷发布Taycan以来,800V电压平台一直都带有高端电动车的标签,不过从技术发展及市场观察来看,800V高压快充正逐步成为电动汽车标配,这里按照Why-How-What的逻辑进行更加深入分析。

  Why:电动汽车为什么需要高压?

  电动汽车的终极目标是取代燃油车,随着动力电池技术成熟,安全、续航、耐候等方面痛点正逐步解决,特别地为了接近燃油车加油的使用体验,快充的优先级也越来越高。

  而要实现快充,在相同带电量情况下,充电功率越高,充电速度越快;而要提高充电功率,最好的方式是提高电压。

  电压的提升,意味相同功率下电流更小,可以缩小线束的横截面积,也可降低电量的损耗。

  因此电动汽车要实现快充,采用高电压整车平台是比较可行的方式。

  2019年保时捷推出了800V电压平台的Taycan后,现代E-GMP5、奔驰EVA、通用第三代纯电动平台以及大众之后Trinity,都选择了800V电压平台。

  在国内,比亚迪基于IGBT电压平台已经达到了600V-700V左右,而比亚迪汉首次采用了碳化硅MOSFET,也是奔着800V甚至是1000V的高压去的;吉利SEA浩瀚平台、广汽、奇瑞、上汽等车企都在规划800V的方案。

  需要指出的是,特斯拉的第三代充电桩功率250Kw,峰值工作电流600A,整车电压平台依然在400V左右,走的是低压大电流的路线。

  从主流趋势来看,整车800V的电压平台或逐步成为标配。

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  How:如何实现高压?

  无论电动汽车尺寸大小,现有的电压平台一般在400V左右,而从400V升级为800V也有很多种方式。

  最简单的方式是,保证相同带电量,通过更改电芯的串并联方式,增加串联的数量,就可以提高电池包的电压。通过提高电压来充电功率,但同时通过每一个电芯的电流也增加了一倍。

  为了兼容现有的400V充电桩,一般通过额外搭载直流充电机DC/DC,将充电桩输出的电从400V升高至800V再进行充电。

  而为了适配400V空调压缩机,也可以通过搭载高低压转换器,将电池包800V的电压降低至400V以适配空调压缩机工作。

  What:高压快充面临五大挑战

  第一,触电风险。

  根据IEC60038标准,直流电压在120V和1500V之间都被定义为低压,在这范围内主要风险是触电,而非电弧。而电动汽车内的高压部件的外壳一般通过车身接地,而电源不接地,若出现漏电情况,人员接触后不会形成闭合回路,因此从400V升级到800V,对触电的风险不会很大。

  第二,对零部件的挑战。

  首先是对动力电池的挑战,温度是限制快充的关键因素,温度降低,锂离子扩散和反应速率变慢,析锂的风险会增加;但温度太高,SEI膜又可能会分解,极端情况下,还会引起热失控。

  而在电芯材料层面,负极是快充主要关注对象,需要降低负极的内阻,减少电极的厚度。

  快充也会对动力电池的冷却系统以及BMS带来更高要求,也可以调整充电策略的提高快充能力。

  目前大电池厂商已经开发出了高倍率的快充电池。

  其次是对电驱动的挑战,电压提高对绝缘能力、耐压等级以及爬电距离提出更高的要求。特别是IGBT,其耐压等级介于600-750V间,800V的高电压会使IGBT阻抗增加,频率性能下降。

  因此,碳化硅MOSFET开始展露头角,但仍然存在成本、产能、良率等方面问题。

  再次,针对于空调压缩机、PTC、DC/DC、车载充电机,需要面向更高的电压平台进行开发,但市场上已经有了应用。

  第三,充电标准需要统一。

  目前全球电动汽车存在着三种直流快充充电系统和四种接口,日本CHAdeMO充电系统和接口,国标GB/T充电系统和接口,以及CCS充电系统下的美国CCS1和欧洲CCS2接口。

  目前中国和日本的充电标准正逐步走向融合,Chaoji已经在2021年发布,最高电压支持1500V到900kW的充电功率,预计到2025年会大规模安装,而CCS标准也在走向融合。

  大功率充电器

  最终目标是充电标准需要全球统一。

  第四,充电桩的改造。

  国内市场上已有的直流快充设施,主流充电功率介于120kW-150kW,因此需要对充电桩进行大规模改造。

  不过从DC500V系统升级到DC950V系统,除了充电枪、线、直流接触器、直流熔丝做出改变外,其余的电表、充电模块、主控模块等都无需进行重新选型,整体上影响比较小。


来源:CNEV新能源汽车网

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