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技术党|800V高压平台技术解析 会成为主流?

易车原创 2019年,保时捷发布了市面上第一款800V高压平台量产车——保时捷Taycan,2021年小鹏也正式发布了国内首款800V高压平台车型——小鹏G9,再到今年,市场上出现了更多800V高压车型,如路特斯ELETRE小鹏G6,还有下半年即将推出的合创V09、极氪CS1E、问界M9等。如今越来越多的车企向着800V高压平台进军,那么你以为的800V高压仅仅是指快充系统么?它到底为何能成为车企技术中的“香饽饽”?400V和800V的电动车在用车体验上会有什么不同吗?今天我们就来深入浅出的说说这个话题。

先了解一下什么是800V高压架构

谈到800V,很多人下意识里认为800V就是快充系统。实际上这个理解有些偏差,准确地说,800V高压快充只是800V高压架构中的一个系统。但实际上800V技术还包括800V电池包、800V功率器件如电机、电空调等零部件。

所以目前我们常说的800V高压架构其实有三种可能:

第一种是纯800V高压平台:即包括动力电池、电驱、电源、压缩机等所有高压部件整车全域800V。从小鹏的宣传来看,其搭载扶摇架构的车型就是标配全域800V高压SiC碳化硅平台。

纯800V高压平台,优势在于电机电控迭代升级,能量转换效率高;劣势在于电驱的功率芯片需要用SiC功率器件全面替代IGBT晶体管,零部件成本高。

第二种是高性价比半800V高压架构,即将一些关键部件如动力系统升级为800V,但保留其他400V零件,如电空调、DCDC(逆变器)等。这一方案的好处是可以兼顾整车成本和驱动效率的平衡,因为当前800V功率开关器件成本是400V级IGBT的数倍。

这一方案的好处是能提升车辆的能耗表现,比400V架构的车型续航更实在。

第三种就是仅有800V高压快充系统,即整车搭载一个800V电池组,在电池组和其他高压部件之间增加一个额外的DCDC将800V电压降至400V,车上其他高压部件仍采用400V电压平台。当然这个800V电池组也可能是两个400V电池组通过智能串并联实现充电800V,放电400V。

这一方案主要是解决快速补能问题,也是目前几乎所有800V车型都会配备的技术,投入低,见效快。

所以,即便是宣称拥有800V高压技术的车型,你也不妨多研究一下,它的800V程度到底有多少,是仅充电800V,还是动力800V,还是全车800V。

为什么要引入800V高压系统?

无论是上面哪种方案,引入高压系统的目的都是为了提升效率,包括时间效率和能量流转效率。

初中物理公式告诉我们,P=UI,提升充电功率的方式无非有两种——要么提升电流I,要么提高电压U。就像是水龙头要在最快时间放满一桶水,要么加快水流(I),要么加大水龙口径(U)。实际情况是采用这两个方案的厂商都有。

然而根据另一个热量公式:P=I²*R来看,电阻R是固定的,那么充电过程中的发热就只和电路中的电流I相关,和电压U无关。

目前市面上大部分电动车都是400V平台,如果这些车想要做到400kW的充电功率的话,那么电流就需要增加到1000A。1000A的电流可不小,传输过程中势必会产生大量热量,如果电池散热没有跟上释放的热量,那就会产生热失控。所以目前400V平台的电动车,能承受的极限电压也就在600A左右(充电功率240kW),例如特斯拉Model S/X。

那么为了减少热量损失,降低热失控风险,就要控制电流I的大小,但又要提升充电功率,那就只能加大电压U了。因此,更多的品牌开始选择高电压方案,从原理上来看高压吸引主机厂的一大魅力就在于,它既能保证一定充电功率提升充电效率,又能降低电流,减少热损耗,可谓一举两得。

实际上我们生活中的用电输送就是这个原理,先通过万伏、兆伏以上的高压线输送到变电站,在变电站转化为常压电后再输送到我们家中。

800V高压技术能带来的直观用车体验升级有哪些?

