新能源汽車普及過程中,續航和充電速度是兩大短板。相較于燃油車,大部分新能源汽車續航里程低于600公里,普遍低于燃油車的續航里程,較難滿足城際間長里程行駛需求。另一方面,現有的充電技術需要消費者等待40分鐘甚至更久才可充滿,而燃油車的加油過程僅需要5分鐘,對比之下補能效率更低。續航里程和充電速度是兩大短板, 制約新能源汽車對燃油車的替代。

不斷突破的快充技術

        從用戶需求的角度出發,充電速度的提升始終是用戶體驗提升的最直觀因素,各個廠商也針對汽車的快速充電技術不斷研發布局,力爭實現燃油車級別的能量補給效率。

        快充的核心在于提高整車充電功率,提高充電功率主要兩種方式,加大充電電流或者提高充電電壓。目前大多數純電動汽車的牽引逆變器都使用600V的IGBT模塊,因此將電池組電壓限制在400V左右的峰值,如果充電電壓保持在400V,提高電流會導致充電電纜笨重、傳導熱損失平方級別增長,連接器、電纜、電池的電連接、母線排等的電阻都會發熱。將母線電壓提高到800V,可以使同一根電纜的充電功率增加一倍,要達到350或400kW的超高充電功率,800V高壓平臺應運而生。

       對比采用400V總線的特斯拉Model3和采用800V總線設計的保時捷Taycan。Model3 和Taycan將充電SOC從5%-80%分別需要26分鐘和22.5分鐘。Model3的母線電壓較低,通過使用非常高的超過600A的最大充電電流實現了250kw的最大充電功率。保時捷Taycan采用800V的電池組,通過傳統的直流快速充電器和插頭提供最大充電電流為340A,峰值充電功率270kW。Taycan獲得的充電功率比Model3略高,在800V總線和500A充電電流的情況下,可以達到400kW的功率。

以下保時捷Taycan和特斯拉Model3充電曲線對比

       800V高壓系統通常指整車高壓電氣系統電壓范圍達到550-930V的系統，統稱800V系統。800V高壓系統以低成本和高效率系統獲得眾多集團和品牌青睞,海外現代起亞、大眾集團、奔馳、寶馬等,國內比亞迪、吉利、極狐、現代、廣汽、小鵬等均重點布局800V高壓平臺。800V高壓架構有望成為下一代電動汽車的主流整車電壓平臺。

目前常見的有5種800V高壓系統架構

方案一:車載部件全部800V,電驅升壓兼容400V直流樁方案。典型特征為:直流快充、交流慢充、電驅動、動力電池、高壓部件均為800V;通過電驅動系統升壓, 兼容400V直流充電樁。這種方案整車能耗低,無安全風險,所有部件要求800V也 都是供應商在研產品,易于推廣。

方案二:車載部件全部800V,新增DCDC兼容400V直流樁方案。典型特征為:直流快充、交流慢充、電驅動、動力電池、高壓部件均為800V;通過新增400V-800V DCDC升壓,兼容400V直流充電樁。這種方案整車能耗低,無安全風險,但系統新 增成本較高,不過仍然由于800V部件多家廠商在研,較易推廣。

方案三:車載部件全部800V,動力電池靈活輸出400V和800V,兼容400V直流樁 方案。典型特征為:直流快充、交流慢充、電驅動、動力電池、高壓部件均為800V; 2個400V動力電池串并聯,通過繼電器切換靈活輸出400V和800V,兼容400V直流充電樁。這種方案由于動力電池需要特殊設計,以避免電池并聯環流潛在問題, 因此推廣難度較大。

方案四:車載部件全部800V,動力電池靈活輸出400V和800V,兼容400V直流樁方案。典型特征為:直流快充、交流慢充、電驅動、動力電池、高壓部件均為800V; 2個400V動力電池串并聯,通過繼電器切換靈活輸出400V和800V,兼容400V直流充電樁。這種方案整車能耗高,優點在于只需要增加一個DCDC,但這個400V/800VDCDC對安全要求高,推廣不易。

方案五:僅直流快充相關部件為800V,其余部件維持400V,動力電池靈活輸出400V 和800V方案。典型特征為:僅直流快充為800V;交流慢充、電驅動、負載均為400V; 2個400V動力電池串并聯,通過繼電器切換靈活輸出400V和800V,兼容400V和 800V直流充電樁。這一方案雖然系統新增成本低,整車布置改造難度適中,但是在 能耗、電池特殊改動和設計方面均處于劣勢。

       綜合考慮性能、系統成本及整車改造工程量,方案一“車載部件全部800V,電驅升壓兼容400V直流樁方案”預計是短期內快速推廣的解決方案。

常見800V高壓系統架構綜合比較圖

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