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村东头铁蛋
2022-06-21

替代燃油车，电动车就差高压快充了？

2019年，高压快充技术就已经来到了市场，当时保时捷率先量产800V高压平台电动车Taycan。于是，现在各个车企都在拼命提高整车高压电气系统的电压，布局800V高压快充平台。原先，电动车上的零部件都是适配400V高压系统的。目前，造车新势力小鹏在2021年就推出了800V高压快充，首款搭载了800V高压平台的车型——G9，在今年就能够量产上市了。

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小鹏汽车微信公众号尽管省油，但电动车的缺点，一只手都数不完，最知名的Bug，应该算是充电难、充电慢。去年十一，“8小时车程电动车花了16小时”、“充电1小时排队4小时”的新闻依旧历历在目。不过，最近有些车企跳出来说，“里程焦虑”已经解决了。小鹏汽车即将上市的新车G9，号称能达到“充电5分钟，续航200km+”的水平。已经上市的极狐阿尔法S全新HI版，据说充电10分钟即可补充200公里的续航里程。这些能快速补能的电动车，都是因为搭载了一个黑科技——800V高压平台。2019年，高压快充技术就已经来到了市场，当时保时捷率先量产800V高压平台电动车Taycan。在国内，车企也掀起了一轮800V平台车型的发布热潮，比亚迪、长城、广汽、小鹏、极氪甚至是华为都在相继推出或计划推出800V平台。2022年，不少搭载了800V平台的车型开始量产上市。这个所谓的800V高压平台究竟是怎么一回事？人们能靠着这个平台，摆脱“里程焦虑”吗？什么是800V高压平台？很多人将电动车的充电方式与之前的手机行业类比。某种程度上来说，这也确实没毛病。早些年，手机补能方式就是换电池，后来技术提高了，人们不用再抠电池，转而采用大功率快充技术。现在的电动车行业也是按照这个思路发展的。一拨企业在拼命地建换电站，比如蔚来、吉利、长安、上汽等，最近宁德时代也加入了换电的队伍。另一拨企业走的是大功率快充路线，也就是提高充电速度。我们学过初中物理的都知道，P（充电功率）=U（电压）*I（电流）。在电池容量不变的情况下，要想提高充电功率，要么提高电流要么提高电压。因此，大功率快充路线上，也分出两个阵营，一个阵营在拼命提高电流，主要玩家就是特斯拉。从第一代超级快充进化到第三代超级快充，特斯拉超充桩的电流从250A提升至640A，超充功率也从100kW提升至250kW。这个充电效率，在行业里算是领先的。国家电网最常见的快充桩功率也不过60kW、120kW两种，家用充电桩普遍功率为7kW左右。但是提升充电电流并不是那么容易的事儿，也不是所有人都能成为特斯拉。根据焦耳定律（Q=I2Rt），电流的提升将大幅增加充电过程中的热量，对散热要求很高。为此，特斯拉专门研发了高度集成的“电池热管理系统”和“电池管理系统BMS”。并且，大电流充电桩极度依赖自建体系，推广成本高。所以，国内的大部分车企，都选择了另一条路，就是通过提高电压来提高充电效率。当前主流新能源整车高压电气系统电压范围一般为230V-450V，取中间值400V，统称之为400V系统。不过，这400V的高压系统放到今天，明显是不够用了。基于这种电压系统，充电功率最大的是特斯拉第三代超级充电桩，能够做到15分钟为车辆补充约250公里的续航里程。但是，要想把一辆特斯拉Model 3充满，最快也得需要半个小时。于是，现在各个车企都在拼命提高整车高压电气系统的电压，布局800V高压快充平台。在电流不变的情况下，电压从400V提高到800V，充电功率显然大大提高，充电时间也能大幅缩减。从理论上来说，依靠800V高压快充，电动车有可能变得像燃油车一样，补能只需几分钟，效率高还方便。从400V提升到800V，没那么简单但要想把电压从400V升级到800V，不是说换个充电桩或者调整一下电压这么简单。理想汽车总裁沈亚楠在接受媒体采访时指出：高电压平台牵扯到很多，比如电控，肯定是高电压，碳化硅IGBT一定要用上，电机本身的设计也会有区别……整个行业产业链上的环节都要更新。原先，电动车上的零部件都是适配400V高压系统的。以“功率器件”为例。我们初中物理学到过，电池输出的是直流电，电机需要输入的是交流电。想要让二者无障碍协作，就需要“功率器件”作为转换器，将直流电转化为交流电。在400V的高压平台下，功率半导体的材料多为硅基IGBT，这种半导体能够承受的极限电压是650V，并且不耐高温，热损耗高。但800V电压系统对功率半导体要求变得严苛起来。