前面提到了800V快充能缩短充电时间,所以800V高压技术能带来的第一个直观感受就是充电速度更快。例如最早推出800V快充的保时捷Taycan,能够将充电功率提升至350kW,在22.5分钟内电量从5%充到80%,这对当时动辄需要1小时快充时间的400V车型来说是质的飞跃。

其次是动力性能更出色,800V高电压平台下系统铜损更低,电机逆变器功率密度更高,表征上就是相同尺寸电机扭矩&功率更大,就像72V的电摩和36V的电瓶车,骑起来完全是两种不同的体验。

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此外由于高压平台对能量的利用率更高,自然也会让车辆的能耗控制更出色,好处就是续航更实在。例如小鹏G9在上市时就刻意邀请大家测试其高速续航达成率(高速续航/CLTC续航×100%),而小鹏G6上市时何小鹏也一再强调要做续航最扎实的电动车,这里面自然少不了800V高压技术带给他的自信。

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最后在制造层面,800V的电机比400V的要轻,导线也可以更细,叠加一些线缆和部件减少,可以减轻车身重量。根据Future eDrive Technologies的测算,800V平台下100kwh的电池有望减重达25kg。

目前国内800V技术的应用现状

目前来看,800V高压快充是主流车企们解决补能问题的共同选择,2019年保时捷Taycan拉开800V技术的序幕,此后现代Ioniq5、极狐阿尔法S Hi也搭载800V快充技术,但都没有掀起多大浪花。

但从去年下半年开始,800V高压技术开始频频出现在一些新车或车企战略发布会上,而且也不再仅仅局限于800V高压快充系统,而是向全域800V进军。

目前包括比亚迪e平台3.0、通用奥特能平台、吉利SEA浩瀚平台,奔驰EVA、现代E-GMP、小鹏扶摇架构等平台架构都能够支持800V高压技术。今年理想汽车在上海车展期间也推出800V超充纯电解决方案。但是出于成本和市场节奏的考虑,如吉利和比亚迪等目前还没有推出搭载800V平台的量产车型。

从大趋势来看,800V高压平台逐渐成为各大车企“技术军备竞赛”的重要一环。

800V技术虽好 挑战也不少

首先是成本问题,800V高压需要用碳化硅器件SiC MOSFET替代传统硅基半导体器件Si-IGBT,虽然SiC-MOSFET与Si-IGBT相比耐压程度更高,且开关损耗低、效率高,但相对应的,其价格也高。

同时800V的电池需要更小的电芯,电池成本会更高。

800V电驱动背后的供应商_搜狐汽车_搜狐网

其次是电池寿命和安全问题,充电时间的减少在给消费者带来更好体验的同时也给电池带来了考验,800V电压平台会让锂离子脱嵌和迁移的速率加快,部分锂离子来不及进入正负极,析锂现象加剧,一方面将造成活性物质的损失,影响电池容量和寿命;另一方面,锂枝晶一旦刺穿隔膜,将导致电池内部短路,造成起火等安全风险。这也是为什么无论手机还是电动车都建议大家尽量不要用快充的原因。

最后是配电网的问题,理论上而言,800V架构下的充电功率高达480kW,是目前主流直流快充桩的4-6C,但事实是,我国目前很多地区的配电网电力容量有限,都没有配备这么大功率的变压器。所以即使有800V的车,可能很多时候也找不到800V的电,再如果几辆电动车同时充电,电流分配更难以支持。

根据中国汽车工程学会发布的《中国电动车充电基础设施发展战略与路线图研究(2021-2035)》,我国到2025年才会实现2-3C的充电桩在重点区域的城市和城际公共充电设施的初步覆盖;2035年实现3C及以上快充在各应用场景下的全面覆盖。

所以800V技术虽好,但现在还处于一个尝鲜阶段,就像折叠手机,技术含量很高,但屏幕寿命,使用场景都有限。

编辑总结:好消息是,海内外的主流车企和新势力都在加速布局800V高压平台,国内有望于2025年在部分城市实现2-3C公共充电桩的初步覆盖,一切都表明800V高压技术正在主导未来电动车的走向。纯电动车上正在经历从普通充电向高速快充的进化,就像我们已经习惯了手机快充一样,未来当电动车快充技术真的落到位,充电和加油一样方便时,或许就是电动车真正取代燃油车的时刻,让我们保持期待吧。

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*文中图片来自网络

标签: TAYCAN 解析

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