为了满足800V高压平台的需求，车企需要把原先的硅基IGBT切换成碳化硅材料（也就是SiC）。以碳化硅为材料做出的功率半导体耐高压，耐高温，热损耗低。这些功率器件大量存在于电动车的电机、电控、小三电（OBC、PDU 以及 DCDC）还有高压快充的充电桩中。所以，在400V向800V电压架构迈进的道路上，汽车上的大量零部件都需要重新适配替换。这对于所有车企来说，都是一个浩大的工程。除此之外，从400V的电压提升至800V，对于电池也是一个巨大的挑战。过高的充电电压以及电流都会导致电池的稳定性降低，容易引发着火、爆炸等问题。因此，需要对电池的正极、负极、隔膜、电解液、电源管理系统等方方面面进行优化。最重要的是，从400V平台架构升级800V平台，对于车企来说，其实是一笔不小的开支。仅仅替换功率半导体本身就是一大笔钱。车内IGBT约占整车成本的7%-10%，是除电池以外成本第二高的元件。华创证券在其研报里就算了这样一笔账，把硅基功率器件替换成碳化硅材料后，成本比之前高出了2-3倍。拦路石还有很多尽管成本高，但高压快充平台能带来足够便捷、快速的充电形式，整个新能源汽车行业都在加速向800V高压平台跃进。目前，造车新势力小鹏在2021年就推出了800V高压快充，首款搭载了800V高压平台的车型——G9，在今年就能够量产上市了。理想和蔚来布局得相对较晚，但也在计划中。蔚来预计2024年会推出800V电压平台。传统车企也不甘示弱，长城、比亚迪、广汽、长安、东风旗下的岚图、吉利旗下的极氪也纷纷发布了自己的800V高压平台。在这些玩家中，华为的野心最大。2021年4月18日，华为发布了所谓的高压平台解决方案，并且制定了这样的目标：到2025年将推出电压平台超1000V、功率600kW的快充方案，5分钟即可实现30%-80%SOC充电性能。一位长期观察高压快充行业的分析师周鹏对深途指出：“目前来说，800V高压系统几乎没有技术挑战。”2019年，高压快充技术就已经来到了市场，但是为什么直到2022年，搭载800V高压平台的车型才逐渐量产？“新车搭载着全新的电驱、电池，电驱电池是否足够安全、稳定，其实是需要一个验证周期。万一产品不成熟，量产后需要大量召回，对于车企来说损失挺大的。”周鹏指出。除此之外，在周鹏看来，不少车企也在担心，搭载着800V高压平台的车型，消费者愿不愿意买单。“所以大家都在摸着石头过河，有些车企胆子比较大，会选择率先开始量产。”而对于行业来说，800V高压平台能够真正普及，还面临着不少障碍。比如，碳化硅的供应本身就是一个问题。而且，碳化硅功率器件大量依靠海外市场。据Yole数据，2020年碳化硅功率器件市场中，海外公司ST、Cree、ROHM、Infineon、 Onsemi市占率分别为40.5%、14.9%、14.4%、13.3%、7.7%。在芯片供应链极端不稳定的当下，单靠国产的碳化硅功率器件远远无法满足当前市场的需求。除此之外，超级快充也会对电池造成一定的伤害。清华大学教授欧阳明高就曾对媒体表示：“超级快充完全充满，同时电池还需要具备安全性和长寿命，这是很难折衷的。”而且，目前市面上几乎所有的充电桩，都不能适配800V高压平台。这也就意味着，要实现800V高压快充，车企需要重新布局充电桩。比如，小鹏就表示为了配合800V的高压平台，将铺设480kW高压超充桩。“但不得不承认的是，800V高压快充确实是一个趋势，就我接触到的每一家车企都要考虑布局这个平台。”周鹏总结道：“但从实验室到真正大规模普及，确实还有很多路要走。”应受访者要求，文中周鹏为化名。","news_type":1},"isVote":1,"tweetType":1,"viewCount":1095,"commentLimit":10,"likeStatus":false,"favoriteStatus":false,"reportStatus":false,"symbols":[],"verified":2,"subType":0,"readableState":1,"langContent":"CN","currentLanguage":"CN","warmUpFlag":false,"orderFlag":false,"shareable":true,"causeOfNotShareable":"","featuresForAnalytics":[],"commentAndTweetFlag":false,"upFlag":false,"length":1,"xxTargetLangEnum":"ZH_CN"},"commentList":[],"hasMoreComment":false,"orderType":2}